移动通信课件 第3章.ppt

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1、第3章移动通信的电波传播3.1VHF、UHF频段的电波传播特性3.2电波传播特性的估算（工程计算）3.1VHF、UHF频段的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。VHF：甚高频，30～300MHz，10m～1mUHF：特高频，300～3000MHz，100～10cm主要在150MHz、450MHz、900MHz、1800MHz。移动通信中的传播方式主要有直射波、反射波和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，因此在分析移动通信信道时，主要考

2、虑直射波和反射波的影响阻挡体反射（引起多径衰落）比传输波长大的多的物体绕射尖利边缘散射粗糙表面图3-1典型的移动信道电波传播路径3.1.1直射波在自由空间中,电波沿直线传播而不被吸收,也不发生反射、折射和散射等现象而直接到达接收点的传播方式称为直射波传播。直射波传播损耗可看成自由空间的电波传播损耗Lbs,Lbs的表示式为式中,d为距离(km),f为工作频率(MHz)。3.1.2视距传播的极限距离图3-2视距传播的极限距离已知地球半径为R=6370km,设发射天线和接收天线高度分别为hT和hR(单位为

3、m),理论上可得视距传播的极限距离d0为在标准大气折射情况下，等效地球半径R=8500km,可得修正后的视距传播的极限距离d0为大气折射：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。弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度dn/dh。大气折射对电波传播的影响，在工程上通常用“地球等效半径”来表征。“地球等效半径”：认为电波在大气中依然按直线传播，而把地球的实际半径R0(6.37×106m)修正为等效半径Re，以保证在等效球面的上空电波沿直线传播轨迹上的任一点到等效地面的距离与

4、实际传播轨迹上的同一点到真实地面的距离相等。3.1.3绕射损耗各种障碍物对电波传输所引起的损耗称为绕射损耗。菲涅尔余隙x：障碍物顶点P至直线AB之间的垂直距离。图3-3菲涅尔余隙（a）负余隙;（b）正余隙第一菲涅尔区半径x1：（3-4）图3-4绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系结论：当横坐标x/x1>0.5时，则障碍物对直射波的传播基本上没有影响。当x=0时，TR直射线从障碍物顶点擦过时，绕射损耗约为6dB；当x<0时，TR直射线低于障碍物顶点，损耗急剧增加。例：如图3-3（a）所示，d1=5km,

5、d2=10km,工作频率150MHz，x的绝对值为82，求电波传播损耗。解：先求出自由空间传播损耗为：再求第一菲涅尔区半径为：x/x1=-82/81.7≈-1，查图可得绕射损耗为17dB所以，电波传播的损耗L为：3.1.4反射波图3-5反射波和直射波反射波与直射波的行距差为两路信号到达接收天线的时间差换算成相位差Δφ0为再加上地面反射时大都要发生一次反相，实际的两路电波相位差Δφ为(3-5)(3-6)(3-7)3.1.5多径效应与瑞利型(衰落特性)设发射机发Acosωct后,接收机接收端收到的合成信

6、号为式中：Ri(t)为第i条路径的接收信号；τi(t)为第i条路径的传输时间；φi(t)为第i条路径的相位滞后，φi(t)=-ωcτi(t)。Ri(t)和φi(t)可以认为是缓慢变化的随机过程，故：（3-9）(3-8)设:则式（3-9）可写成式中:U(t)为合成波R(t)的包络；φ(t)为合成波R(t)的相位。(3-10)通常，U(t)满足瑞利分布，相位φ(t)满足均匀分布，R(t)可视为一个窄带过程。假设噪声为高斯白噪声，σ为噪声方差，r为接收信号的损失幅度，则包络概率密度函数p(r)和相位概率

7、密度函数p(θ)分别为：0≤r≤+∞0≤θ≤2π均值为方差(3-11)(3-12)3.1.6莱斯（Riceam）衰落分布在移动通信中，如果存在一个起支配作用的直达波（未受衰落影响），这时，接收端接收信号的包络为莱斯（Riceam）分布。包络的概率密度函数p(r)为：A≥0,r≥0r<0式中,A为直达波振幅，r为接收信号的瞬时幅度，σ为噪声方差，I0（·）为第一类0阶Bessel函数。设(3-13)3.2电波传播特性的估算（工程计算）3.2.1EgliJohnJ.场强计算公式EgliJohnJ.提出

8、一种经验模型，并根据此模型提出经验修正公式，认为不平坦地区的场强等于平面大地反射公式算出的场强加上一个修正值，其修正值为：式中,f为工作频率，以MHz为单位。(3-14)不平坦地区的场强公式为或者说，不平坦地带传播衰减如果hT、hR采用米(m)表示，d用公里(km)表示，f用MHz表示，则不平坦地区的传播衰耗LA为(3-15)(3-16)(3-17)3.2.2奥村(Okumura)模型OM模型适用的范围：频率为150～1500MHz，基地站天线高度为30～200m，