移动通信信道-1

缩写 VLF
LF MF HF VHF UHF SHF
名称 基低频
低频 Low 中频 Medium 高频 High 基高频 Very 特高频 Ultra 超高频 Super 极高频 Extremely
频率范围 30kHz以下
30kHz~300kHz 300kHz ~3000kHz 3MHz~30MHz 30MHz ~300MHz 300MHz ~3000MHz 3GHz~30GHz
ht hr

ht hr (km)
d 4.12


2.1 陆地无线电波传播特性
2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 电波传播方式 直射波 大气中的电波传播 障碍物的影响与绕射损耗 反射波 散射波
2-30
五、障碍物的影响与绕射损耗
1、绕射现象
绕射：电磁波能够绕过长度不大于波长的障碍物传播 绕射使得无线电信号可以传播到阻挡物后面 思考：哪个波段的电磁波绕射能力最强？
h1
x
d1
d2
R h2
菲涅尔余隙 x ：障碍物顶点
( a)
T
至直射线TR的距离。
阻挡时余隙为负
h1
d1
d2
R h2
x
P
无阻挡时余隙为正
( b)
五、障碍物的影响与绕射损耗
4、计算绕射损耗的计算
P
绕射损耗由第一费涅尔半
径 x1决定：
h1
T
x
d1
d2
R h2
x1
d1d 2
d1 d 2
3、绕射对电波传播的影响
T 绕射损耗：在实际情况下，
P
x
d1
d2
R h2
电波的直射路径上存在各种 障碍物，障碍物会带来的一
h1
( a)
T
定的传播损耗，这种附加传
播损耗称为绕射损耗。
h1
d1
d2
R h2
x
P
( b)
五、障碍物的影响与绕射损耗
3、绕射对电波传播的影响
P
绕射损耗与菲涅尔余隙有关。 T
一、概述
1、信道分类
– 按传输媒质分
• 有线信道 • 无线信道
– 根据信道特性参数随时间变化的快慢
• 恒参信道：传输特性随时间变化速度极慢，或者 说在足够长的时间内，其参数基本不变。
移动通信信道是典型的无线变参信道。
2-8
• 变参信道：传输特性随时间的变化较快。
一、概述
2、研究传播特性的基本方法
2-17
三、直射波
2、接收功率计算公式
距发射机d 处天线的接收功率：
2 P G PR (d ) T T2 GR 4 d 4
PR d
PT
– – – – –
2-18
PT = 发射功率 (W) GT = 发射天线增益 单位面积 接收天线 GR = 接收天线增益 上的电波 的有效面 8 m/s) = c/f 波长 (m) ， c = 光速 (3 × 10 功率密度 积 d = 发射机和接收机之间的距离(m)
– 各向同性
– 电导率为0，相对介电常数和相对磁导率为1。
2-15
三、直射波
自由空间传播模型的特性
- 不存在电波的反射、折射、绕射、 色散和吸收等现象 - 电波的传播速率等于真空中光速C
自由空间传播损耗的本质
– 球面波在传播过程中，随着传播距 离增大，球面单位面积上的能量减 小了。 – 接收天线的有效截面积一定，故接 收天线所捕获的信号功率减小。
四、大气中的电波传播
6、视线传播极限距离的计算
d1 ( Re ht )2 Re2 2 Re ht ht2 2Re ht
d2 ( Re hr )2 Re2 2Re hr hr2 2Re hr
d d1 d 2 2 Re
Re 8500km

着高度分布不均，其密度随高度而变化。
大气折射率随密度减小而减小。 思考：电磁波在大气中传播时，会发生什么现象？ 电磁波在传播过程中，通过一层层密度不同的大气，在 各层的分界面处会发生折射，使电波射束发生弯曲。
四、大气中的电波传播
2、折射现象示意图 电磁波从一种介质进入另一种介质时，传播方向发 生改变的现象叫做折射。
2-16
PR
d
PT
三、直射波
（2）模型适用范围
接收机和发射机之间是完全无阻隔的视距路径 – 实际情况中，只要地面上空的大气层是各向同 性的均匀媒质，其相对介电常数和相对磁导率 为1，传播路径上没有障碍物的阻挡，到达接收 天线的地面反射信号场强也可以忽略不计，这 种情况下，电波可视作在自由空间传播。
为何要研究传播特性？
1.发射机与接收机之间的传播路径非常复杂
• 接收天线将接收从多条路径传来的信号 2.传播特性直接关系到以下因素
• 移动台的运动

天线高度的确定 • 周围环境的变化 预测信号的覆盖范围 需采用何种抗衰落技术 直射波 ……
基站
反射波
V
移动台 散射波
2-5
第2章 移动通信信道
T R 频率越低，传播损耗越小，绕射能力
越强！
Obstruction
障碍物
五、障碍物的影响与绕射损耗
2、绕射产生机理 绕射可用惠更斯原理解释
波前上的所有点均为产生次级 波的点源，这些次级波组合起 来形成传播方向上新的波前。 当电波到达阻挡物的边缘时，
由次级波的传播进入阴影区。
五、障碍物的影响与绕射损耗
上次课重点回顾
何谓移动通信？ 移动通信有哪些主要特点？ 常用的移动通信应用系统有哪几种？
本讲-第4讲要解决的主要问题
无线电信号经历移动通信信道后会发生哪
些变化？
产生这些变化的原因有哪些？ 如何表征移动通信信道特性？
第2章 移动通信信道
内容提要
2.1 陆地无线电波传播特性
主要用于定点通信,航海和航空移动通信 ,广播,热带广播及业余无线电等 (30~1000)MHz,主要用于电视广播,陆上 移动通信,航空移动通信,海上移动通信, 定点通信,空间通信和雷达等 1GHz-10GHz,主要用于无线电微波接力 系统,其次是定点通信和移动通信业务 10GHz以上,主要用于无线电中继接力通 信,空间通信,雷达,导航,无线电天文学等
r t
3、折射对电波传播的影响
有利：存在折射，可使极限视线传播的距离增大
不利：吸收等因素会消耗电磁波能量
四、大气中的电波传播
4、介质折射率 n 与电波传播速度v 介质折射率 n r
大气的相对介电系数 r 与温度、湿度和气压有关
间的关系
大气的高度不同，相对介电常数不同
自由空间传播损耗模型？
电波传播的几种方式？自由空间传播模型和两 径传播模型的传播损耗如何计算？ 1. 掌握移动通信中电波传播的主要方式 2. 掌握自由空间电波传播损耗规律 3. 理解两径传播模型的合成场强计算方法及传 播损耗规律 重点：典型传播方式及传播损耗规律 难点：两径传播模型的合成场强计算
Re 1 k R0 1 R dn 0 dh
实际半径
四、大气中的电波传播
5、超视距传输
标准大气情况下，等效地球半径系数k=4/3。地球实际 半径是6370km, 地球等效半径为8500km。 思考：等效半径变大意味着什么？ 大气折射的结果是传播距离比极限视距更远了，即所 谓的超视距传播。
• 理论分析
– 即用电磁场理论或统计理论分析电波在移动环境中的传 播特性，并用各种模型来描述移动信道。
• 现场电波传播实测
– 即在不同的传播环境中，做电波传播试验。测试参数包 括接收信号幅度、时延以及其它反映信道特征的参数。
• 计算机模拟
– 利用计算机强大的计算能力，快速灵活地模拟各种移动 环境。
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2.1 陆地无线电波传播特性
2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 电波传播方式 直射波 大气中的电波传播 障碍物的影响与绕射损耗 反射波 散射波
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四、大气中的电波传播
1、出现折射现象的原因
在实际移动信道中，电波在低层大气中传播。 地球上的空气处于重力场中，且大气的气压和温度随
2-19
Leabharlann Baidu
三、直射波
3、自由空间传播损耗计算 自由空间传播损耗的定义：(不考虑天线增益)
L fs PT 4 d PR
2
以dB计，得到：
或
4 d L fs (dB) 10 lg
2
L fs (dB) 32.44 20lg d (km) 20lg f ( MHz )
三、直射波
距发射机d处天线的接收功率:
PTGTGR PR (d ) (4 ) 2 d 2 L
• 物理意义 —与d2成反比→距离越远，衰减越大。
2
—与λ2成正比（与f2成反比）→频率越高，衰减越大。 —综合损耗L(L>=1)通常归因于传输线衰减、滤波损耗和
天线损耗，L＝1则表明系统硬件中无损耗。
波长名称
万米波 (甚长波) 千米波 (长波) 百米波 (中波) 十米波 (短波) 米波 (超短波) 分米波 (微波) 厘米波 (微波) 毫米波 (微波)
目前频率分配情况
主要用于无线电导航,海上移 概述 (10~20)kHz, 动通信和广播 (200~3000)kHz,主要用于广播,无线电导 航,海上移动通信,地对空通信
要求与重点
1. 掌握移动通信中电波传播的主要方式，理解两径 传播模型的合成场强计算方法。
2. 掌握多径传播的基本特性，理解多径衰落对数字 移动通信的影响。 3. 理解描述多径信道的参数，了解小尺度衰落模型。
4. 掌握电波传播损耗的预测。 5. 了解移动通信信道的建模与仿真。
2-6
本次课要解决的问题及要求
电波传播速度与介质折射率成反比 c v n
四、大气中的电波传播
5、超视距传输
大气折射的弯曲程度取决于大气折射率n的垂直梯度
大气折射对电波传播的影响，在工程上通常用“地球 等效半径”来表征，也就是认为电波依然按直线方向 行进，只是地球的实际半径变成了等效半径。
等效半径 地球等效半径 系数
VHF/UHF频段电波传播有哪些特性呢？
2-11
2.1 陆地无线电波传播特性
2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 电波传播方式 直射波 大气中的电波传播 障碍物的影响与绕射损耗 反射波 散射波
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二、电波传播方式
问题情境：附近GSM基站发射的电波信号如何到达本 教室？ VHF与UHF频段，典型传播方式 1、直射 2、反射 3、散射 4、绕射
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2.1 陆地无线电波传播特性
2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 电波传播方式 直射波 大气中的电波传播 障碍物的影响与绕射损耗 反射波 散射波
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三、直射波
1、传播模型 – 自由空间传播模型 （1）几点讨论
自由空间传播模型的定义
– 均匀无损耗的无限大空间
前提条件：天线增益为1，综合损耗=1，单位以dB计。
2-20
三、直射波
自由空间传播损耗示例： [ L fs ](dB ) 32.44 20 lg f MHz 20 lg d km 自由空间传播损耗： 只与工作频率和传输距离有关 当距离或频率增加一倍，路径损耗增加约6dB
2.2 2.3 2.4 2.5 1)深入理解 第一次课 移动通信信道的多径传播特性 移动通信信 道特点； 描述多径衰落信道的主要参数 第二次课 2)更好地理 阴影衰落的基本特性 解经历信道 电波传播损耗预测模型 后的信号变 第三次课 多径衰落信道的建模和仿真 化机理。 MIMO信道简介
2.6
2.7
2-4
工作频率(MHz)
传输距离(km)
150
15
450
15
900
15
150
30
450
30
900
30
自由空间Lfs(dB)
2-21
99.48
109.03
115.05
105.50
115.05
121.07
三、直射波
思考题：已知近地距离d0点接收功率Pr(d0)，如何 求解实际距离d的接收功率Pr(d) ？
d0 2 Pr (d ) Pr (d 0 )( ) d
h1
( a)
T
d1
d2
R h2
x
P
x1有什么用处？
( b)
五、障碍物的影响与绕射损耗
4、绕射损耗的计算

-4 -2 x/x1＞0.5时,附加损耗约为0dB。 0 2 x<0时，附加损耗急剧增加。 4 6 8 x=0时，TR射线从障碍物顶点擦 10 12 14 过，附加损耗约为6dB。 16 18 在选择天线高度时，根据地形尽20 22 24 可能使服务区内各处的菲涅尔区 26 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
EHF
2-10
30GHz~300GH z
一、概述
3、目前典型移动通信使用频段 （1）150 MHz （VHF） （2）450 MHz （UHF）
（3）900 MHz （UHF）
（4）1800MHz （UHF） （5）2000MHz （UHF） （6）2600MHz （UHF） （7）5G将使用5.2GHz、毫米波频段….