point2移动信道的电波传播特性

单击此处编辑母版标题样式,第,2,章移动通信电波传播与传播预测模型,电子信息工程系通信技术教研室,移动通信的特点,与其他通信方式相比较，移动通信有以下几方面的特点。（,1,）移动通信的电波传播环境。,移动台处在快速运动中，多径传播会造成瑞利衰落（又称,快衰落,），接收场强的振幅和相位会快速变化。,移动台还经常处于建筑物与障碍物之间，场强中值随地形环境而变动，这将导致接收信号的阴影衰落（又称,慢衰落,）。,多径传播产生的多径时延扩展，等效为移动信道传输特性的畸变，对数字移动通信影响较大。,移动通信电波传播的理论基本模型是超短波在平面大地上的,直射波与反射波的矢量合成,。,2.1,移动信道的电波传播特性,现代移动通信广泛使用,VHF,和,UHF,频段。从移动信道的电磁波传播上看，有三种传播方式：（,1,）直射波：是指在视距覆盖范围内无遮挡的传播，是超短波、微波的主要传输方式，经直射波传播的信号最强。（,2,）反射波：是指从不同建筑物或其他反射体反射后到达接收点的传播信号，其信号强度较直射波弱。 （,3,）绕射波：从较大建筑物或山丘绕射后到达接收点的传播信号。它需要满足电波产生绕射的条件，其信号强度亦较直射波弱，与反射波相当。,对移动信道进行研究有以下三种基本方法：,1,）理论分析建立数学模型描述移动信道。,2,）现场电波传播的实测移动信道特性的测试，信号场强测试和误码率测试。,3,）移动信道的计算机模拟现场实测较为费时费力，并且也是针对某个特定环境进行的。因而，计算机模拟越来越成为研究移动信道的重要方法。,2.1.1,直射波,1.,自由空间传播损耗,自由空间传播是指在,理想,的、均匀的各向同性的介质中传播，不发生反射、折射、散射和吸收现象，只存在因电磁波能量扩散而引起的传播损耗。在自由空间中，若发射点处的发射功率为,P,t,，以球面波辐射接收的功率为,P,r,，则有,(2.1),自由空间传播损耗定义为,(2.2),若以分贝数表示，则有,(2.3),式中,:,f,为工作频率,(MHz,）,;,d,为发射天线和接收天线之间的距离（,km,）。,由上面的传播损耗公式可知，自由空间传播损耗只与工作频率,f,和传播距离,d,有关。当,f,或,d,增大一倍时，,L,bs,将分别增加,6dB,。,2.1.2,反射波,多径传播理论模型,1.,双径传播模型,实际的多径传播环境是非常复杂的。在研究传播问题时往往将其简化，并且是从最简单的情况入手。仅考虑从基站到移动台以及地面反射波的两径传播模型是最简单的传播模型。在开阔地区，两径传播模型很接近于移动信道。,2.,多径传播模型,当存在建筑物和起伏地形时，接收信号中将包含建筑物等反射的电波，此时，可用三径、四径等多径传播模型来描述移动信道。考虑到,N,条路径，式（,2.9,）可推广为,(2.11),这里，要根据实际传播环境计算出各路径反射电波的,R,i,和,i,。采用三径模型且仅考虑一个反射体时，根据基站、移动台和与建筑物反射波之间的相互位置以及建筑物表面材料可求出建筑物反射波的反射系数和相位差。四径、五径等模型也是如此，当模型中的电波达到四、五径后，电场强度变化的不规则性逐渐增大，这种情况下，已不能用公式准确地计算出接收信号的功率，必须用统计的方法来分析。,移动通信中，基站用固定的高天线，移动台用接近地面的低天线。例如，,基站天线通常高,30,90m,；,移动台天线通常为,2,3m,以下,。这样，,引起多径的主要原因是移动台周围的建筑物和各种反射体，包括车辆甚至行人,。移动台周围的区域称为近端区域，该区域内的物体造成的反射是形成多径效应的主要原因。离移动台较远的区域称为远端区域，在远端区域，只有高层建筑物的反射才能对移动台构成多径，并且，这些路径要比近端区域中建筑物所引起的多径的长度要长。离移动台更远的区域，如较高的山峰，也能对该移动台构成多径，不过路径将更长。区域反射情况如图,2-5,所示。,图,2-5,各种多径反射,衰落测试示意图,图,2-9,多径时延扩展,2.6,电波传播损耗预测模型,2.6.1,地形、地物的分类,1.,地形特征的定义从电波传播的角度考虑，有关地形特点的两个基本问题必须给以明确。第一，传播路径中的地形变形如何衡量；第二，从天线发出的电波会覆盖一定的区域，而这个区域中的地形又是起伏的，那么，天线的高度如何计算呢？为此，定义下面两个参数。,1,）地形波动高度,h,地形波动高度,h,在平均意义上描述了电波传播路径中地形变化的程度。,h,定义为：沿通信方向，距接收地点,10km,范围内，,10%,高度线和,90%,高度线之间的高度差，如图,2-12,所示。所谓,10%,高度线，是指在地形剖面图的有,10%,地段的高度超过此线的一条水平线。,90%,高度线可用同样的方法定义。,图,2-12,地形波动高度的定义,2,）天线有效高度移动台天线有效高度,h,m,定义为移动台天线距地面的实际高度。基站天线的有效高度,h,b,定义为沿电波传播方向，距基站天线,3,15km,的范围内平均地面高度以上的天线高度，如图,2-13,所示。,图,2-13,天线有效高度的定义,2.,地形分类实际地形千差万别，但从电波传播角度考虑，可以分为两类，即准平滑地形和不规则地形。准平滑地形是指该地区的地形波动高度在,20m,以内，而且起伏缓慢，地形峰点与谷点之间的距离大于地面波动高度，在以公里计的范围内，其平均地面高度差仍在,20m,内。实际上，平坦地形也包括在这一类中。不规则地形是指除准平滑地形外的其他地形，包括丘陵地形、孤立山岳、斜坡地形和水陆混合地等。,3.,地物分类影响电波传播的因素不仅有地形条件，还有楼房、人工建筑以及高大的树木等，即地物。从广义上讲，地物应包括电波传播地区的自然地形、人工建筑和植被状况。根据建筑物分布情况和植被状况，可将地物分为三类：（,1,）开阔地：在电波传播方向上没有建筑物或高大树木等障碍物的开阔地带，可有少量的农舍等建筑。平原地区的农村就属于开阔地。另外，在电波传播方向,300,400m,以内没有任何遮挡的小片场地，如广场也可视为开阔地。（,2,）郊区：有,1,2,层楼房，但分布不密集，还可有小树林等。城市外围以及公路网可视为郊区。（,3,）市区：有较密集的建筑物和高层楼房。,2.4.2,移动信道上传播损耗估算的经验模型,.,准平滑地形上的传播损耗中值,1,）市区传播损耗中值在计算各种地形、地物上的传播损耗时，均以准平滑地形城市市区的损耗中值或场强中值作为基准，因而我们把市区传播损耗中值称为基准中值。,图,2-14,中等起伏地上市区基本损耗中值与频率、距离的关系,2.6.1,奥村,-,哈塔（,Okumura-,Hata,）,模型,为了在系统设计时,使,Okumura,预测方法能采用计算机进行预测，,Hata,对,Okumura,提出的基本中值场强曲线进行了公式化处理， 所得基本传输损耗的计算公式如下：,(2-118),(2.120,