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1、移动信道及3个主要特点信道中的电磁波传播过程传播一般性分析计算接收信号中的3类损耗与4种效应三类主要快衰落实际移动通信中3类选择性衰落如何产生传播类型与信道模型的定量分析,第2章 无线传播与移动信道,讨论及解决问题：,本章概要,概念、术语；简单分析过程；计算方法及公式应用。移动通信的主要特点：传播的开放性、接收环境的复杂性和用户的随机移动性；接收信号的3类损耗：路径传播损耗、慢衰落损耗和快衰落损耗；4类效应：阴影效应、远近效应、多径效应与多普勒效应。传播过程简要分析过程及常规公式；对大范围、大尺度传播损耗进行了定量的分析和计算。（模型）对小范围、小尺度传播特性各类快衰落做了进一步定量分析.（模
2、型，统计及瞬时）*移动通信中的几种主要噪声和干扰（自选看）*,基本情况,通信的3项基本指标有效性：是指在占有尽可能少的信道资源=?，如频段、时隙和功率等的条件下尽可能多地传送信源的信息，是通信的数量上的指标。可靠性：主要是指在传输过程中抵抗各类客观自然干扰的能力，但是在特殊的军事通信中，它还包含抵抗人为设置干扰的能力。 安全性：主要是指在传输中的安全保密性能，即收端防窃听、发端防伪造和篡改等的能力。,信道分类-按传输媒质有线信道：有线信道包括架空明线、电缆及光纤。无线信道。无线信道中有中、长波地表面波传播，短波电离层反射传播，超短波和微波直射传播以及各种散射传播。,移动通信场强实测记录(f=1
3、60 MHz),信道分类,从信道特性参数随外界各种因素的影响而变化分类：恒参信道：恒参信道是指其传输特性的变化量极其微小。且变化速度极慢，或者说，在足够长的时间内，其参数基本不变。变参信道：变参信道是指传输特性随时间的变化较快。移动信道为典型的变参信道。,示例：,信道特征复杂动态 变化大严重衰落,应对方法,各类新技术解决的问题：针对移动信道的动态时变特性，为解决移动通信中的有效性、可靠性和安全性的基本指标而设计的。,移动信道一般分析方法：不能简单地应用固定点无线通信的电波传播模式；根据移动通信的特点，按照不同的传播环境和地形特征，运用统计分析结合实际测量的方法，找到移动条件下的传播规律，以获得
4、准确预测接收信号场强的方法。,目的：(3st*11)获得准确预测接收信号场强的方法。,移动通信占用频率：150 MHz(VHF)： 30MHz300MHz（含300MHz）=甚高频450 MHz、900 MHz(UHF)频段：300MHz3000MHz=超高频，又称分米波,2.1移动信道的特点,移动通信信道的3个主要特点：传播的开放性：一切无线信道都是基于电磁波在空间的传播来实现开放式信息传输的。接收环境的复杂性：接收点地理环境的复杂性与多样性。按接收点地理环境划分为3类典型区域，高楼林立的城市繁华区以一般性建筑物为主体的近郊区以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区通信用户的随机移动性准静态的室
5、内用户通信慢速步行用户通信高速车载用户通信（=70Km）,与用户数，常规城市分类相似,2.1.2移动通信信道中的电磁波传播,移动信道的传播路径,MS接收N条路径信号,观察特点=?,反射波散射波直射波,传播规律分析,电磁波传播角度观察：直射波：是指在视距覆盖区内无遮挡的传播。它是超短波、微波的主要传输方式，经直射波传播的信号最强。反射波：是指从不同建筑物或其它反射体反射后到达接收点的传播信号。信号强度较直射波弱,近距离的多普勒效应。绕射波：从较大的建筑物与山丘绕射后到达接收点的传播信号。但它需要满足电波产生绕射的条件，其信号强度较直射波弱。其它：穿透建筑物的传播及空气中离子受激后,二次发射的漫反
6、射产生的散射波，但它们相对于直射波、反射波、绕射波都比较弱。,简化分析,频率f30MHz的典型传播通路：直射波：直接到达接收天线的电波，对VHF和UHF频段=主要方式；地面反射波：经过地面反射到达接收机的电波；地表面波：沿地球表面传播的电波，对VHF和UHF频段的地表面波可以忽略不计。原因=地表面波的损耗随频率升高而急剧增大，传播距离迅速减小。反射和散射：在移动信道中，电波遇到各种障碍物时会发生反射和散射现象，它对直射波形成干涉，产生多径衰落现象。,典型的传播通路,传播一般性分析计算（补充） *2st*,(1)自由空间的传播损耗：分析对象：直射波分析目标：接收点接收功率传播图形理论抽象为右图=
7、过程简述,自由空间传播损耗,图上描述：设：原点O有一辐射源，均匀地向各方向辐射，辐射功率为PT经辐射后，能量均匀地分布在以O点为球心，d为半径的球面上球面的表面积为4d2,传播一般性分析计算（补充）,已知球面的表面积为4d2，因此，在球面单位面积上的功率应为,PT4d2,若接收天线所能接收的有效面积取为A=24，则接收功率为,定义：传播损耗=发射功率与接收功率的比值，则，自由空间传播损耗Lbs,为,传播一般性分析计算（补充）,工程应用：以dB表示，有,式中，f为波长换算的相应的工作频率(MHz)，d为收发间距离(km)。,分析及讨论：=(上式的变化规律=？）,结论：自由空间传播损耗只与工作频率
8、、和传播距离d有关。当工作频率提高一倍，或者说工作波长减小一半时，电波在自由空间的传播损耗就增加6dB。同样，当传播距离加大一倍时，传播损耗也增加6dB。,(2）大气折射及地球等效半径,大气折射：原因： 实际的移动信道中，电波在低层大气中传播，低层大气为非均匀介质，它的温度、湿度以及气压均随时间和空间而变化，因此产生折射及吸收现象。在VHF(150MHz)、UHF(900MHz)频段，折射现象尤为突出，效应：直接影响视线传播的极限距离。,大气对电波的折射:当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，使电波射束发生弯曲，弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度d
9、ndh。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。 版图示意折射效果图,折射效果图：不同大气折射的电波传播轨迹,折射效果图,地球等效半径,思路：认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径Ro(6370Km)变成了等效半径ReRe与R之间的关系为：,式中，k称作地球等效半径系数。典型数据：标准大气折射情况下即当dndh-410-8(m-1)时，等效地球半径系数k=43，地球等效半径Re=8500 km。,大气折射对传播的影响：大气折射有利于超视距的传播在视线距离内，也会产生多径衰落因为由折射现象所产生的折射波会同直射波同时存在（效果自判=？）。,视线传播极限距离,
10、分析图：天线高度分别为ht和hr，两个天线顶点的连线AB与地面相切于c点。求直线距离=？,示意图： 视线传播的极限距离,视线传播极限距离（-数学解决问题）,条件近似： 地球等效半径Re远远大于天线高度，因此，自发射天线顶点A到切点c的距离d1为简推下式：余弦、正弦。角度转换,同理：,故：视线传播的极限距离为,典型数据工程公式,在标准大气折射情况下，Re=8500 km,扩展应用意义：考虑=最小天线高度？ 实际天线高度？,障碍物的影响与绕射损耗有限空间问题绕射损耗: 实际情况中，电波在直射传播中存在各种障碍物，由障碍物引起的附加传播损耗。菲涅尔余隙: 障碍物顶点P至直射线TR的距离,分析绕射引起
11、的附加损耗：绕射引起的附加损耗即相对于自由空间传播的分贝数。规定:阻挡时余隙为负。,有限空间传播问题,分析图:负余隙条件。,分析图:正余隙条件=无阻挡注意判定其效果=？,菲涅尔余隙的计算,基本思路：无线空间转化为有限空间。版图演示转化过程x1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径，它由下列关系式求得,分析过程： 见上图所示。图中x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离(菲涅尔余隙)。 由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系=？,分析结论,示意图：障碍物、余隙、绕射损耗与菲涅尔余隙的关系。 图中，纵坐标为绕射引起的附加损耗,图上规律分析=？,结果表示,当x/x10.5时，附加损耗约为0 dB，即障碍物对
12、直射波传播基本上没有影响；当x0.5x1,例：设在上图(a)所示的传播路径中，菲涅尔余隙x1=-82m，d1=5 km，d2=10km，工作频率为150 MHz。试求电波传播损耗。解: 先求出自由空间传播损耗： Lbs=32.45+20lg(5+10)+20lgl50=99.5 dB求第一菲涅尔区半径： x1=81.7m由上图 查得附加损耗（x/x1-1）为17dB，所以电波传播的损耗为 L=Lbs+17=116.5 dB问题：损耗的正负代表的物理意义？工程上典型值=？,2.1.3接收信号中的3类损耗与4种效应*3st-11,强烈的绕射损耗：大多数蜂窝无线系统运作在城区，发射机和接收机之间无直
13、接视距路径，而且高层建筑产生了强烈的绕射损耗。多路径反射：由于不同物体的多路径反射，经过不同长度路径的电磁波相互作用引起多径损耗，电磁波强度的衰减：随着发射机和接收机之间距离的不断增加而引起电磁波强度的衰减。,传播方式：上面结论=3种主要方式：,接收点的信号特征（1）,影响效果=信号强度减小呈现一定规律性。具有4种主要效应阴影效应：由于大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播的接收区域中产生传播半盲区，类似于太阳光受阻挡后产生的阴影。光波的波长较短，阴影可见，电磁波波长较长，阴影不可见，但是接收终端(如手机)与专用仪表可以测试出来。远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站之间的距离也在
14、随机变化，若各移动用户发射信号的功率一样，那么到达基站时信号的强弱将不同，离基站近者信号强，离基站远者信号弱。对移动通信的影响=系统角度、局部角度？,通信系统中的非线性将进一步加重信号强弱的不平衡性，甚至出现以强压弱的现象，并使弱者即离基站较远的用户产生掉话(通信中断)现象，通常称这一现象为远近效应。,接收点的信号特征（2） *3st*,多径效应：由于接收者所处地理环境的复杂性，接收到的信号有直射波的主径信号+ 有从不同建筑物反射及绕射过来的多条不同路径信号，它们到达时的信号强度、到达时间及到达时的载波相位都不一样。所接收到的信号是上述各路径信号的矢量之和，即各路径之间可能产生自干扰，称这类自
15、干扰为多径干扰或多径效应。这类多径干扰是非常复杂的，有时根本收不到主径直射波，收到的是一些连续反射波等。多普勒效应：它是由于接收用户处于高速移动中，比如车载通信时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(70kmh)车载通信时）,3个传播模型,大尺度传播模型：发射机与接收机之间(T-R)长距离(几百米或几千米)上的场强变化。当移动台远离发射机时，当地平均接收场强逐渐减弱，该平均接收场强由大尺度传播模型预测。中尺度衰减模型：中范围(中尺度、数百波长量级)的阴影效应，小尺度衰减模型：短距离(几个波长)或短时间(秒级)内的接收场强的快速波动的传播模型。当接收机移动距离与波长相当时，其接收场强可以发生3或4个数量级(30dB或40dB)的变化。 解释；以3cm信号示例表述以上距离分类,研究方法：预测平均场强.对传播模型的研究，传统上集中于给定范围内平均接收场强的预测、特定位置附近场强的变化。已有的结果：对于预测平均场强并用于估计无线覆盖范围的传播模型：3个，按范围考虑,接收点的信号出现的特点,
