4.3 移动通信系统中的电波传播

（dB）
上式中d为收发天线之间的距离（单位 km），f为工作频率（单位MHz） hb和hm分别代表基站天线和移动台天 线高度（单位m）
1、直射波
（１）在自由空间中，由于电波是以 直线形式传播，而不存在被吸收、被 反射、折射和散射等现象，这种电波 传播方式就是直射波。
直射波的传播损耗可以用自由空间电 波损耗 Lbs 计算：
Lbs 32.45 20lg d (km) 20lg f (MHz)
（dB） (4-39)
（２）视线距离 d 0
3、Okumura-Hata方法
(1) 模型的提出
在进行实际系统设计中，为能够采用 计算机，运用Okumura模型进行预测， Hata对Okumura模型中的基本中值场强曲 线进行了公式化处理。
(2) 具体基本传输损耗计算公式
Lb (市区） 69.55 26.16lg f 13.82lghb (hm ) (44.9 6.55lghb ) lgd
它们之间的行程差为：
2hT hR d a b c d 相位差为：

2

d
3、绕射波
(1) 在电波传播过程中，当遇到较大 的山丘或建筑物时，电波会发生绕射， 并到达接收点。
(2) 绕射波信号强度与反射波的强度 相当，由此引入电波传输损耗，通常 称这种损耗为绕射损耗。 障碍物所引起的绕射损耗与费涅耳余 隙有关。
② 当基站天线高度不等于200m，基站 天线高度增益因子Hb(hb,d)，实际路径衰耗 LT可表示为： LT Lbs Am ( f , d ) -Hb(hb,d)
③当移动台天线高度不等于3m，移动 台天线高度增益因子Hm(hm,f)，实际路径 衰耗LT可表示为： LT Lbs Am ( f , d ) - Hm(hm,f)
人们把视线所能到达的最远距离称为 视线距离。
d 0 3.57( hR (m) hT (m)
修正后的 d 0 4.12( hR (m) hT (m)
2、反射波
（1）在电波传播中，当遇到两种不 同介质的光滑表面时，会发生反射现 象。 （2）接收天线所接收到的电波是由 直射波和反射波组成的。
２、阴影效应
(1) 定义
当在电波传输路径上遇到起伏的地形、 建筑物、树林等障碍物时，在障碍物的后 面便形成电波的阴影区。
阴影区中的信号强度很弱，因此当移 动台通过阴影区时，便造成接收信号场强 中值的缓慢衰落，这就是阴影效应，阴影 效应所引起的衰落称为阴影衰落，或慢衰 落。
(2) 慢衰落特性
① 慢衰落的衰落速率 与快衰落特性不同，慢衰落的衰落速 率与频率无关。慢衰落的衰落速率主要决 定于传播环境，即移动台所处的环境。
当移动台高速运动时，其传播路径会 遇到建筑物和障碍物，从而产生多径反射， 形成衰落。衰落又分为快衰落和慢衰落。
所谓快衰落是指接收场强包络的快变 化呈现瑞利分布，衰落速度与移动台的运 动速度和工作频率有关。
而当受到高大建筑物的阻挡时，或因 地形变化造成的阴影效应以及大气折射使 得多径信号相对时延发生变化时，都会使 同一地点的场强中值（信号强度大于它的 概率为50%的场强值）随时间呈现慢变化， 这就是慢衰落，慢衰落深度与地形和工作 频率有关。
●频率选择性衰落 是指不同频率衰减特性不同所引起的 衰落。它是由远处山丘与高大建筑物反射 而形成的多径干扰引起的，使信号在时域 （也包括空间）上发生扩散，从而引起的 衰落。
●时间选择性衰落 是指不同的时间衰落特性不同，它是 由于快速移动用户附近物体的反射而形成 的多径干扰所造成的，从而引起频率扩散， 使接收点信号产生衰落。
4、散射波
由空气中离子受激产生二次反射所引 起的慢反射后到达接收点的传播信号强度 很弱。
4.3.3移动通信中电波传播所产 生的几种效应
１、多径效应
(1) 定义
在移动通信环境下，由于移动台处于 移动状态，而且移动台所发射的电波在传 输过程中不断地受到建筑物、树木或起伏 地形的影响。
因此到达接收天线的电波包括直射波 以及来自各种物体的反射波和散射波，它 们各自的传播路径不同，故在接收天线处 产生相互干涉，使接收天线所接收到的场 强矢量、振幅和相位随时间急剧变化，使 信号很不稳定。
②当大气参数发生变化时，会引起折 射率的缓慢变化，由此产生的影响也是一 种慢衰落，仍符合对数正态分布。
实际上的慢衰落是由随地点变化和时 间变化的两种衰落综合而成的，并且这两 种变化彼此独立。
３、远近效应
(1) 定义
当两个移动台距基站的距离不同，而 以相同的频率和相同的功率发送信号时， 则基站接收来自远端移动台的有用信号将 淹没在近端移动台所发送的信号之中。
●丘陵地的场强中值修正因子分为两 项： i. 丘陵地平均修正因子Kh 它表示丘陵地场强中值与基准场强中 值之差。
ii. 丘陵地微小修正因子Khf 由于丘陵地的顶和谷起伏的较大，场 强中值必然有较大差异。
② 孤立山丘地形的修正因子 ● 定义 当电波传播路径上遇到尖利的单独山 丘时，电波会发生绕射，产生绕射损耗， 同时还因存在阴影效应和屏蔽吸收等而给 系统引入附加损耗。
（2）郊区和开阔区的传输衰减中值
① 郊区修正因子Kmr 一般郊区建筑物分散、矮小，因此电 波传输环境优于市区，故其衰减中值会低 于市区衰减中值。
实际路径衰耗LT可表示为：
LT Lbs Am ( f , d ) K mr
②开阔区修正因子Q0 实际路径衰耗LT可表示为：
LT Lbs Am ( f , d ) Q0
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４、多普勒频移
多普勒频移是由于移动用户高速运动 而引起传播频率的变化，其变化程度与移 动用户的运动速度成正比。多普勒频移现 象同样存在于卫星通信系统中。
4.3.4移动通信环境下的场强计
算
１、Egli John J.场强计算
(1) 模型的提出
在实际通信环境下，由于移动台随时 处于运动状态，因此在计算绕射损耗时，x、 F1的数值在不断的变化之中，给不平坦地 区环境下的场强计算带来困难。
●水陆混合地形的地形参数： 水面距离dSR代表与全程距离d的比值 作为地形参数dSR/d。
●水陆混合地形的修正因子KS 图4-40所示: 曲线A表示水面处于移动 台附近时的水陆混合地形的修正因子，曲 线B表示水面位于基站一侧时的修正值。
（4）其他因素的影响
由于移动台所通过的环境非常复杂， 除了Okumura模型中所述的几种地形地物 外，还有其他一些情况也将影响移动通信 的质量，例如街道走向的影响、建筑物的 穿透性能、植被覆盖情况以及隧道的影响 等。因此当计算传播损耗和场强时，还应 加上上述影响所引进的衰减损耗。
2、Okumura模型
（0）模型的提出
由于移动通信环境复杂而且而且多变， 因此人们针对不同的应用场合提出了相应 的经验模型。
Okumura模型是将城市视为准平滑地 形，并绘出其场强中值曲线。
在计算各种地形、地物上的传播损耗 时，均以中等起伏地上市区的损耗中值或 场强中值作为基准，因而把它称为基准中 值或基本中值。
● 孤立山丘地形的修正因子Kja 图4-38所示，d1是发射天线至山顶的 水平距离，d2代表山顶距移动台的水平距 离。
Kja是针对山丘高度H=200m所得到的 场强中值与基准场强的差值。 如果实际山丘高度不等于200m，还需 在查得的Kja值基础上乘以一个系数 ' ' ，其中 H 为山丘实际高度,单位 0.07 H 为m。
这种现象称为多径效应，所产生的衰 落便是多径衰落，也称为快衰落。
(2) 合成信号
接收机所接收到的合成信号： 包络服从U (t ) 满足瑞利分布，相位服 从 (t ) 符合均匀分布。
(3) 快衰落特性
合成信号的振幅不仅是时间的随机函 数，也是地点的随机函数，而且还与工作 频率有关。
快衰落又可以细分为空间选择性衰落、 频率选择性衰落和时间选择性衰落： ●空间选择性衰落 是指在不同地点（空间）衰落特性不 同，它是由天线点波束的扩散引起的。例 如基站附近的建筑物和其他物体的反射所 产生的多径干扰会严重影响到达天线的信 号入射角，从而引起空间选择性衰落。
因此对于郊区以及不规则地形，则在 城市准平滑地形场强中值的基础上提出修 正因子。可见只要这种模型的修正因子足 够多，便可以根据所掌握的详细地形地貌， 得出准确的预测结果。
Okumura模型适用的范围：频率为 150~1500MHz，基站天线高度为30~200m， 移动台天线高度为1~10m，传播距离为 1~20km。
实际中通常是利用Egli John J提出的 经验模型，即在平面大地反射公式的基础 上，加一个修正值，以此来计算不平坦地 区的传输衰减LA。该修正值为 20 lg 40
f
(2) 利用Egli John J模型计算的不平 坦地区的传输衰减为：
LA (dB) 88 20lg f ( MHz) 20lg hT (m) 20lg hR (m) 40lgd (km)
③准开阔区修正因子Qs 准开阔区（开阔区与郊区之间的过渡 地区）实际路径衰耗LT可表示为：
LT Lbs Am ( f , d ) QS
（3）不规则地形表面的电波传播
①丘陵地修正因子 h ●丘陵地的地形参数：用地形起伏高 度来定义丘陵地的地形参数，用符号 表 示。
其数值等于自接收点向发射点延伸 10km范围内，地形起伏达数次情况下，地 形起伏的90%与10%处的高度差。
这种由于接收点位置不同，使得发信 机与基站之间的路径损耗不同，而引起的 接收功率下降被称之为远近效应，也称之 为近端对远端的干扰。
(2) 远近效应的影响程度
为了衡量其影响程度，我们以近端对 远端的干扰比来表示：
d2 40 lg d1
（dB）
(4-46)
其中d1、d2分别表示基站与移动台 MS1、MS2相对的近距离和远距离。 比值越大，干扰越小。
（1）市区传输衰减中值
① 图4-31是在基站天线有效高度 hb=200m, 移动台天线高度hm=3m，并以 自由空间传播衰减为基准（0dB）, 测量出 的基本衰减中值Am(f,d)。
实际路径衰耗LT可表示为：
LT Lbs Am ( f , d )
基本衰耗中值Am(f,d)与工作频率、通 信距离有关，随着工作频率的升高或通信 距离的增大，传播衰减也随之增加。
(3) 减少远近效应可采用的措施
① 在进行频率分配时，应尽量加大同 一频道组频率间隔以提高隔离度。
② 可采用扩频技术，提高系统的抗干 扰能力。 ③ 使移动台发信机能够根据其与基站 的距离自动调节发射功率，从而减小近端 对远端干扰比。
④ 在移动台和基站设备设计中，应尽 可能降低发信机寄生辐射，提高接收及中 频滤波器的带外抑制能力。
第四章 微波传播
4.1
电波传播模式
长途微波通信系统中的电波传播
4.2
4.3
移动通信系统中的电波传播 卫星通信电波传播的特点
4.4
4.5
抗衰落技术
4.3 移动通信系统中的电波传播
4.3.1移动通信系统中电波传播 的特点
1. 电波传播的基本模型
是超短波在光滑表面上直射波与反射 波的矢量合成。
2. 衰落
③ 斜坡地形的修正因子 ● 定义 当5~10km范围内倾斜的地形称为倾斜 地形。在电波传播方向上地形逐渐升高， 称为正斜坡，倾角为+ m ，反之为负斜坡， 倾角为- 。 m m 的单位是毫弧度（mrad）
④水陆混合地形的修正因子 ● 定义 当电波传播路径上遇到湖泊或其他水 域，接收信号的路径衰耗中值会低于纯粹 的陆地传播时的情况。
3. 移动台高速运动时的特性
当移动台高速运动时，应根据统计分 析，采用不同的接收信号场强预测模型。
4. 多普勒频移
由于移动台处于移动中，因而接收信 号中存在附加的频率变化，这种频率变化 就是多普勒频移，从而给系统引入调频噪 声，当运动速度越高、工作频率越高时， 多普勒频移影响越大。
4.3.2移动通信中电波传播特性