移动通信_第二章_移动通信电波传播与传播预测模型
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移动通信电波传播及传播预测模型
xi c
exp(
j2fct)
Rer(t) exp( j2fct)
式中，r(t)为接收信号包络的复数形式。即
r(t)
i
ai
exp( j2
xi )s(t
xi ) c
i
ai exp( j2 i )s(t i )
(↑添上fc)
式中 i
xi c
为时延。
r(t)实质上是接收信号的复包络模型，是衰落、相移和时延都不同的
第15页/共22页
第二章 移动通信电波传播及传播预测模型
第一讲 电波传播的基本特性与移动信道的电波传播
如果令
i 2fc i 2fmt cosi c i D,it
则可得
r(t) ais(t i )e ji (t) s(t) * h(t, )
i
式中，s(t)为复基带传输信号，h(t, )为信道的冲击响应，符号*表示卷积。
一样，就会产生失真。对于数字移动通信来说，要求码元速率小于相关
带宽。
第18页/共22页
第二章 移动通信电波传播及传播预测模型
第一讲 电波传播的基本特性与移动信道的电波传播
2. 频率色散参数与相关时间
频率色散参数是用多普勒扩展来描述。而相关时间是与多普勒扩展相
对应的参数。
多普勒扩展和相关时间描述的是信道的时变特性，是由移动台与基站
器
的
冲
击
响
应
和
传
递
函
数
得
Res(t) cos(2fct) j sin(2fct)
信 道式的中特：f性c为。载设频传,s输(t)信为号复基为带（信实号部 部 分 ）
当信号经过多径信道后，假设第i径的路径
移动通信电波传播理论与模型
Pr
Gt Gr 1
L
4 d
2
L dB
10 lg
4 d
2
(dB)
20 lg
4 d
(dB)
[L]dB 32.44 20 lg f0 20 lg d
f0 为工作频率，单位为MHz；
d 为收发天线之间的距离，单位为km。
18
2.3 基本电波传播机制
3
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＞30 MHz时，典 型的传播通路如图所示。 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。
28
绕射发生在当接收机和发射机之间的无线路径被 尖利边缘阻挡时，由阻挡表面产生的二次波散布于空 间，即波在传播的过程中，行进中的波前上的每一个 点，都可作为产生次级波的点源，这些次级波组合起 来形成传播方向上新的波前。另外，当发射机和接收 机之间不存在视距路径时（LOS，line of sight，指移 动台可以看见基站天线；NLOS，非视距是指移动台 看不见基站天线），围绕阻挡体也会产生波的弯曲。
34
图3 – 4 绕射损耗与余隙关系
35
散射发生在介质中存在小于波长的物体 并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大 时。散射波产生于粗糙表面、小物体或 其他不规则物体，反射能量由于散射而 散布于所有方向。
36
i
当入射角为 i 时，则表面平整度的参数高度为：
hm 8sini
如果表面上最大的突起高度小于 hm，认为该表面
移动通信原理与技术第2章 移动通信电波传播及损耗模型
第I菲涅耳区：n=1时构成的菲涅耳区。
理论分析表明：通过第I菲涅耳区到达接收天线R 的电磁波能量约占R点接收到的总能量的1/2。如 果在这个区域内有障碍物存在，将会对电波传播 产生较大的影响。
2．电波传播的绕射损耗
为了衡量障碍物对传播通路的影响程度，定 义了菲涅尔余隙的概念。设障碍物与发射点和 接收点的相对位置如图2.7所示。
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。
· 在实际传输中，大气最典型的折射出现 在电波的水平传播中。
在工程上，大气折射对电波传播的影响通 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(6.37×106 m)变成了等效半径Re。
• 可以推出，无方向性接收天线的有效接 收面积为
（2.3）
• 由式（2.1）、式（2.2）和式（2.3）可 得接收功率为
（2.4）
· 发送功率Pt与接收功率Pr之比定义为传 输损耗，或称系统损耗。 · 经推导可得出传输损耗Ls的表达式为
（2.5a）
Gt和Gr为发射和接收天线增益（dB）
· 损耗常用分贝表示。 · 式（ 2.5a ）也可表示成
· 按收信号功率可表示为
(2.24)
式中，d 表示移动台与基站的距离。
· 式（2.21）是信道对传输信号作用的 一般表示式。
·这些作用有3类。
n
（1）传播损耗，又称为路径损耗。其值用 d 表示。 其中n为路径衰减因子，自由空间传播时n=2，一般 情况下n=3~5。
（2）阴影衰落，用 S (d ) 表示。
· 移动信道复杂、恶劣的传播条件这一特征是由在运动 中进行无线通信这一方式本身所决定的。
· 对移动信道进行研究的基本方法有3种。
理论分析表明：通过第I菲涅耳区到达接收天线R 的电磁波能量约占R点接收到的总能量的1/2。如 果在这个区域内有障碍物存在，将会对电波传播 产生较大的影响。
2．电波传播的绕射损耗
为了衡量障碍物对传播通路的影响程度，定 义了菲涅尔余隙的概念。设障碍物与发射点和 接收点的相对位置如图2.7所示。
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。
· 在实际传输中，大气最典型的折射出现 在电波的水平传播中。
在工程上，大气折射对电波传播的影响通 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(6.37×106 m)变成了等效半径Re。
• 可以推出，无方向性接收天线的有效接 收面积为
（2.3）
• 由式（2.1）、式（2.2）和式（2.3）可 得接收功率为
（2.4）
· 发送功率Pt与接收功率Pr之比定义为传 输损耗，或称系统损耗。 · 经推导可得出传输损耗Ls的表达式为
（2.5a）
Gt和Gr为发射和接收天线增益（dB）
· 损耗常用分贝表示。 · 式（ 2.5a ）也可表示成
· 按收信号功率可表示为
(2.24)
式中，d 表示移动台与基站的距离。
· 式（2.21）是信道对传输信号作用的 一般表示式。
·这些作用有3类。
n
（1）传播损耗，又称为路径损耗。其值用 d 表示。 其中n为路径衰减因子，自由空间传播时n=2，一般 情况下n=3~5。
（2）阴影衰落，用 S (d ) 表示。
· 移动信道复杂、恶劣的传播条件这一特征是由在运动 中进行无线通信这一方式本身所决定的。
· 对移动信道进行研究的基本方法有3种。
第二章移动通信的电波传播
LP
d0
d d0
Lp d
LP
d0
10n
lg
d d0
dB
第二节、移动信道的电波传播
• 一.移动信道的特点 • 二. 多径效应 • 三.衰落储备
第二节、移动信道的电波传播
一.移动信道的特点
1.移动通信信道的三个主要特点
• 1).传播的开放性 • 2).接收地点地理环境的复杂性与多样性 • 3).通信用户的随机移动性
• 接收机和发射机之间的无线路径被有尖利边缘的物 体阻挡时发生绕射
• 电波打到阻挡体边缘时产生漫反射成为新的点源， 无线信号能到达阻挡体的后面，此为费涅尔效应。
x1
d1d2
d1 d2
• x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离，称为菲涅尔 余隙。规定阻挡时余隙为负。
• x1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径
• 多径效应：由于接收者所处地理环境的复杂性、使得接收到 的信号不仅有直射波的主径信号，还有从不同建筑物反射过 来以及绕射过来的多条不同路径信号。它们到达时的信号强 度，到达时间以及到达时的载波相位都是不一样的，所接收 到的信号是上述各路径信号的矢量和，也就是说各径之间可 能产生自干扰。
• 多普勒效应：由于接收用户处于高速移动中传播频率的扩散 而引起的，其扩散程度与用户运动速度成正比，这一现象只 产生在高速(≥70km/h)车载通信时。
得； • Kjs——孤立山岳修正因子，可由图 3 - 29 • Ksp——斜坡地形修正因子，可由图 3 - 30 • KS——水陆混合路径修正因子，可由图 3 - 31 求得
第一节、移动信道的电波传播衰耗
任意地形地区的传播损耗中值
LA LT KT
式中， LT为中等起伏地市区传播损耗中值 LT Lfs Am ( f , d ) Hb (hb , d ) Hm (hm , f )
北邮《移动通信系统与原理》期末复习
第一章概述1、个人通信的主要特点是：每个用户有一个属于个人的唯一通信号码，取代了以设备为基础的传统通信的号码。
2、目前最具发展潜力的宽带无线移动技术是：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX。
3、移动通信的主要特点有：（1）利用无线电波进行信息传输；（2）在强干扰环境下工作；（3）通信容量有限；（4）通信系统复杂；（5）对移动台的要求高。
4、移动通信产生自身产生的干扰：互调干扰，邻道干扰，同频干扰，多址干扰。
第二章移动通信电波传播与传播预测模型1、移动信道的基本特性就是衰落特性。
2、移动信道的衰落一般表现为：（1）随信号传播距离变化而导致的传播损耗和弥散；（2）由于传播环境中的地形起伏，建筑物以及其他障碍物对电磁波的遮蔽所引起的衰落，一般称为阴影衰落；（3）无线电波在传播路径上受到周围环境中地形地物的作用而产生的反射、绕射和散射，使得其到达接收机时，是从多条路径传来的多个信号的叠加，这种多径传播所引起的信号在接收端幅度、相位和到达时间的随机变化将导致严重的衰落，即所谓多径衰落。
3、大尺度衰落主要是由阴影衰落引起的，小尺度衰落主要是由多径衰落引起的。
4、一般认为，在移动通信系统中一项传播的3种最基本的机制为反射、绕射和散射。
5、移动无线信道的主要特征是多径传播。
6、多径衰落的基本特性表现在信号的幅度衰落和时延扩展。
一般来说，模拟移动通信系统主要考虑多径效应引起的接收信号的幅度变化；数字移动通信系统主要考虑多径效应引起的脉冲信号的时延扩展。
7、描述多径信道的主要参数：（1）时间色散参数和相关带宽；（2）频率色散参数和相关时间；（3）角度色散参数和相关距离。
P288、相关带宽是信道本身的特性参数，与信号无关。
9、相关带宽：频率间隔靠得很近的两个衰落信号存在不同的时延，这可使两个信号变得相关，使得这一情况经常发生的频率间隔就是相关带宽。
10、相关时间：一段间隔，在此间隔内，两个到达信号具有很强的相关性，换句话说在相关时间内信道特性没有明显的变化。
第2章 电波传播模型
d (A) 20
d＜60 km
200 300
500
h /m
第2章 移动通信的电波传播
2. 孤立山岳
第2章 移动通信的电波传播 孤立山岳的损耗中值:L 山 岳 =L 市 -Kjs,修正参数见下图(当 H≠200m时K’js=Kjs*α(
T(基地站)
0.07 H)。 '孤立山岳典型地形H＝200 mT(基地站)
H
R(移动台) 3 d1 A曲线 : d1≥60 km B曲线 : d1＝30 km C曲线 : d1≤15 km d2
互叠加或彼此分离),于是信号在接收端表现为时间上的扩散 (脉冲的数目和幅度是随机变化的)。
第2章 移动通信的电波传播 频率选择性衰落是和时延扩散紧密相关的，它会影响通 信质量，这里要涉及到的一个关键的概念：相关带宽。
相关带宽是频率选择性衰落的关键参数,此衰落会引起信
号的单个矩形脉冲波形发生畸变。
第2章 移动通信的电波传播 通常可以使用时延扩展来区分窄/宽带信道:时延扩散小于 信号周期的定义为窄带信道(传输损耗和衰落是引起信号质量
中等起伏地上的市区损耗中值
LT Lbs Am ( f , d ) 111 .5 30 141 .5dB
第2章 移动通信的电波传播 当天线为非标准值时依据下图加以修正(增益因子为正时 会减小损耗中值即有利于电波传播)。
30 市区 hb ＝ 200 m 20 70～ 100 60 40 20 1～10 d / km 0 d / km 虚 实 线 线
L市=L0+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f) 在标准情况(hb=200m、hm=3m)下,基本损耗中值Am(f,d)是f 和d的函数,具体数据见下图
精选第二章移动通信电波传播及传播预测模型第一讲资料
2
GrGt
1
Re
j
2
(2.8)
式中，Pr和Pt分别为接收和发射功率，GrGt分别为接收和发射天线增益， R为地面反射系数，为两径信号的相位差。
且有 2l /
Байду номын сангаас
(2.9)
l ( AC CB) AB (2.10)
( t 2 f t 2 c t 2 l )
2.两径传播模型
在接收天线B处的接收信号功率为
Pr
Pt
4d
2
GrGt
1
Re
j
(1
R)
Ae
j
2
(2.7)
第二章 移动通信电波传播及传播预测模型
第一讲 电波传播的基本特性与移动信道的电波传播
在大多数场合下，地面波的影响可以忽略，则有
Pr
Pt
4d
菲涅尔区的半径表示为
rn
nd1d2 ,
d1 d2
n 1时，得到第一菲涅尔半径。
通常认为，在接收点处第一菲涅尔区产生的场强是全部菲涅尔区场强的一半。 若收发距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以到达接收机。（接收点场强 是个菲涅尔区产生场强的矢量和，以奇数区参考，若奇数区为增强，则偶数区就 减弱，因相位差180度，互为倒相。）
2.3.1 反射与多经信号
1.反射
R R e j sin z sin z
式中 z 0 cos2 / 0 (垂直极化)
z 0 cos2 (水平极化) 0 j60 (为介电常数，为电导率，为波长) R 为反射点反射波场强与入射波场强的比值，为反射波相对于入射波的相移
第2章_移动通信的电波传播
绕射损耗与菲涅尔半径
菲涅尔半径：
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，因 此在原则基站位置时， 尽量使x/x1>0.5
例 3 – 1 设图 3 - 3(a)所示的传播路径中， 菲涅尔余隙
x=-82m, d1=5km, d2=10km, 工作频率为150MHz。试求出 电波传播损耗。
解:（1）自由空间传播的损耗Lbs为
[Lbs ] 32.44 201g(5 10) 201g150 99.5dB
（2）求第一菲涅尔区半径x1为
x1
d1d2
d1 d2
2 5 103 1104 15 103
81.7m
（3）查图 3 - 4得附加损耗 (x/x1≈-1)为17dB
(4)电波传播的损耗L为 [L] [Lbs ] 17 116.5dB
移动台天线高度为: 1～10 m
传播距离为: 1～100km
奥村模型
以平坦地形大城市地区的路径损耗作为基准，对于不 同的传播环境（接收和发射天线的高度、频率）和地形、 地物条件等因素用校正因子加以修正。
由于移动信道中电波传播的条件十分恶劣和 复杂，要准确地计算信号场强或传播损耗是很困 难的，通常采用分析和统计相结合的办法。通过 大量实验，找出各种地形地物下的传播损耗与距 离、频率、天线高度之间的关系。
前人进行了很多研究，提出了很多模型，比较有 名的有奥村（OM）模型、 Hata模型等，本节着 重介绍奥村模型。
奥村模型
它是由奥村等人在日本东京采用 （1）不同的频率 （2）不同的天线高度
（3）不同的距离 进行了一系列的测试，最后给出的经验曲线而
构成的模型。 思路：
以市区传播损耗为基准，对不同的地形和地物， 给出相应的修正因子。
移动通信原理与系统(北京邮电出版社)课后习题答案
答：①
②
③ ，所以多普勒扩展为
2．6若 ， ，移动台沿电波传播方向行驶，求接收信号得平均衰落率。
解：
2．7已知移动台速度 ， ，求对于信号包络均方值电平 得电平通过率。
解： ,
2．8设基站天线高度为 ，发射频率为 ，移动台天线高度为 ，通信距离为 ，利用Okumura-Hata模型分别求出城市、郊区与乡村得路径损耗。（忽略地形校正因子得影响）
微观分集：用于合并两个或多个短时限瑞利信号，这些信号都就是同一接收基站长经独立得衰落路径接收来自两个或多个不同天线发射得信号。
移动通信中常用得微观分集：时间分集、频率分集、空间分集、角度分集、极化分集。
4．3工作频段为 模拟移动电话系统TACS得信令采用数字信号方式。其前向控制信道得信息字A与B交替采用重复发送5次，如图所示。每字（40bit）长度5ms。为使字A（或B）获得独立得衰落，移动台得速度最低就是多少？
所谓相位连续就是指不仅在一个元码持续时间连续而且在从元码 转换得时刻 两个元码相位也相等满足关系式 即要求当前元码得初相位 由前一元码得初相位 来决定。
3．8GMSK系统空中接口传输速率为270、83333kbit/s，求发送信号得两个频率差。若载波频率就是 ，这两个频率又等于多少？
解：（1） ，
（2） ；
2．1说明多径衰落对数字移动通信系统得主要影响。
答：①信息信号分散，信噪比低，传输语音与数据质量不佳；
②可能引入尖锐得噪声，照成传输数据大量出错；
③不同路径传来得信号互相相关，难以直接叠加。增加接收电路单元得复杂度，从而提高系统得建设与运营成本。
2．2若某发射机发射功率为100W，请将其换算成d Bm与dBW。如果发射机得天线增益为单位增益，载波频率为900MHz，求出在自由空间中距离天线100m处得接收功率为多少dBm？
②
③ ，所以多普勒扩展为
2．6若 ， ，移动台沿电波传播方向行驶，求接收信号得平均衰落率。
解：
2．7已知移动台速度 ， ，求对于信号包络均方值电平 得电平通过率。
解： ,
2．8设基站天线高度为 ，发射频率为 ，移动台天线高度为 ，通信距离为 ，利用Okumura-Hata模型分别求出城市、郊区与乡村得路径损耗。（忽略地形校正因子得影响）
微观分集：用于合并两个或多个短时限瑞利信号，这些信号都就是同一接收基站长经独立得衰落路径接收来自两个或多个不同天线发射得信号。
移动通信中常用得微观分集：时间分集、频率分集、空间分集、角度分集、极化分集。
4．3工作频段为 模拟移动电话系统TACS得信令采用数字信号方式。其前向控制信道得信息字A与B交替采用重复发送5次，如图所示。每字（40bit）长度5ms。为使字A（或B）获得独立得衰落，移动台得速度最低就是多少？
所谓相位连续就是指不仅在一个元码持续时间连续而且在从元码 转换得时刻 两个元码相位也相等满足关系式 即要求当前元码得初相位 由前一元码得初相位 来决定。
3．8GMSK系统空中接口传输速率为270、83333kbit/s，求发送信号得两个频率差。若载波频率就是 ，这两个频率又等于多少？
解：（1） ，
（2） ；
2．1说明多径衰落对数字移动通信系统得主要影响。
答：①信息信号分散，信噪比低，传输语音与数据质量不佳；
②可能引入尖锐得噪声，照成传输数据大量出错；
③不同路径传来得信号互相相关，难以直接叠加。增加接收电路单元得复杂度，从而提高系统得建设与运营成本。
2．2若某发射机发射功率为100W，请将其换算成d Bm与dBW。如果发射机得天线增益为单位增益，载波频率为900MHz，求出在自由空间中距离天线100m处得接收功率为多少dBm？
移动通信-02 移动通信电波传播
－4 －2 0 2
绕 射 损 耗 / dB
4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 － 2 .5－ 2 .0 － 1 .5－ 1 .0－ 0 .5 0 x / x1
由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余 隙的关系如图 所示。纵坐标为绕射引起 的附加损耗， 即相对于自由空间传播损 耗的分贝数 横坐标为x/x1, 其中x1是第一菲涅尔区 在P点横截面的半径， 它由下列关系式可 求得 d 1d 2 x1 d1 d 2
P T x d1 d2 h2 d1 x h1 P d2 h2 R
T
R
h1
(a)
(b)
图中， x表示障碍物顶点 P至直射线TR的距离， 称为 菲涅尔余隙。 规定阻挡时余隙为负， 如图 (a)所示； 无阻挡时余 隙为正， 如图(b)所示
(a) 负余隙；
(b) 正余隙
天津大学 电子信息工程学院
③ 绕射波--障碍物的影响与绕射损耗
天津大学 电子信息工程学院
2. 郊区和开阔地损耗的中值
25
d ＝ 1 km 20 5 km
子 郊 区 修 正 因 Km r / d B
10 km 15 20 km 10
0
－
＜ 200 Hz M
＞ 400 Hz M
－ 30
20
30
50 70 100
200 300
5 0 0 7 0 01 0 0 0
－5
1
2
ห้องสมุดไป่ตู้
3
5
7
10
基 站 天 线 有 效 高 度hb / m
移 动 台 天 线 高 度hm / m
(a)
(b)
天线高度增益因子 (a) 基站Hb(hb, d); (b) 移动台Hm(hm, f)
绕 射 损 耗 / dB
4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 － 2 .5－ 2 .0 － 1 .5－ 1 .0－ 0 .5 0 x / x1
由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余 隙的关系如图 所示。纵坐标为绕射引起 的附加损耗， 即相对于自由空间传播损 耗的分贝数 横坐标为x/x1, 其中x1是第一菲涅尔区 在P点横截面的半径， 它由下列关系式可 求得 d 1d 2 x1 d1 d 2
P T x d1 d2 h2 d1 x h1 P d2 h2 R
T
R
h1
(a)
(b)
图中， x表示障碍物顶点 P至直射线TR的距离， 称为 菲涅尔余隙。 规定阻挡时余隙为负， 如图 (a)所示； 无阻挡时余 隙为正， 如图(b)所示
(a) 负余隙；
(b) 正余隙
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③ 绕射波--障碍物的影响与绕射损耗
天津大学 电子信息工程学院
2. 郊区和开阔地损耗的中值
25
d ＝ 1 km 20 5 km
子 郊 区 修 正 因 Km r / d B
10 km 15 20 km 10
0
－
＜ 200 Hz M
＞ 400 Hz M
－ 30
20
30
50 70 100
200 300
5 0 0 7 0 01 0 0 0
－5
1
2
ห้องสมุดไป่ตู้
3
5
7
10
基 站 天 线 有 效 高 度hb / m
移 动 台 天 线 高 度hm / m
(a)
(b)
天线高度增益因子 (a) 基站Hb(hb, d); (b) 移动台Hm(hm, f)
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f = 1910MHz， D = 500 m , LdB =78.07 (dB)
(2)
PR 的计算
可得，PR PT / L 可得，L 10^ ( LdB /10)
L PT / PR
LdB 10 lg( L)
因此，PR PT / 10^(LdB / 10)
PR = PT / ( 10^(L_dB/10) ) = PT / ( 10^7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10^7.807 ) = 156 ( nW )
由移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物
及其它障碍物对电波路径的阻挡而形成的电磁场半盲 区（阴影效应）
38
2.4 阴影衰落的基本特性
传播损耗受阴影衰落影响，可表示为
l ( r , ) r m 1010
室内传播的路径损耗指数 多条传播路径经过反射或
60GHz信号室内传播测量 32/42
2.3 3种基本电波传播机制
2.3 3种基本电波传播机制
反射(reflection) ：
阻挡体比传输波长大得多的物体 产生多径衰落的主要因素
34
2.3.2 绕射
挡时，发生绕射 惠更斯.菲涅尔原理 阻挡体具有尖锐边缘 频率越低，绕射能力越强
发射天线为各向均匀辐射时， 以发射源为中心，d为半径的 球面上单位面积的功率为：
Save PT 2 ( W / m ) 2 4 d
如天线具有方向性（发射天线 增益为GT），在主波束方向通 过单位面积的功率为：
SD Gt Save GT 2 PT ( W / m ) 2 4 d
所以，L (4 df / c ) (4 / c) d f
2 2
2
用dB描述，LdB 10lg( L)
代入光速，c =3 108 ( m / s)
将f 的单位改为MHz，d 的单位为改Km，取对数 4 1e 6 1e 3
所以，LdB 20 lg 3e 8 20 lg f 20 lg d 24
反射
16
本节内容小结
无线电波传播主要方式 1. 地波/地表面波传播 2. 天波传播 3. 空间波传播 4. 散射波传播 蜂窝移动通信系统主要使用超高频 UHF(300MHz~3GHz)的主要原因： 1. UHF频段主要采用空间波传输，其覆盖方式适合于
蜂窝移动通信系统 2. UHF频段所需要的天线较短便于移动 3. UHF频段受天气的影响较小
2
SD PT
GT 2 ( W / m ) 2 4 d
2 AR G（ m ) R 4
则接收天线所截获的功率为
PR SD AR
PR PT GT GR (W ) 4 d
23
2
[1] Dipak L. Sengupta Valdis，应用电磁学与电磁兼容 [2] /p-000904166897.html
22
Frris自由空间模型(Friis H.T.,Proc. IRE,1946)
设：1,接收天线增益Gr; 2, 发射天线增益为Gt 3, 发射功率为Pt , 4 接收天线与发射天线的距离为d
主波束方向通过单位面积的功率 接收天线有效面积AR : 抛物面天线，假定天线口面场具有
等相、等幅分布[1] [2]
比较稳定可靠。
地波传播
传播过程中，能量被大地不断吸收，因而传播距离不 远。
适宜较小范围里的通信和广播业务使用
9
无线电波传播特性
2，天波传播——无线电波向天空辐射，由电离层反射 到接收点 电离层能反射电波， 也能吸收电波
电离层
频率越低，越易反射 频率越低，反射的高度越低 频率越低，电离层的吸收越大
其传播距离很近，一般的传输距离也不过50公里左右
中继传播
12
Байду номын сангаас
无线电波传播特性
4，散射波传播
在无法建立微波接力的地区，如沙漠、海疆、岛屿之 间的通信，可以利用散射波 传递信息。
不均匀 大气
电离层和比电离层低的对流层
等，都能散射微波和超短波无 线电波，实现超视距通信。 散射信号一般很弱，进行散射 通信要求使用大功率发射机，
频率太高会穿透电离层而不能返回地面，频率太低会 因为损耗太大而不能保证通信质量 10
天波传播
无线电波传播特性
短波（即高频）是利用电离层反射传播的最佳 波段
3MHz<f<30MHz, 100m>λ>10m
无线电波传播特性
3，空间波传播——从发射点经空间直线传播到接收点 的无线电波叫空间波 空间波传播距离一般限于视距范围，因此又叫视距传 播。 超短波和微波不能被电离层反射，主要是在空间直接 传播。
2.1. 概述
h (t )
1e-3 高斯信道 传输性能 7dB
h i exp ji
i 0
N
瑞利信道传输性能
1e-3 25dB
6
无线电波传播特性
移动通信泛指采用电磁波为传输媒介的无线通信 频段划分
长波(LW， Long Wave)，是指频率低于300KHz 的所有电磁波。 长波的特点是传输距离远，信号衰减小，由于频率低，所以携带信 息量也小，故不适合传送信息量大的信号，该波段一般作为模拟 （调幅）音频通信用。
因为接收功率PR PT GT GR (w) 4 d
2
传播损耗，也称为路径损耗
定义，L PT / PR
所以，L (4 d / )2 /(GT GR )
因为， c / f
2
当Gt = Gr=1时，自由空间的传播损耗为 2
L= (4 d / )
17
本节内容小结
移动信道下的电波传播机制 直射波
反射波 绕射波
散射波
18
2.2 自由空间的电波 传播
回顾
各向同性天线 没有体积、不存在损耗的点源辐射器。其方 向图为球体，在各个方向具有相同的辐射强 度 天线增益 方向性天线在某方向的某位置达到
辐射场强Um所用的发射功率为Pt， 而均匀辐射的点源天线所需的功率 为P0，则 G P0 / Pt
LdB PT ,dBm - PR ,dBm PT ,dBm =10log(10mW)=10dBm
PR,dBm =10log(1 10 mW)=-50dBm
LdB PT ,dBm - PR,dBm 60dB
28
5
10 lg GT 10 lg GR [课堂练习],发射功率为PT =10mW ，发射/接 收天线增益GR=GT=7dB ，工作频率f = 1910MHz（20log1910=65.5dB ，接收灵敏度 为PR=10nW，问接收机最远离发射机多远能 正常工作 LdB 10log( PT / PR ) 60dB
视距信道 散射体
1.直射波(最强)
非视距信道
2.反射波(次强) 3.绕射波(次强)
4.散射波(最弱)
15
典型的移动信道电波传播方式
2.1. 概述
信道按是否存在视距分类
视距信道：
直射传播（LOS：Light-Of-Sight），如
卫星传播信道
非视距信道：
非直射传播（Non-LOS）：绕射、散射、
L PT / PR
LdB 32.45 20 lg f 20 lg d
20lg d LdB - 32.45 20lg f 10lg GT 10lg GR
20 lg d 23.95 d 10^ ( 23.95 / 20) 63.4( m )
29
自由空间的路径损耗：L (4 d / )2 / (GT GR ) d 2
LdB = 32.45 + 20 lg 1910( MHz ) + 20 lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB) = 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 25 = 78.07 (dB)
[举例] PT = 10 W = 40dBmw ；GR = GT = 7 (dBi) ；
20
直射：
电波沿直线传播的传播方式 自由空间电波传播损耗
在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，
无反射、折射、绕射、散射和吸收现象 其单位面积中的能量会因扩散引起损耗
前提：
发射天线远离地球，或没有阻挡物
d
Gr
P t , Gt
(a)
(b)
(c )
21
设：1,接收天线增益Gr; 2, 发射天线增益为Gt 3, 发射功率为Pt , 4 接收天线与发射天线的距离为d
移动通信
第二章
移动通信电波与传播预测模型
胡 苏 通信抗干扰技术国家级重点实验室
主要内容
2.1概述
2.2自由空间的电波传播
2.3 3种基本电波传播机制
2.4阴影衰落的基本特性 2.5移动无线信道及特性参数
2.6电波传播损耗预测模型
2.1 概述
2.1. 概述
为什么研究无线信道的电波传播特性？
s
绕射(diffraction) ： 当接收机和发射机之间的无线传播被尖锐的边缘阻
35
P A
1 < 2
2.3 3种基本电波传播机制
散射(scattering) ：
产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体
36
2.4 阴影衰落的基本特性
2.4 阴影衰落的基本特性
什么是阴影衰落？
阴影衰落过大， 无法接收信号
30
2.2 自由空间的电波传播
典型环境的路径损耗指数
(2)
PR 的计算
可得，PR PT / L 可得，L 10^ ( LdB /10)
L PT / PR
LdB 10 lg( L)
因此，PR PT / 10^(LdB / 10)
PR = PT / ( 10^(L_dB/10) ) = PT / ( 10^7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10^7.807 ) = 156 ( nW )
由移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物
及其它障碍物对电波路径的阻挡而形成的电磁场半盲 区（阴影效应）
38
2.4 阴影衰落的基本特性
传播损耗受阴影衰落影响，可表示为
l ( r , ) r m 1010
室内传播的路径损耗指数 多条传播路径经过反射或
60GHz信号室内传播测量 32/42
2.3 3种基本电波传播机制
2.3 3种基本电波传播机制
反射(reflection) ：
阻挡体比传输波长大得多的物体 产生多径衰落的主要因素
34
2.3.2 绕射
挡时，发生绕射 惠更斯.菲涅尔原理 阻挡体具有尖锐边缘 频率越低，绕射能力越强
发射天线为各向均匀辐射时， 以发射源为中心，d为半径的 球面上单位面积的功率为：
Save PT 2 ( W / m ) 2 4 d
如天线具有方向性（发射天线 增益为GT），在主波束方向通 过单位面积的功率为：
SD Gt Save GT 2 PT ( W / m ) 2 4 d
所以，L (4 df / c ) (4 / c) d f
2 2
2
用dB描述，LdB 10lg( L)
代入光速，c =3 108 ( m / s)
将f 的单位改为MHz，d 的单位为改Km，取对数 4 1e 6 1e 3
所以，LdB 20 lg 3e 8 20 lg f 20 lg d 24
反射
16
本节内容小结
无线电波传播主要方式 1. 地波/地表面波传播 2. 天波传播 3. 空间波传播 4. 散射波传播 蜂窝移动通信系统主要使用超高频 UHF(300MHz~3GHz)的主要原因： 1. UHF频段主要采用空间波传输，其覆盖方式适合于
蜂窝移动通信系统 2. UHF频段所需要的天线较短便于移动 3. UHF频段受天气的影响较小
2
SD PT
GT 2 ( W / m ) 2 4 d
2 AR G（ m ) R 4
则接收天线所截获的功率为
PR SD AR
PR PT GT GR (W ) 4 d
23
2
[1] Dipak L. Sengupta Valdis，应用电磁学与电磁兼容 [2] /p-000904166897.html
22
Frris自由空间模型(Friis H.T.,Proc. IRE,1946)
设：1,接收天线增益Gr; 2, 发射天线增益为Gt 3, 发射功率为Pt , 4 接收天线与发射天线的距离为d
主波束方向通过单位面积的功率 接收天线有效面积AR : 抛物面天线，假定天线口面场具有
等相、等幅分布[1] [2]
比较稳定可靠。
地波传播
传播过程中，能量被大地不断吸收，因而传播距离不 远。
适宜较小范围里的通信和广播业务使用
9
无线电波传播特性
2，天波传播——无线电波向天空辐射，由电离层反射 到接收点 电离层能反射电波， 也能吸收电波
电离层
频率越低，越易反射 频率越低，反射的高度越低 频率越低，电离层的吸收越大
其传播距离很近，一般的传输距离也不过50公里左右
中继传播
12
Байду номын сангаас
无线电波传播特性
4，散射波传播
在无法建立微波接力的地区，如沙漠、海疆、岛屿之 间的通信，可以利用散射波 传递信息。
不均匀 大气
电离层和比电离层低的对流层
等，都能散射微波和超短波无 线电波，实现超视距通信。 散射信号一般很弱，进行散射 通信要求使用大功率发射机，
频率太高会穿透电离层而不能返回地面，频率太低会 因为损耗太大而不能保证通信质量 10
天波传播
无线电波传播特性
短波（即高频）是利用电离层反射传播的最佳 波段
3MHz<f<30MHz, 100m>λ>10m
无线电波传播特性
3，空间波传播——从发射点经空间直线传播到接收点 的无线电波叫空间波 空间波传播距离一般限于视距范围，因此又叫视距传 播。 超短波和微波不能被电离层反射，主要是在空间直接 传播。
2.1. 概述
h (t )
1e-3 高斯信道 传输性能 7dB
h i exp ji
i 0
N
瑞利信道传输性能
1e-3 25dB
6
无线电波传播特性
移动通信泛指采用电磁波为传输媒介的无线通信 频段划分
长波(LW， Long Wave)，是指频率低于300KHz 的所有电磁波。 长波的特点是传输距离远，信号衰减小，由于频率低，所以携带信 息量也小，故不适合传送信息量大的信号，该波段一般作为模拟 （调幅）音频通信用。
因为接收功率PR PT GT GR (w) 4 d
2
传播损耗，也称为路径损耗
定义，L PT / PR
所以，L (4 d / )2 /(GT GR )
因为， c / f
2
当Gt = Gr=1时，自由空间的传播损耗为 2
L= (4 d / )
17
本节内容小结
移动信道下的电波传播机制 直射波
反射波 绕射波
散射波
18
2.2 自由空间的电波 传播
回顾
各向同性天线 没有体积、不存在损耗的点源辐射器。其方 向图为球体，在各个方向具有相同的辐射强 度 天线增益 方向性天线在某方向的某位置达到
辐射场强Um所用的发射功率为Pt， 而均匀辐射的点源天线所需的功率 为P0，则 G P0 / Pt
LdB PT ,dBm - PR ,dBm PT ,dBm =10log(10mW)=10dBm
PR,dBm =10log(1 10 mW)=-50dBm
LdB PT ,dBm - PR,dBm 60dB
28
5
10 lg GT 10 lg GR [课堂练习],发射功率为PT =10mW ，发射/接 收天线增益GR=GT=7dB ，工作频率f = 1910MHz（20log1910=65.5dB ，接收灵敏度 为PR=10nW，问接收机最远离发射机多远能 正常工作 LdB 10log( PT / PR ) 60dB
视距信道 散射体
1.直射波(最强)
非视距信道
2.反射波(次强) 3.绕射波(次强)
4.散射波(最弱)
15
典型的移动信道电波传播方式
2.1. 概述
信道按是否存在视距分类
视距信道：
直射传播（LOS：Light-Of-Sight），如
卫星传播信道
非视距信道：
非直射传播（Non-LOS）：绕射、散射、
L PT / PR
LdB 32.45 20 lg f 20 lg d
20lg d LdB - 32.45 20lg f 10lg GT 10lg GR
20 lg d 23.95 d 10^ ( 23.95 / 20) 63.4( m )
29
自由空间的路径损耗：L (4 d / )2 / (GT GR ) d 2
LdB = 32.45 + 20 lg 1910( MHz ) + 20 lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB) = 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 25 = 78.07 (dB)
[举例] PT = 10 W = 40dBmw ；GR = GT = 7 (dBi) ；
20
直射：
电波沿直线传播的传播方式 自由空间电波传播损耗
在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，
无反射、折射、绕射、散射和吸收现象 其单位面积中的能量会因扩散引起损耗
前提：
发射天线远离地球，或没有阻挡物
d
Gr
P t , Gt
(a)
(b)
(c )
21
设：1,接收天线增益Gr; 2, 发射天线增益为Gt 3, 发射功率为Pt , 4 接收天线与发射天线的距离为d
移动通信
第二章
移动通信电波与传播预测模型
胡 苏 通信抗干扰技术国家级重点实验室
主要内容
2.1概述
2.2自由空间的电波传播
2.3 3种基本电波传播机制
2.4阴影衰落的基本特性 2.5移动无线信道及特性参数
2.6电波传播损耗预测模型
2.1 概述
2.1. 概述
为什么研究无线信道的电波传播特性？
s
绕射(diffraction) ： 当接收机和发射机之间的无线传播被尖锐的边缘阻
35
P A
1 < 2
2.3 3种基本电波传播机制
散射(scattering) ：
产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体
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2.4 阴影衰落的基本特性
2.4 阴影衰落的基本特性
什么是阴影衰落？
阴影衰落过大， 无法接收信号
30
2.2 自由空间的电波传播
典型环境的路径损耗指数