电波传播与传播预测模型

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1、电波传播与传播预测模型概述电波传播特性及其研究自由空间的电波传播三种基本电波（反射、绕射、散射）的传播机制阴影衰落的基本特性移动无线信道及特性参数电波传播损耗预测模型电波传播的基本特性电波传播的基本特性即移动信道的基本特性——衰落特性移动通信信道基站天线、移动用户天线和两付天线之间的传播路径衰落的原因复杂的无线电波传播环境无线电波传播方式直射、反射、绕射和散射以及它们的合成衰落的表现传播损耗和弥散阴影衰落多径衰落多普勒频移信道的分类信道的分类根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{根据信号与信道变化快慢程度的比较分为{大尺度衰落小尺度衰落（主要特征是多

2、径）描述长距离上信号强度的缓慢变化短距离上信号强度的快速波动原因信道路径上固定障碍物的阴影移动台运动和地点的变化影响业务覆盖区域信号传输质量大尺度衰落与小尺度衰落衰落特性的算式描述衰落特性的算式描述式中，r(t)表示信道的衰落因子；m(t)表示尺度衰落；r0(t)表示小尺度衰落。大尺度衰落小尺度衰落接收功率图2－1无线信道中的大尺度和小尺度衰落t考虑问题衰落的物理机制功率的路径损耗接收信号的变化和分布特性应用成果传播预测模型的建立为实现信道仿真提供基础基本方法理论分析方法（如射线跟踪法）应用电磁传播理论分析电波在移动环境中的传播特性来建立预测模型现场

3、测试方法（如冲激响应法）在不同的传播环境中做电波实测实验，通过对测试数据进行统计分析，来建立预测模型电波传播特性的研究自由空间的电波传播自由空间的传播损耗在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，只存在电磁波能量扩散而引起的传播损耗接收功率式中，Pt为发射功率，以球面波辐射,,λ为工作波长，Gt，Gr分别表示发射天线和接收天线增益，d为发射天线和接收天线间的距离。自由空间的传播损耗当Gt=Gr=1时，分贝式接收换算基本电波的传播机制阻挡体反射（引起多径衰落）比传输波长大的多的物体绕射尖利边缘散射粗糙表面反射理想介质表面的反射极化特性多径信号两径传播模型

4、多径传播模型理想介质表面的反射如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回来反射系数（R）入射波与反射波的比值入射角θ式中(垂直极化）（水平极化）而其中，ε为介电常数，σ为电导率，λ为波长。极化特性极化电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变化的状态电磁波的极化形式线极化、圆极化和椭圆极化线极化的两种特殊情况水平极化（电场方向平行于地面）垂直极化（电场方向垂直于地面）极化反射系数对于地面反射，当工作频率高于150MHz（）时，，算得应用接收天线的极化方式同被接收的电磁波的极化形式一致时，才能有效地接收到信号，否则将产生极化失配不同极化形式

5、的天线也可以互相配合使用两径传播模型接收信号功率简化后其中，相位差，多径传播模型其中，N为路径数。当N很大时，无法用公式准确计算出接收信号的功率，必须用统计的方法计算接收信号的功率地面二次效应可忽略直射波反射波地表面波可忽略直射波反射波图2-2两径传播模型发射天线接收天线多径信号绕射惠更斯－菲涅尔原理菲涅尔区基尔霍夫公式惠更斯－菲涅尔原理原理波在传播过程中，行进中的波前（面）上的每一点，都可作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（面）。绕射由次级波的传播进入阴影区而形成。阴影区绕射波场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和。说明在P

6、’点处的次级波前中，只有夹角为θ（即）的次级波前能到达接收点R每个点均有其对应的θ角，θ将在0º到180º之间变化θ越大，到达接收点辐射能量越大图2-3对惠更斯－菲涅尔原理说明菲涅尔区基尔霍夫公式菲涅尔区从发射点到接收点次级波路径长度直接路径长度大的连续区域接收点信号的合成n为奇数时，两信号抵消n为偶数时，两信号叠加菲涅尔区同心半径第一菲涅尔区半径（n=1）特点在接收点处第一菲涅尔区的场强是全部场强的一半发射机和接收机的距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以达到接收机。基尔霍夫公式从波前点到空间任何一点的场强式中，ER是波面场强，是与波面正交的场强

7、导数。图2-4菲涅尔区截面散射起因无线电波遇到粗糙表面时，反射能量散布于所有方向表面光滑度的判定表面平整度的参数高度平面上最大的突起高度h{粗糙表面下的反射场强散射损耗系数式中，为表面高度h的标准差，h是具有局部平均值的高斯分布的随机变量。用粗糙表面的修正反射系数表示反射场强阴影衰落的基本特性阴影衰落（慢衰落）移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波传播路径的阻挡而形成的电磁场阴影效应特点衰落与传播地形和地物分布、高度有关表达式传播路径损耗和阴影衰落分贝式式中,r移动用户和基站之间的距离ζ由于阴影产生的对数损耗（dB），服从零平

8、均和标准偏差σdB的对数正态分布m路径损耗指数实验数据表明m＝4，标准差σ＝8dB，是合理的3.3阴影衰落传