移动通信的电波传播特性及应用
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移动通信的电波传 播特性及应用
无线移动信道是极其随机的无线电波的传播通道，
因此，分析移动信道的特性常常会变得很困难。传 统的研究移动通信电波传播特性的方法是基于实际 测量，研究电波传播的场强均值（平均值）随传播 距离的变化特性或电波传播的衰减均值（即损耗平 均值）随距离的变化特性，此即电波传播的大尺度 路径损耗特性。移动通信电波传播的大尺度路径损 耗特性对于研究和预测场强的覆盖特性非常有用。
准平坦地形：在传播路径的地形剖面图上，地形 表面起伏高度在20 以下，而且其起伏是缓慢的， 峰点和谷点之间的距离必须大于波动表面的高度， 在以公里计的距离内，其平均地面高度差仍在20 以内。
不规则地形：除准平坦地形以外的其他地形。
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在传播路径的地形剖面图上，地
一、地形特征和且形其表传起面播伏起是伏环缓高慢度境的在的，20峰m分以点下和类，谷而点
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h (m) 0~5 5~10
10~20 20~40 40~80 80~150 150~300 300~700 〉700
15
❖ 通常传播环境分成三类：
开阔区：在电波传播方向上没有高大的树木或建 筑物等障碍物的开阔地带，或者在电波传播方向 上300～400m 以内没有任何阻挡的小片场地， 如农田、广场等。
郊区：在移动台附近有不太密集的1～2层楼房和 稀疏的小树林，包括农村或城市郊公路网等。
市区：在此区域内，有拥挤的两层以上的建筑物 或密集的高楼大厦，除此之外的区域均称为过渡 区域。
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2. 天线有效高度的定义
移动台天线的有效高度：天线在当地地面以上的高度。 基站天线的有效高度：沿通信方向，距发射天线3 ~15km
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6
传播余隙
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7
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8
❖ 障碍物引起的绕射损耗与传播余隙之间的 关系如图所示。其中x1称菲涅尔半径（第一 菲涅尔半径）。
❖ 结论：当横坐标x/x1>0.5时，则障碍物对直 射波的传播基本上没有影响。当x=0时，TR 直射线从障碍物顶点擦过时，绕射损耗约 6dB；当x<0时，TR直射线低于障碍物顶点， 损耗急剧增加。
地形
不规 则
地形，
h
D
MHz
城 市
郊区
50
150
30 0
Km 50
100
15 0
17 5
50
8
9
10
陆 地
2
5
7
3.5 150 ~ 4~7 9
5.5
11
13
海 面
9
14
20
450 6 7.5 11 15 18 混 3 7 9 11
900 6.5 8 14 18 21 合
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范围内平均地面以上的高度。
基站天线
hm移天动线台 hb
平均高度
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3km
15km
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❖ 移动通信中天线有效高度
移动台天线有效高度 hm：天线在当地地面以上 的高度。
基站天线有效高度 hb：沿通信方向，距发射天线 3～15 km范围内平均地面以上的高度。
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第3节、移动通信电波传播的大尺度 路径损耗特性
地形衰落/慢衰落：接收信号场强中值随时间、
地点以及移动体的移动速度作比较平缓的变化的
现象。
原因：移动体移动过程中，电波传播路径的随机 变化。
– 建筑物和地形起伏的阴影效应
– 大气折射状况的平缓变化
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慢衰落特性
❖ 慢衰落的速度与频率无关，仅取决于移动体 的移动速度
❖ 衰落深度随频率而变化
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第1节、移动通信电波传播特点
❖ 特点： 移动台在行进中通话，由移动所带来的随机性 移动台天线架设高度很低
❖ 同时存在多径衰落和地形衰落
❖ 信号场强小很多，通信质量受到环境噪声和多径衰 落的严重影响
❖ 移动台的速度也会对信号电平的衰落带来影响。 ❖ 统计方法的应用
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之间的距离必须大于波动表面的
1. 地形特征的分类和高平度定均，地义在面以高公度里差计仍的在距20离m以内内，。其
准平坦地形
丘陵地形
不规则地形
孤立山岳 倾斜地形
水陆混合路径
除准平坦地形以外
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的其它地形
14
各类地形的定义
地形 水面或非常平坦的地形 平坦地形 准平坦地形 小土岗式起伏地形 丘陵地形 小山区 山区 陡峭山区 特别陡峭山区
高频信号容易穿透建筑物 低频信号绕射能力强
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场强中值的变化服从对数正态分布
px
2lgexexplg2x22
2 lgx2 lg2 x
当同时考虑位置分布和时间分布的影响时
L2 t2
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21
场强中值随位置分布和时间分布的标准差
频
L (d B)
t (d B)
率
准平 坦
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11
散射损耗
❖ 散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物 体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时， 发生散射。
❖ 散射波产生于粗糙表面，小物体或其他不规 则物体。在实际的通信系统中，树叶、街道 标志和灯柱等会引发散射。
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第2节、地形特征和传播环境的分 类和定义
❖ 我国地域广阔，地形复杂，但大致可分为两 类，即“准平坦地形”和“不规则地形”。
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5
绕射损耗
❖ 绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利 的边缘阻挡时发生绕射。由阻挡表面产生的二次 波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。
❖ 绕射损耗 ：各种障碍物对电波传播所引起的损耗。 ❖ 传播余隙 ：设障碍物与发射点、接收点的相对位
置如图所示，图中x表示障碍物顶点P至直线TR之 间的垂直距离，在传播理论中x称为传播余隙。
典型的移动信道电波传播路径
在移动通信中，电波主要以空间波和表面波的方式传播
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多径衰落是快速的微观变化，又称小尺度衰落或简单衰落，
用来描述一小段时间内或与波长相比很小的一段传播距离
内信号在幅度、相位或多径延迟上的快速波动；地形衰落
是缓慢的宏观变化，又称大尺度衰落或阴影效应，这两种
衰落叠加在一起。
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9
反射损耗
❖ 电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑 界面时，就会发生反射现象。
❖ 图中给出了从发射天线到接收天线的电波由反
射波和直射波组成的情况。反射波与直射波的
行距差为： dabc2hThR
d
wk.baidu.com
❖ 两路信号到达接收天线的时间差换算成相位差
为：
0 Tt22d
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直射波和反射波
无线移动信道是极其随机的无线电波的传播通道，
因此，分析移动信道的特性常常会变得很困难。传 统的研究移动通信电波传播特性的方法是基于实际 测量，研究电波传播的场强均值（平均值）随传播 距离的变化特性或电波传播的衰减均值（即损耗平 均值）随距离的变化特性，此即电波传播的大尺度 路径损耗特性。移动通信电波传播的大尺度路径损 耗特性对于研究和预测场强的覆盖特性非常有用。
准平坦地形：在传播路径的地形剖面图上，地形 表面起伏高度在20 以下，而且其起伏是缓慢的， 峰点和谷点之间的距离必须大于波动表面的高度， 在以公里计的距离内，其平均地面高度差仍在20 以内。
不规则地形：除准平坦地形以外的其他地形。
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在传播路径的地形剖面图上，地
一、地形特征和且形其表传起面播伏起是伏环缓高慢度境的在的，20峰m分以点下和类，谷而点
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h (m) 0~5 5~10
10~20 20~40 40~80 80~150 150~300 300~700 〉700
15
❖ 通常传播环境分成三类：
开阔区：在电波传播方向上没有高大的树木或建 筑物等障碍物的开阔地带，或者在电波传播方向 上300～400m 以内没有任何阻挡的小片场地， 如农田、广场等。
郊区：在移动台附近有不太密集的1～2层楼房和 稀疏的小树林，包括农村或城市郊公路网等。
市区：在此区域内，有拥挤的两层以上的建筑物 或密集的高楼大厦，除此之外的区域均称为过渡 区域。
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2. 天线有效高度的定义
移动台天线的有效高度：天线在当地地面以上的高度。 基站天线的有效高度：沿通信方向，距发射天线3 ~15km
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传播余隙
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❖ 障碍物引起的绕射损耗与传播余隙之间的 关系如图所示。其中x1称菲涅尔半径（第一 菲涅尔半径）。
❖ 结论：当横坐标x/x1>0.5时，则障碍物对直 射波的传播基本上没有影响。当x=0时，TR 直射线从障碍物顶点擦过时，绕射损耗约 6dB；当x<0时，TR直射线低于障碍物顶点， 损耗急剧增加。
地形
不规 则
地形，
h
D
MHz
城 市
郊区
50
150
30 0
Km 50
100
15 0
17 5
50
8
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10
陆 地
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7
3.5 150 ~ 4~7 9
5.5
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海 面
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450 6 7.5 11 15 18 混 3 7 9 11
900 6.5 8 14 18 21 合
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范围内平均地面以上的高度。
基站天线
hm移天动线台 hb
平均高度
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3km
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❖ 移动通信中天线有效高度
移动台天线有效高度 hm：天线在当地地面以上 的高度。
基站天线有效高度 hb：沿通信方向，距发射天线 3～15 km范围内平均地面以上的高度。
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第3节、移动通信电波传播的大尺度 路径损耗特性
地形衰落/慢衰落：接收信号场强中值随时间、
地点以及移动体的移动速度作比较平缓的变化的
现象。
原因：移动体移动过程中，电波传播路径的随机 变化。
– 建筑物和地形起伏的阴影效应
– 大气折射状况的平缓变化
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慢衰落特性
❖ 慢衰落的速度与频率无关，仅取决于移动体 的移动速度
❖ 衰落深度随频率而变化
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第1节、移动通信电波传播特点
❖ 特点： 移动台在行进中通话，由移动所带来的随机性 移动台天线架设高度很低
❖ 同时存在多径衰落和地形衰落
❖ 信号场强小很多，通信质量受到环境噪声和多径衰 落的严重影响
❖ 移动台的速度也会对信号电平的衰落带来影响。 ❖ 统计方法的应用
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之间的距离必须大于波动表面的
1. 地形特征的分类和高平度定均，地义在面以高公度里差计仍的在距20离m以内内，。其
准平坦地形
丘陵地形
不规则地形
孤立山岳 倾斜地形
水陆混合路径
除准平坦地形以外
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的其它地形
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各类地形的定义
地形 水面或非常平坦的地形 平坦地形 准平坦地形 小土岗式起伏地形 丘陵地形 小山区 山区 陡峭山区 特别陡峭山区
高频信号容易穿透建筑物 低频信号绕射能力强
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场强中值的变化服从对数正态分布
px
2lgexexplg2x22
2 lgx2 lg2 x
当同时考虑位置分布和时间分布的影响时
L2 t2
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21
场强中值随位置分布和时间分布的标准差
频
L (d B)
t (d B)
率
准平 坦
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11
散射损耗
❖ 散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物 体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时， 发生散射。
❖ 散射波产生于粗糙表面，小物体或其他不规 则物体。在实际的通信系统中，树叶、街道 标志和灯柱等会引发散射。
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第2节、地形特征和传播环境的分 类和定义
❖ 我国地域广阔，地形复杂，但大致可分为两 类，即“准平坦地形”和“不规则地形”。
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5
绕射损耗
❖ 绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利 的边缘阻挡时发生绕射。由阻挡表面产生的二次 波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。
❖ 绕射损耗 ：各种障碍物对电波传播所引起的损耗。 ❖ 传播余隙 ：设障碍物与发射点、接收点的相对位
置如图所示，图中x表示障碍物顶点P至直线TR之 间的垂直距离，在传播理论中x称为传播余隙。
典型的移动信道电波传播路径
在移动通信中，电波主要以空间波和表面波的方式传播
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多径衰落是快速的微观变化，又称小尺度衰落或简单衰落，
用来描述一小段时间内或与波长相比很小的一段传播距离
内信号在幅度、相位或多径延迟上的快速波动；地形衰落
是缓慢的宏观变化，又称大尺度衰落或阴影效应，这两种
衰落叠加在一起。
2020/6/4
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反射损耗
❖ 电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑 界面时，就会发生反射现象。
❖ 图中给出了从发射天线到接收天线的电波由反
射波和直射波组成的情况。反射波与直射波的
行距差为： dabc2hThR
d
wk.baidu.com
❖ 两路信号到达接收天线的时间差换算成相位差
为：
0 Tt22d
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直射波和反射波