第三章 移动信道中的电波传播

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1、移动通信——第三章（5学时）移动信道中的电波传播及分集接收主要内容1引言2无线电波传播特性分析3移动信道特征分析4陆地移动信道的场强估算5分集接收1.1信道分类。架空明线有线信道。电缆。光纤恒参信道。中、长波地表面波传播无线信道。短波电离层反射传播。移动通信使用的VHF、UHF变参信道直射、反射及散射传播1.2研究无线信道的意义研究无线移动信道模型，预测接收信场强衰减、吸收、折射、散射、绕射…移动环境自然和人为无线电环境接收信号场强情况如何？信号带宽增加GSM均衡CDMA多径合并（RAKE接收）智能天线1.3研究无线信道的方法从接收信号的角度，进行统计分

2、析接收信号的幅度变化及分布接收信号的到达角分布从多径的数学表达式角度分析研究多径中每径幅度和分布研究每径的到达角度和分布研究每径的时延特性和分布从模型的角度尺度不同（大尺度、小尺度）环境特征不同（室外、室外、陆地、海洋、空间）应用区域（宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝）主要内容1引言2无线电波传播特性分析3移动信道特征分析4陆地移动信道的场强估算5分集接收2.1电波传播方式研究频段：VHF（30-300MHz）、UHF（300-3000MHz）移动通信常用频段为：150MHz(VHF)450MHz、900MHz、1.8GHZ、2.4GHz等(UHF)无线电波典型

3、传播路径：直射波－视距传播反射波翟表面波2.2直射波（视距传播）自由空间传播大气中的电波传播大气折射视距传播极限距离障碍物的影响与绕射损耗2.2.1自由空间传播（1）即传播空间无限大且无吸收电波能量的介质、无障碍物，电波不产生反射、折射、散射、吸收、屏蔽等能量损耗，电波的衰减仅仅由能量扩散所引起直射波按自由空间传播考虑：只有能量扩散，没有其它损耗考虑接收信号功率、空间传播损耗2.2.1自由空间传播（2）球面波功率密度：PT(W)d(m)RXTXPR(W)接收天线有效面积：全向天线2.2.1自由空间传播（3）GR功率密度：GRGTGTPR(W)实际全向性天

4、线：辐射能量集中(水平大烧饼)RXTXPT(W)d(m)GT为TX的天线增益GR为RX的天线增益接收天线有效面积：以上结论也适用于方向性天线(切下一块扇形的烧饼)，只是天线增益GT、GR更大些。2.2.1自由空间传播（4）先只考虑理想全向天线：GT、GR=1,得自由空间传播损耗讨论：(1).d↑Lfs↑,能量扩散(2).f↑Lfs↑,接收天线有效面积减小2.2.2大气中的电波传播（1）折射定律：电波传播速度V与大气折射率n成反比：地球等效半径标准大气折射情况下，地球等效半径为8500km2.2.2大气中的电波传播（2）地面直射波视线传播极限距离无论如何提

5、高PT、GT及GR地面直射波受地球曲率的遮挡，传播距离也是有限的，如图所示。容易求出直射波传播极限距离：实际电磁波在大气中传播会发生折射弯曲，可实现超视线传播相当地球半径R增大为等效半径Re=8500km(R=6400km)式中，R为地球等效半径，ht、hr为TX及RX天线高度[m]2.2.2大气中的电波传播（3）式中，单位为[d]=km,[ht,hr]=m2.2.3障碍物的影响与绕射损耗(1)当波撞击在障碍物边缘时发生绕射信号能量绕过障碍物传播的机制称为绕射若无视距传播（LOS）,绕射可以帮助覆盖2.2.3障碍物的影响与绕射损耗(2)绕射由次级波的传播

6、进入阴影区而形成阴影区的绕射波场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和与LOS的路径差异导致相移用菲涅尔区表达不同高度障碍物造成的相移2.2.3障碍物的影响与绕射损耗(3)菲涅尔区是以收、发天线为焦点并绕长轴旋转的椭球球体直射波与发射波在接收端有一个行程差，使行程差为的发射点所构成的面称为菲涅尔椭圆球面菲涅尔区同心圆半径为：一般来说，当阻挡体不阻挡第一菲涅尔区时绕射损失最小，绕射的影响可以忽略不计。经验表明，在视距通信链路设计时，只要55％的第一菲涅尔区无阻挡，其他菲涅尔区的情况基本不影响绕射损耗2.2.3障碍物的影响与绕射损耗(4)通常用其相对值表示：x/x

7、1x1=[λd1d2/(d1+d2)]1/2为第一菲涅尔半径图中，x为菲涅尔余隙2.2.3障碍物的影响与绕射损耗(5)讨论选择基站天线高度时，根据地形尽可能使服务区内各处的余隙X/X1>0.5则绕射损耗可不计。2.3反射波（1）当电波信号传播碰撞到大大地大于信号波长地障碍物时发生反射良导体反射无衰减绝缘体只反射入射波能量地一部分Grazing角：100％反射直角入射，100％透射反射造成180度相移2.3反射波（2）考虑地面对电波的反射时，按平面波处理，即电波在反射点的反射角等于入射角2.3反射波（3）反射波附加相移(两径传播模型)附加路径：附加相移：接

8、收信号场强：定义第n个菲涅尔区：第1个菲涅尔区：2.4散射当电波信号传播碰撞到小