移动通信技术与网络优化 刘建成 第2章 电波与天线工作原理及优化

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1、第2章电波与天线工作原理及优化2021/7/241第2章电波与天线工作原理及优化2.1电波传播特性当前陆地移动通信主要使用的频段为VHF和UHF，即150MHz，450MHz、900MHz、1800MHz，2.4GHz。移动通信中的传播方式主要有直射波、反射波、地表面波等传播方式，由于地表面波的传播损耗随着频率的增高而增大，传播距离有限。2021/7/242第2章电波与天线工作原理及优化图2.1典型的移动信道电波传播路径2021/7/243第2章电波与天线工作原理及优化2.1.1自由空间电波传播方式自由空间电波传播是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。

2、电波在自由空间传播时，可以认为是直射波传播，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。但是，当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由于辐射能量的扩散而引起的。自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率f和传播距离d有关，当f或d增大一倍时，损耗增加6dB。2021/7/244第2章电波与天线工作原理及优化2.1.2反射波电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑界面时，会发生反射现象。图2.2反射波和直射波2021/7/245第2章电波与天线工作原理及优化由于直射波和反射波的起始相位是一致的，因此两路信号到达接收天线的时间差换算成相位差为：再加上地

3、面反射时大都要发生一次反相，实际的两路电波相位差为：在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的传播机制为反射、绕射和散射。2021/7/246第2章电波与天线工作原理及优化2.1.3阴影效应1、什么是阴影效应？当电波在传播路径上遇到起伏地形、建筑物、植被（高大的树林）等障碍物的阻挡时，会产生电磁场的阴影。2、盲区移动台在运动中通过不同障碍物的阴影时，存在阴影区（盲区）。因此盲区定义是某些特定区域中，电波被吸收或被反射而使移动台接收不到信息。它要求在网络规划、设置基站时必须予以充分的考虑。2021/7/247第2章电波与天线工作原理及优化图2.3阴影效应示意图2021/7/

4、248第2章电波与天线工作原理及优化3、慢衰落就构成接收天线处场强中值的变化，从而引起衰落，由于这种衰落的变化速率较慢，又称为慢衰落。慢衰落速率主要决定于传播环境，即移动台周围地形，包括山丘起伏，建筑物的分布与高度，街道走向，基站天线的位置与高度，移动台行进速度等，而与频率无关。2021/7/249第2章电波与天线工作原理及优化4、慢衰落的深度慢衰落的深度，即接收信号局部中值电平变化的幅度取决于信号频率与障碍物状况。频率较高的信号比频率较低的信号容易穿透建筑物，而频率较低的信号比频率较高的信号更具有较强的绕射能力。慢衰落的特性是与环境特征密切相关的，可用电场实测的方法找

5、出其统计规律。2021/7/2410第2章电波与天线工作原理及优化(a)测试示意图(b)衰落示意图图2-4衰落测试2021/7/2411第2章电波与天线工作原理及优化对实测数据的统计分析表明，接收信号的局部均值rlm近似服从对数正态分布，其概率密度函数为:式中，为整个测试区的平均值，即的期望值，取决于发射机功率、发射和接收天线高度以及移动台与基站的距离。为标准偏差，取决于测试区的地形地物、工作频率等因素，的数值见表2.1。2021/7/2412第2章电波与天线工作原理及优化表2.1标准偏差（dB）2021/7/2413第2章电波与天线工作原理及优化2.1.4移动信道

6、的多径传播特性1、陆地移动信道的主要特征是多径传播。图2.5电磁波传播路径示意图2021/7/2414第2章电波与天线工作原理及优化2、多普勒效应指当移动台在运动中通信时，相对速度引起频移。频移与速度和入射波方向有关。可用下式表示：式中，是入射电波与移动台运动方向的夹角，v是运动速度，是波长。2021/7/2415第2章电波与天线工作原理及优化图2.6入射角2021/7/2416第2章电波与天线工作原理及优化2.1.6电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测1、信号中值预测电波传播的路径损耗预测问题，又称为信号中值预测。2、损耗预测模型场强估算模型；Okumura模

7、式（OM模型）；Egli模型；Bullingron（BM）模型。2021/7/2417第2章电波与天线工作原理及优化2.2天线的基本特性2.2.1方向1、定义指天线向一定方向辐射电磁波的能力，对接收天线表示天线对来自不同方向的电波的接收能力。天线方向的选择性常用方向图来表示。2、辐射方向图以天线为球心的等半径球面上，相对场强随坐标变量θ和φ变化的图形；工程设计中一般使用二维方向图，可用极坐标来表示天线在垂直方向和水平方向的方向图。2021/7/2418第2章电波与天线工作原理及优化图2.7水平方向角图2.8垂直方向角2021/7/2419