移动通信技术及应用-第2章移动通信概论

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1、第二章移动通信的基本概念无线电波的传播特性移动信道的特征*陆地移动信道的场强估算与损耗蜂窝系统工作原理移动通信系统的基本网络结构无线环境下的噪声与干扰学习目标理解并掌握直射波、反射波、地面波、自由空间、自由空间传播、地球等效半径、视距传播、绕射损耗、多径效应、多普勒频移、快衰落、慢衰落等概念。初步了解地形、地物的分类，以及任意地形地区的传播损耗中值的估算。掌握蜂窝、小区、区群、中心激励、顶点激励、移动通信系统的组成、多址技术等概念，能够使用自己的语言陈述常用的各功能设备的作用与接口。理解常见的各类噪声与干扰，如同频干扰、邻频

2、干扰、互调干扰、时隙干扰和码间干扰等，了解某些抑制噪声和干扰的技术。了解全国蜂窝系统的网络结构，了解移动通信网络的区域、号码、地址与识别。学习指导本章主要内容涉及移动通信中的一些基础概念，主要包括无线电波的传播特性、移动信道的特征、陆地移动信道的场强估算与损耗、蜂窝系统的工作原理、移动通信系统的基本网络结构以及噪声与抗干扰技术。其中无线电波的传播特性、移动信道的特征两部分是本章的重点与难点，涉及的基本概念很多，而且这两部分是后面陆地移动信道的场强估算与损耗的基础。在本章中，蜂窝系统的工作原理和移动通信系统的基本网络结构也是本

3、章的重点，它为你提供了一个系统的、全局的视角来理解移动通信的概貌。噪声和干扰是影响通信性能的一个重要因素，了解噪声与干扰对解决移动通信中的很多实际问题具有很大的帮助。对本章中诸多基本概念的理解与掌握有助于后续移动通信系统各章节的学习，为理解移动通信中的一系列问题可提供相关的理论基础。知识地图无线电波的传播特性1电波的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1、电波的传播方式从发信机发出的电波在到达收信机时，可能会沿不同的路径进行传播，如图2-1示。沿着地表面传播的电波（如路径1）称为地面波；从发射天线直接到

4、达接收天线的电波（如路径2）称为直射波；经过大地反射到达收信机的电波（如路径3）称为反射波。一般而言，收信机A接收到的电波是由直射波和大地反射波合成的，但是有时也混有一些地面波，所有这些波统称空间波。经过电离层反射而传播的电波（如路径4）称为电离层波，它主要用于短波通信。无线电波的传播特性1图2-1典型的电波传播通路无线电波的传播特性1地面波直射波反射波电离层波由于地面波随频率的提高衰减很快，所以在使用VHF和UHF频段的移动通信中，地面波可以忽略不计。另外，当陆上天线的高度小于一个波长，海上天线的高度小于5~10个波长的情

5、况下，地面波的场强才能超过直射波的场强，这时才考虑地面波。即只要天线高度超过这个界限，直射波和反射波合成场强便起主要作用，并大于地面波；当天线高度低于这个界限时，电波传播主要由地面波决定。在VHF频带的定点通信中，天线高度都处在几个波长以上，因此可以不考虑地面波的影响。对于VHF频带的移动通信中，也是将电波传播考虑为直射波和反射波相干合成。无线电波的传播特性12、直射波电磁波在真空中的传播称为自由空间传播。由于自由空间具有各向同性、电导率为零等特性，因此电波在自由空间里传播时，不存在反射、折射、绕射、散射以及吸收等现象，只存

6、在因电磁场能量扩散而引起的传播损耗。无线电波的传播特性1直射波可近似按自由空间传播来考虑。实际上，只要地面上的大气层是各向同性的均匀媒质，其相对介电常数和相对导磁率都等于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，在这样的情况下，电波传播就可以视作在自由空间中传播。也就是说，把大气看成为近似真空的均匀介质，在大气中的传播就等效于自由空间传播，它只与频率f和距离d有关。当电波经过一段距离传播之后，辐射能量会扩散而引起衰耗（也称衰减或损耗）。自由空间的传播衰耗lts定义为：无线电波的传播特性1(式

7、2-1)式中，λ是电磁波的波长，d是收发天线间距离。直射波的传播途径如图2-1中路径2所示。直射波传播距离一般限于视距范围。在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利用直射波传播的。无线电波的传播特性13、大气中的电波传播（1）自由空间传播的场强计算电波在自由空间中的传播模型可用图2-2来模拟。在O点有一个各向同性的辐射器，假设其辐射功率为Pt，从电磁场理论知道，在距离波源为d处的功率密度如下：图2-2各向同性辐射器在自由空间的辐射无线电波的传播特性1同时，功率密度可写成：式中，Em、Hm分别为电场强度和磁场强度

8、的振幅值；Eo、Ho分别为电场强度和磁场强度的有效值，故可得式中Pt和d的单位分别为W和m。通常场强以分贝（dB）表示，并取场强1μv/m为0参考点（dBμv/m，简称dBμ），则式中，Pt为辐射功率（W），d为距离（km）。无线电波的传播特性1以上的辐射器为各向同性辐射器，若辐射器有方向