2 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1信道的分类信道的分类长期慢衰落根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{短期快衰落大尺度衰落根据信号与信道变化快慢程度的比较分为{小尺度衰落大尺度衰落与小尺度衰落大尺度衰落

2、小尺度衰落（主要特征是多径）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衰落特性的算式描述衰落特性的算式描述r(t)=m(t)×r(t)0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。接r(t)收小尺度衰落0功率大尺度衰落m(t)t图2－1无线信道中的大尺度和小尺度衰落2电波传播特性的研究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

3、中的传播特性来建立预测模型现场测试方法（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AP=rPG接收功率r2tt24πdλGrA=式中，P为发射功率，以球面波辐射,,rλ为工作波t4π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。Pt自由空间的传播损耗L=2Pr4πd当Gt=Gr=1时，L=λ分贝式[L]=32.45+20logf+20logd接收电平Prr()dBm=10log()PmWP

4、()dBW=10logPW()rr3基本电波的传播机制阻挡体反射比传输波长（引起多径衰落）大的多的物体绕射尖利边缘散射粗糙表面反反射反射射理想介质表面的反射极化特性多径信号两径传播模型多径传播模型4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）sinθ−z入射波与反射波的比值R=入射角θsinθ+z2式中ε0−cosθ(垂直极化）z=ε02z=ε0−cosθ（水平极化）而ε0=ε−j60σλ其中，ε为介电常数，σ为电导率，λ为波长。极极化特性极化化特特性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

5、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λ<2m°对于地面反射，当工作频率高于150MHz（）时，θ<1，算得RRvh()垂直极化反射系数=()水平极化反射系数=−1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•不同极化形式的天线也可以互相配合使用5多多径信号多径径信信号号两径传播模型A地面二次效应发d接收信号功率波射直射波反射可忽略天2线λ∆Φ∆Φ2B接P=PGG1+Re+(1−R)Ae+....β收rt4πdrtθ天hb线直射波hm地表面波θ反射波简化后可忽略θ2

6、λ∆Φ2CP=PGG1+Rert4πdrt图2-2两径传播模型2π∆l其中，相位差∆Φ=，∆lA=+−()CCBABλ多径传播模型22λN−1Pr=PtGrGt1+∑Riexp(j∆Φi)4πdi=1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多多径信号多径径信信号号•接收信号功率的简单推导B点处接收场强E表示为：EER=[1+∆exp(jΦ)]0v其中，E0是自由空间接收点的场强；Rv是地面反射系数；∆Φ为接收点处直射波和反射波的相位差。已知接收点的场强E，则接收点的信号功率为：22EERj[1+∆exp(Φ)

7、]P==0vr2η2η00又因为：22E0=P12(ηt4πλd/)0代入得到前面的式子。6绕绕射绕射射惠更斯－菲涅尔惠更斯－菲涅尔原理原理基尔霍夫公式基尔霍夫公式菲涅尔区菲涅尔区惠更斯－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