移动通信-ch3-移动信道

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1、第3章移动信道的传播特性第3章移动信道的传播特性3.1无线电波传播特性3.2移动信道的特征3.3陆地移动信道的传输损耗3.4移动信道的传播模型思考题与习题第3章移动信道的传播特性3.1无线电波传播特性3.1.1电波传播方式发射机天线发出的无线电波，可依不同的路径到达接收机，当频率f＞30MHz时，典型的传播通路如图3-1所示。沿路径①从发射天线直接到达接收天线的电波称为直射波，它是VHF和UHF频段的主要传播方式；沿路径②的电波经过地面反射到达接收机，称为地面反射波；路径③的电波沿地球表面传播，称为地表面波。第3章移动

2、信道的传播特性图3-1典型的传播通路第3章移动信道的传播特性3.1.2直射波直射波传播可按自由空间传播来考虑。所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。实际情况下，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ε和相对导磁率μ都等于1，传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计，在这样情况下，电波可视作在自由空间传播。第3章移动信道的传播特性虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不产生

3、反射、折射、绕射、散射和吸收，但是，当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由辐射能量的扩散而引起的。由电磁场理论可知，若各向同性天线(亦称全向天线或无方向性天线)的辐射功率为P瓦，则距辐射源dm处的电场强度有T效值E为030PTE(V/m)(3-1)0d第3章移动信道的传播特性磁场强度有效值H为030PTH(A/m)(3-2)0120d单位面积上的电波功率密度S为PT2S(W/m)(3-3)24d第3章移动信道的传播特性若用发射天线增益为G的方向性天线取代各向同T性天线，则上述公式应改写为30PG

4、TTE(V/m)(3-4)0d30PGTT(3-5)H(A/m)0120dPTGT2(3-6)S(W/m)4d第3章移动信道的传播特性接收天线获取的电波功率等于该点的电波功率密度乘以接收天线的有效面积，即PR=SAR(3-7)式中，A为接收天线的有效面积，它与接收天线增益G满RR足下列关系：2ARGR(3-8)4式中，λ2/4π为各向同性天线的有效面积。第3章移动信道的传播特性由式(3-6)至式(3-8)可得2PRPTGTGR(3-9)4d当收、发天线增益为0dB，即当G=G=1时，接

5、收RT天线上获得的功率为2PRPT(3-10)4d第3章移动信道的传播特性由上式可见，自由空间传播损耗L可定义为fs2PT4dLfs(3-11)PR以dB计，得24d4dLfs(dB)10lg(dB)20lg(dB)或(3-12)［Lfs］(dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)(3-13)式中，d的单位为km，频率单位以MHz计。第3章移动信道的传播特性3.1.3大气中的电波传播1.大气折射在不考虑传导电流和介质磁化的情况下，介质

6、折射率n与相对介电系数ε的关系为rn(3-14)r众所周知，大气的相对介电系数与温度、湿度和气压有关。大气高度不同，ε也不同，即dn/dh是不同的。根据折r射定律，电波传播速度v与大气折射率n成反比，即c(3-15)式中，c为光速。n第3章移动信道的传播特性当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲，弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度dn/dh。这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，称为大气对电波的折射。大气折射对电波传播的影响，在工程上

7、通常用“地球等效半径”来表征，即认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径R0(6.37×106m)变成了等效半径Re,Re与R0之间的关系为Re1kRdn01R0dh式中，k称作地球等效半径系数。第3章移动信道的传播特性当d/d＜0时，表示大气折射率n随着高度升高而nh减少。因而k＞1,R＞R。在标准大气折射情况下，即e0当d/d≈-4×10-8(l/m)，等效地球半径系数k=4/3，等效nh地球半径R=8500km。e由上可知，大气折射有利于超视距的传播，但在视线距离内，因为由折射现象所产生的折射波会同直

8、射波同时存在，从而也会产生多径衰落。第3章移动信道的传播特性2.视线传播极限距离视线传播的极限距离可由图3-2计算，天线的高度分别为h和h，两个天线顶点的连线AB与地面相切tr于C点。由于地球等效半径R远远大于天线高度，不e难证明，自发射天线顶点A到切点C的距离d1为d2Rh(3-17)1et同理，由切点C到接收天线顶点B的距离