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1、,3G移动通信概论,朱广强 ,第2章 移动通信信道,讲述内容 2.1 陆地无线电波传播特性 2.2 移动通信信道的多径传播特性 2.3 描述多径衰落信道的主要参数 2.4 阴影衰落的基本特性 2.5 电波传播损耗预测模型 2.6 多径衰落信道的建模和仿真,第一次课,第二次课,第三次课,第2章 移动通信信道,要求与重点 掌握移动通信中电波传播的主要方式，理解两径传播模型的合成场强计算方法。 掌握多径传播的基本特性，理解多径衰落对数字移动通信的影响。 理解描述多径信道的参数，了解小范围衰落模型。 掌握电波传播损耗的预测。 了解移动通信信道的建模与仿真,第2章 移动通信信道,通过本章学习，着重解决以
2、下问题： 大尺度传播特性 大尺度传播模型:描述的是发射机与接收机之间(T-R)长距离(几千米、数百波长量级)上的场强变化。 小尺度传播特性 小尺度传播模型:描述短距离(数十波长以下量级) 内的接收场强的传播模型。 统计特性 主要参数 建模与仿真,1)对移动信道有一个全面深入的理解 2)更好地理解经历信道后的信号变化机理,本次课解决的问题,自由空间传播损耗模型？ 电波传播的几种方式？自由空间传播模型和两径传播模型的传播损耗如何计算？ 掌握移动通信中电波传播的主要方式 掌握自由空间电波传播损耗规律 理解两径传播模型的合成场强计算方法及传播损耗规律,重点：典型传播方式及传播损耗规律 难点：两径传播模
3、型的合成场强计算,6,概述,信道分类 按传输媒质分 有线信道 无线信道 根据信道特性参数随时间变化的快慢 恒参信道：传输特性随时间变化速度极慢，或者说在足够长的时间内，其参数基本不变。 变参信道：传输特性随时间的变化较快。 移动通信信道 典型的无线变参信道。,8,概述,目前典型移动通信使用频段： 1、150 MHz （VHF） 2、450 MHz （UHF） 3、900 MHz （UHF） 4、1800MHz （UHF） 第三代移动通信IMT-2000也将使用1.8-2.2GHz频段（UHF）。 那么，VHF、UHF频段电波传播有些什么特性呢？,2.1 陆地无线电波传播特性,2.1.1 电波传
4、播方式 2.1.2 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波,10,电磁波的基本特特征,11,2.1.1 电波传播方式,VHF与UHF频段，典型传播方式 1、直射 2、反射 3、散射 4、绕射,12,2.1 陆地无线电波传播特性,2.1.1 电波传播方式 2.1.2 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波,2.1.2 直射波,采用模型 自由空间传播模型 自由空间模型的定义 天线周围是均匀无损耗的无限大空间 大气层是各向同性的均匀媒质 电导率为0，相对
5、介电常数和相对磁导率为1 自由空间特性 不存在电波的反射、折射、绕射、色散和吸收等现象，电波的传播速率等于真空中光速C,14,自由空间损耗,自由空间损耗的本质 球面波在传播过程中，随着传播距离增大，球面单位面积上的能量减小了，而接收天线的有效截面积是一定的，故而接收天线所捕获的信号功率是减小了，这是自由空间损耗的本质。,模型适用范围及接收功率计算公式,模型适用范围 接收机和发射机之间是完全无阻隔的视距路径LOS 。 仅当视距大于发射天线远场距离时适用。 距发射机d处天线的接收功率 数学表达式（ Friis公式）,其中，Pt为发射功率，亦称有效发射功率； Pr(d)是接收功率，为T-R距离的幂函
6、数；Gt是发射天线增益；Gr是接收天线增益；d是T-R间距离；L是与传播无关的系统损耗因子；为波长。,16,模型适用范围及接收功率计算公式,自由空间传播模型 距发射机d处天线的接收功率 物理意义 与d2成反比距离越远，衰减越大。 与l2成正比（与f2成反比）频率越高，衰减越大。 综合损耗L(L=1)通常归因于传输线衰减、滤波损耗和 天线损耗，L1则表明系统硬件中无损耗。,17,模型适用范围及接收功率计算公式,传播媒体的近似,自由空间的接收功率： PT = 发射功率 (W) GT = 发射天线增益 GR = 接收天线增益 = c/f 波长(m)，c = 光速 (3108 m/s) d = 发射机
7、和接收机之间的距离(m),18,自由空间传播损耗,自由空间传播损耗可以定义为：(不考虑天线增益) 以dB计，得到： 或 可见，自由空间电波传播损耗只与工作频率 f 和传播距离 d 有关。,19,2.1 陆地无线电波传播特性,2.1.1 电波传播方式 2.1.2 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波,20,2.1.3 大气中的电波传播,实际移动信道在低层大气中。 低层大气并不是均匀介质，对电波传播对影响： 有利：可使极限视线传播的距离增大。 不利：吸收等,2.1.3 大气中的电波传播,大气折射对电波传播的影响，在工程上通
8、常用“地球等效半径”来表征，也就是认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径变成了等效半径。,22,大气折射,假设A点架设一部发信机，天线的架高是H1，AB是和地球相切的一条射线。若要接收到来波，天线的架高必须超出这条切线，如果天线的高度不够高，为了接收到来波，天线应该向哪个方向移动?,C,C1,H2,C2,视线传播极限距离,24,2.1 陆地无线电波传播特性,2.1.1 电波传播方式 2.1.2 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波,2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗,原理 波理论。绕射可以用惠更斯原理解释。 惠
9、更斯原理：波前的所有点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。 绕射由次级波的传播进入阴影区而形成。,26,菲涅尔区,如下图所示，菲涅尔区区是一个椭球体，其中收发天线位于该椭球的两个焦点A点和B点上。实际传播环境中，如果该椭球体内存在阻挡物，直射波和反射波（或绕射波）的路径差小于半个波长，相位差的影响小于2，这样的话就会大大影响无线电波的传播效果。这个椭球体的半径就是第一菲涅尔半径。,第一菲涅尔区是主传播区，它的半径R为,dt为反射点到发射端的距离； dr为反射点到接收端的距离； d为发射机到接收机间的水平距离,27,菲涅尔区,在典型的城市无线环境巾，基站覆盖半径为1
10、.5km，假若地面反射点离发射天线为150m，离接收天线约为1380m那么对于采用2 000MHz频率的无线制式(波长为0.15m)来说，该点处的第一菲涅尔区半径是多少？,第一菲涅尔区是主传播区，它的半径R为,28,绕射损耗,绕射损耗：在实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物，由障碍物引起的附加传播损耗。 x表示障碍物顶点至直射线的距离，称为菲涅尔余隙。规定阻挡时余隙为负，无阻挡时余隙为正。,绕射损耗,工程上采用图表形式。如图2-4。 x/x10.5时附加损耗为0dB。 X0时，损耗急剧增加。 X=0时，TR射线从障碍物顶点擦过 在选择天线高度时，根据地形尽可能使服务区内各处的菲涅尔区余隙
11、x/x10.5,例题：2-1 P19,2.1 陆地无线电波传播特性,2.1.1 电波传播方式 2.1.2 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波,31,2.1.5 反射,反射波：当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果尺寸比电波波长大得多时会产生镜面反射。,2.1.5 反射,反射波与直射波二径合成,33,场强计算步骤,反射波与直射波的路径差为： 通常 ，上式中每个根号都可以用二项式定理展开，并且只取展开式中的前两项。,场强计算步骤,b. 由路径差引起的附加相移 c. 接收场强 在T-R距离很大的情况下， dLOS与
12、dg相差很小，两者近似等于d，此时有 ：,35,2.1 陆地无线电波传播特性,2.1.1 电波传播方式 2.1.2 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波,36,2.1.6 散射,产生 粗糙的表面会向所有方向散射电磁波。 影响 散射造成实际中接收信号强度比单独考虑绕射和反射模型时预测的要强。 散射与反射：依赖于表面的光滑程度和物体大小与波长的比较。 远大于波长的平滑表面 反射模型。 小于波长的粗糙表面散射模型。,37,小结,无线电波传播机制 直射、折射、反射、绕射和散射。 自由空间（无阻挡物）：直射，视距传播LOS (l
13、ine-of-sight) 存在阻挡物（多条路径）： 反射：当电波在不同性质的介质交界处，会有一部分发生反射。 绕射：惠更斯原理。能够传播到阻挡物后面。 散射：粗糙的表面会向所有方向散射电磁波。 平滑表面 反射模型。粗糙表面散射模型。 传播损耗 自由空间模型： 双径模型：,38,小结,大多数情况都是空间传播损耗、反射、绕射、散射等多种因素的综合。 预测接收点的信号场强是研究传播模型的主要目的，通过以上的学习，同学们可以对预测接收点的信号场强有定性和一些定量的分析。要想较为准确地预测出接收点的信号场强大小，则还需要全面地考虑各种传播方式的传播损耗。,39,小结,研究电波传播特性的基本方法 理论分析 即用电磁场理论或统计理论分析电波在移动环境中的传播特性，并用各种模型来描述移动信道。 现场电波传播实测 即在不同的传播环境中，做电波传播试验。测试参数包括接收信号幅度、时延以及其它反映信道特征的参数。 计算机模拟 即利用计算机强大的计算能力，快速灵活地模拟各种移动环境。该方法可弥补前两种方法的不足。,40,作业,P50. 1 补2 自由空间中距离发射机d处天线的接收功率与哪些参数有关？服从何规律？,
