移动通信技术课件

移动通信技术移动通信技术v通信工程学院 闫海煜移动通信技术通信工程学院 闫海煜模块二：移动信道中的电波传播模块二：移动信道中的电波传播整体整体整体整体结结构构构构基本技基本技基本技基本技术术单元元1：天：天线的基本知的基本知识 单元元2：移：移动通信的通信的电波波传播特性播特性 单元元3：移：移动通信信道特征通信信道特征 单元元4：电波波传播的路径播的路径损耗耗预测 实训项实训项目目目目天线认知实训天线认知实训 单元元5：噪声与干：噪声与干扰 模块二：移动信道中的电波传播整体结构基本技术单元1：天线的基2教学单元引入教学单元引入教学单元引入教学单元引入 通过上一次课的讲解，我们对移动通信天线基础知通过上一次课的讲解，我们对移动通信天线基础知识进行了深入的学习，而现代移动通信的天线辐射信号识进行了深入的学习，而现代移动通信的天线辐射信号广泛的使用广泛的使用150MHz、450MHz、900MHz、1800MHz频段作为无线通信系统信号传播的频段，那么学习移动频段作为无线通信系统信号传播的频段，那么学习移动通信必须对无线通信系统信号传播的特征做进一步了解，通信必须对无线通信系统信号传播的特征做进一步了解，分析无线通信系统信号传播的特征等效为分析其载波在分析无线通信系统信号传播的特征等效为分析其载波在各种地形地物气候等条件下传播特征。各种地形地物气候等条件下传播特征。教学单元引入 通过上一次课的讲解，我们对移单元单元2 2 移动通信的电波传播特性移动通信的电波传播特性 无线电波传播机制无线电波传播机制1 1主要内容主要内容2 2直射波传播直射波传播 反射、绕射与散射反射、绕射与散射3 34 4大气中的电波传播大气中的电波传播单元2 移动通信的电波传播特性 无线电波传播机制1主要内容4学习目标学习目标学习目标学习目标l了解无线电波的传播机制。了解无线电波的传播机制。l理解无线电波的直射、反射、绕射、散射传播机理。理解无线电波的直射、反射、绕射、散射传播机理。l熟悉视线传播最大距离的计算。熟悉视线传播最大距离的计算。l学生团队协作能力得到锻炼。学生团队协作能力得到锻炼。l学生沟通能力学生沟通能力 表达能力得到锻炼。表达能力得到锻炼。学习目标了解无线电波的传播机制。重点与难点重点与难点重点与难点重点与难点l重重点点:无无线线电电波波的的直直射射、反反射射、绕绕射射、散散射射传传播播机理及视线传播最大距离机理及视线传播最大距离l难点：难点：无无。重点与难点重点:无线电波的直射、反射、绕射、散射传播机理1.1.无线电波传播机制无线电波传播机制 移动通信的电波传播方式有哪些？移动通信的电波传播方式有哪些？1.无线电波传播机制 移动通信的电波传播方式有哪些？71.1.无线电波传播机制无线电波传播机制 1、移动通信的电波传播方式、移动通信的电波传播方式电波传播方式与电波频率有关电波传播方式与电波频率有关主要类型：直射、反射、绕射、散射。如图主要类型：直射、反射、绕射、散射。如图2-23所示。所示。1.无线电波传播机制 1、移动通信的电波传播方式81.1.无线电波传播机制无线电波传播机制反射波反射波直射波直射波电离层反射波电离层反射波绕射波绕射波散射波散射波电离层电离层天天线线图图2-23 传播方式传播方式1.无线电波传播机制反射波直射波电离层反射波绕射波散射波电离91.1.无线电波传播机制无线电波传播机制 在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的机制为在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的机制为反射、绕射和散射。反射、绕射和散射。当电磁波遇到比波长大得多的物体当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射。当接收机和发射机之间的无线路径被尖利时发生反射。当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。当电波穿行的介质中存在小于的边缘阻挡时发生绕射。当电波穿行的介质中存在小于波长的物体，且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，波长的物体，且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。发生散射。1.无线电波传播机制 在移动通信系统中，影响传播的三种101.1.无线电波传播机制无线电波传播机制对于移动通信系统来说，接收机接收对于移动通信系统来说，接收机接收到的实际信号到的实际信号,是一个什么样的信号？是一个什么样的信号？1.无线电波传播机制对于移动通信系统来说，接收机接收到的实际111.1.无线电波传播机制无线电波传播机制三种基本传播机制三种基本传播机制对于移动通信系统来说，接收机接收到的实际是直射波对于移动通信系统来说，接收机接收到的实际是直射波和经地形地物反射散射绕射衍射后的合成信号。和经地形地物反射散射绕射衍射后的合成信号。1.无线电波传播机制三种基本传播机制对于移动通信系统来说，接122.2.直射波传播直射波传播 直直射射波波的的传传播播可可按按用用自自由由空空间间传传播播模模型型来来分分析析衰衰减减特特性性自自由由空空间间：均均匀匀无无损损耗耗的的无无限限大大空空间间，其其电电波波传传播播具具有有各各向向同同性性自自由由空空间间特特点点：电电波波传传播播时时能能量量不不会会被被障障碍碍物物吸吸收收、反射、散射而产生损耗反射、散射而产生损耗2.直射波传播 直射波的传播可按用自由空132.2.直射波传播直射波传播自由空间损耗的根本原因自由空间损耗的根本原因是什么是什么？2.直射波传播自由空间损耗的根本原因是什么？142.2.直射波传播直射波传播自由空间损耗自由空间损耗 球球面面波波在在传传播播过过程程中中，随随着着传传播播距距离离增增大大，球球面面单单位位面面积积上上的的能能量量减减小小了了，而而接接收收天天线线的的有有效效截截面面积积是是一一定定的的，因因而而接接收收天天线线所所捕捕获获的的信信号号功功率率减小了，这就是自由空间损耗。减小了，这就是自由空间损耗。d自由空间损耗的根本自由空间损耗的根本原因原因能量扩散能量扩散2.直射波传播自由空间损耗 球面波在传播过程中，随153.3.反射、绕射与散射反射、绕射与散射反射反射l电电波波传传播播中中遇遇到到两两种种不不同同介介质质的的介介面面时时，会会产产生生镜镜面面反反射；射；l按平面波处理，电波的反射角等于入射角；按平面波处理，电波的反射角等于入射角；l镜镜面面反反射射时时，反反射射波波场场强强幅幅度度等等于于入入射射波波场场强强幅幅度度，而而相位发生反向。相位发生反向。3.反射、绕射与散射反射163.3.反射、绕射与散射反射、绕射与散射 直直射射波波与与地地面面反反射射波波存存在在相相位位差差，如如图图2-242-24所所示示，使使得得它它们们的的合合成成场场强强有有时时会会同同相相相相加加，有有时时会会反反相相抵抵消消，这这就造成了合成波的衰落现象。就造成了合成波的衰落现象。图图2-24 直射波与地面反射波存在相位差直射波与地面反射波存在相位差3.反射、绕射与散射 直射波与地面反射波存在相位差，173.3.反射、绕射与散射反射、绕射与散射绕射绕射l电电波波在在传传播播过过程程中中有有一一定定绕绕过过障障碍碍物物的的能能力力，这这种种现现象象称为绕射如图称为绕射如图2-25所示。所示。l电电波波的的绕绕射射能能力力与与电电波波的的波波长长有有关关，波波长长越越长长，绕绕射射能能力越强；波长越短，则绕射能力越弱。力越强；波长越短，则绕射能力越弱。图图2-25 电波的绕射电波的绕射3.反射、绕射与散射绕射图2-25 电波的绕射183.3.反射、绕射与散射反射、绕射与散射l由由于于平平面面波波有有一一定定的的绕绕射射能能力力，所所以以能能够够绕绕过过高高低低不不平平的的地面或障碍物，然后到达接收点。地面或障碍物，然后到达接收点。l绕绕射射会会使使部部分分信信号号偏偏转转，致致使使绕绕射射信信号号与与直直达达信信号号之之间间有有相相位位差差，干干扰扰了了直直达达信信号号。因因此此如如果果树树林林或或山山丘丘突突入入绕绕射射区区，此此时时尽尽管管收收发发信信机机处处于于视视距距内内，也也并并不不表表示示信信号号传传输输良好。良好。3.反射、绕射与散射由于平面波有一定的绕射能力，所以能够绕过193.3.反射、绕射与散射反射、绕射与散射l由障碍物引起的附加传播损耗称为由障碍物引起的附加传播损耗称为绕射损耗绕射损耗；l绕绕射射损损耗耗的的取取值值与与传传播播路路径径的的菲菲涅涅尔尔余余隙隙有有关关，一一般般可可通过查表获得；通过查表获得；l当当菲菲涅涅尔尔余余隙隙为为零零时时，其其附附加加损损耗耗约约为为6dB，即即信信号号减减弱为弱为1/4。3.反射、绕射与散射由障碍物引起的附加传播损耗称为绕射损耗；203.3.反射、绕射与散射反射、绕射与散射散射散射l电波遇到粗糙表面时，会发生散射而散布于各个方向；电波遇到粗糙表面时，会发生散射而散布于各个方向；l实实际际移移动动无无线线环环境境的的接接收收信信号号比比单单独独绕绕射射和和反反射射模模型型预预测测的的信号强；信号强；l对对于于阻阻挡挡面面起起伏伏远远大大于于波波长长的的平平滑滑表表面面可可建建模模成成反反射射面面，而而对对于于颗颗粒粒小小于于波波长长的的粗粗糙糙表表面面，反反射射系系数数需需乘乘以以一一个个散散射射损损耗耗系数，以代表减弱的反射场。系数，以代表减弱的反射场。3.反射、绕射与散射散射214.4.大气中的电波传播大气中的电波传播大气折射大气折射 电电波波通通过过折折射射率率不不同同的的大大气气层层时时，由由于于不不同同高高度度的的电电波波传传播播速速率率不不同同，使电波射束发生弯曲。使电波射束发生弯曲。图图2-26 大气的折射大气的折射4.大气中的电波传播大气折射图2-26 大气的折射224.4.大气中的电波传播大气中的电波传播图图2-27 2-27 大气折射使得直射电波也能够实现超视距传播大气折射使得直射电波也能够实现超视距传播发射天线发射天线接收天线接收天线折射线折射线发射天线发射天线将折射线拉成直线将折射线拉成直线接收天线接收天线4.大气中的电波传播图2-27 大气折射使得直射电波也能够234.4.大气中的电波传播大气中的电波传播大气折射对电波传播的影响常用大气折射对电波传播的影响常用“地球等效半径地球等效半径”来表征。来表征。在在标标准准大大气气折折射射情情况况下下，将将地地球球实实际际半半径径6370公公里里转转变变为为等效半径等效半径Re8500km4.大气中的电波传播大气折射对电波传播的影响常用“地球等效半244.4.大气中的电波传播大气中的电波传播视线传播极限距离（如图视线传播极限距离（如图2-28所示）所示）在在标标准准大大气气折折射射情情况况下下，用用地地球球等等效效半半径径Re计算；计算；图图2-28 视线传播极限距离视线传播极限距离4.大气中的电波传播视线传播极限距离（如图2-28所示）254.4.大气中的电波传播大气中的电波传播视线传播极限距离视线传播极限距离标准大气折射下的地球等效半径为：标准大气折射下的地球等效半径为：Re8500km()rtehhRddd+=221()km 12.4rthhd+=4.大气中的电波传播视线传播极限距离标准大气折射下的地球等效26单元小结单元小结单元小结单元小结 这次课介绍了移动通信的电波传播这次课介绍了移动通信的电波传播特性，主要包括电波的传播方式、直特性，主要包括电波的传播方式、直射波、反射波以及视线传播极限距离，射波、反射波以及视线传播极限距离，通过本模块的学习同学们对移动通信通过本模块的学习同学们对移动通信的电波传播特性做初步的了解，为以的电波传播特性做初步的了解，为以后本课的学习程打下理论基础。后本课的学习程打下理论基础。单元小结 这次课介绍了移动通信的电波传播特性，主要包括课后作业课后作业课后作业课后作业 1.1.试简述移动信道中电波传播的方式和特点。试简述移动信道中电波传播的方式和特点。2.2.在标准大气压下，发射天线高度为在标准大气压下，发射天线高度为200m200m，接收天线为接收天线为2m2m，试求视线传播极限距离。，试求视线传播极限距离。课后作业 1.试简述移动信道中电波传播的方式和特点。