移动通信第3章ppt课件

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1、第3章 移动通信的电波传播 第3章 挪动通讯的电波传播 3.1 VHF、 UHF频段的电波传播特性频段的电波传播特性 3.2 电波传播特性的估算工程计算电波传播特性的估算工程计算 第3章 移动通信的电波传播 3.1 VHF、UHF频段的电波传播特性频段的电波传播特性 图图3-1 典型的挪动信道电波传播途径典型的挪动信道电波传播途径 第3章 移动通信的电波传播 3.1.1 直射波直射波 在自在空间中, 电波沿直线传播而不被吸收, 也不发生反射、 折射和散射等景象而直接到达接纳点的传播方式称为直射波传播。直射波传播损耗可看成自在空间的电波传播损耗Lbs, Lbs的表示式为 式中, d为间隔(km)

2、, f为任务频率(MHz)。 第3章 移动通信的电波传播 3.1.2 视距传播的极限间隔视距传播的极限间隔 图3-2 视距传播的极限间隔 第3章 移动通信的电波传播 知地球半径为R=6370 km, 设发射天线和接纳天线高度分别为hT和hR(单位为m), 实际上可得视距传播的极限间隔d0为 由此可见, 视距决议于收、发天线的高度。天线架设越高, 视野间隔越远。 实践上，当思索了空气的不均匀性对电波传播轨迹的影响后, 在规范大气折射情况下，等效地球半径R=8500 km, 可得修正后的视距传播的极限间隔d0为 第3章 移动通信的电波传播 3.1.3 绕射损耗绕射损耗 图3-3 菲涅尔余隙a 负余

3、隙; b正余隙 第3章 移动通信的电波传播 根据菲涅尔绕射实际，可得到妨碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系如图3-4 所示。图中, 横坐标为x/x1，x1称菲涅尔半径第一菲涅尔半径，且有 由图3-4可见，当横坐标x/x10.5时，那么妨碍物对直射波的传播根本上没有影响。当x=0时，TR直射线从妨碍物顶点擦过时，绕射损耗约为6 dB；当x0时，TR直射线低于妨碍物顶点，损耗急剧添加。 第3章 移动通信的电波传播 图3-4 绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系 第3章 移动通信的电波传播 3.1.4 反射波反射波 图3-5 反射波和直射波 第3章 移动通信的电波传播 反射波与直射波的行距差为 由于

4、直射波和反射波的起始相位是一致的，因此两路信号到达接纳天线的时间差换算成相位差0为 再加上地面反射时大都要发生一次反相， 实践的两路电波相位差为 第3章 移动通信的电波传播 3.1.5 多径效应与瑞利型多径效应与瑞利型(衰落特性衰落特性) 设发射机发A cosct后, 接纳机接纳端收到的合成信号为 式中: Ri(t)为第i条途径的接纳信号；i(t)为第i条途径的传输时间；i(t)为第i条途径的相位滞后，i(t)=-ci(t)。 经大量察看阐明，Ri(t)和i(t)随时间的变化与发射信号的载频周期相比，通常要缓慢得多，所以，Ri(t)和i(t)可以以为是缓慢变化的随机过程，故式3-8)可以写成

5、3-9第3章 移动通信的电波传播 设: 那么式3-9可写成 式中: U(t)为合成波R(t)的包络； (t)为合成波R(t)的相位。 第3章 移动通信的电波传播 由于Ri(t)和i(t)随时间的变化与发射信号的载频周期相比，是缓慢变化的，因此xct、xst及包络U(t)、相位(t)也是缓慢变化的。通常，U(t)满足瑞利分布，相位(t)满足均匀分布， R(t)可视为一个窄带过程。假设噪声为高斯白噪声，为噪声方差，r为接纳信号的损失幅度，那么包络概率密度函数p(r)和相位概率密度函数p()分别为： 第3章 移动通信的电波传播 0r+ 02 均值 方差 第3章 移动通信的电波传播 3.1.6 莱斯莱

6、斯Riceam衰落分布衰落分布 在挪动通讯中，假设存在一个起支配作用的直达波未受衰落影响，这时，接纳端接纳信号的包络为莱斯Riceam分布。 包络的概率密度函数p(r)为 A0, r0 r0 式中, A为直达波振幅，r为接纳信号的瞬时幅度，为噪声方差， I0为第一类0阶Bessel函数。设 第3章 移动通信的电波传播 3.2 电波传播特性的估算工程计算电波传播特性的估算工程计算 3.2.1 Egli John J.场强计算公式场强计算公式 在在实实践践中中，由由于于挪挪动动通通讯讯的的挪挪动动台台在在不不停停地地运运动动。计计算算绕绕射射损损耗耗中中的的x、x1的的数数值值处处于于变变化化中中

7、，因因此此运运用用公公式式计计算算不不平平坦坦地地域域场场强强时时遇遇到到较较大大的的费费事事。 Egli John J.提提出出一一种种阅阅历历模模型型，并并根根据据此此模模型型提提出出阅阅历历修修正正公公式式，以以为为不不平平坦坦地地域域的的场场强强等等于于平平面面大大地地反反射射公公式算出的场强加上一个修正值，其修正值为式算出的场强加上一个修正值，其修正值为 式中, f为任务频率，以MHz为单位。 第3章 移动通信的电波传播 这样，不平坦地域的场强公式为 或者说，不平坦地带传播衰减 假设hT、hR采用米(m)表示，d用公里(km)表示，f用MHz表示， 那么不平坦地域的传播衰耗LA为 第

8、3章 移动通信的电波传播 3.2.2 奥村奥村(Okumura)模型模型 OM模型适用的范围：频率为1501500 MHz，基地站天线高度为30200 m，挪动台天线高度为110 m，传播间隔为120 km。 第3章 移动通信的电波传播 1. 市区传播衰耗中值市区传播衰耗中值 (3-18) 图3-6阐明了根本衰耗中值Am(f, d)与任务频率、通讯间隔的关系。 可以看出随着任务频率的升高或通讯间隔的增大，传播衰耗都会添加。图中，纵坐标以分贝计量，这是在基地站天线有效高度hb=200 m，挪动台天线高度hm=3 m，以自在空间传播衰耗为基准(0 dB)， 求得的衰耗中值的修正值Am(f, d)。

9、 换言之， 由曲线上查得的根本衰耗中值Am(f, d)加上自在空间的传播衰耗Lbs才是实践途径衰耗LT， 即 第3章 移动通信的电波传播 图图3-6 大城市准平滑地形根本衰耗中值大城市准平滑地形根本衰耗中值Am(f, d) 第3章 移动通信的电波传播 例3-1 当d=10 km, hb=200 m, hm=3 m, f=900 MHz时，由式-可求得自在空间的传播衰耗中值Lbs为 查图3-6可求得Am(f, d)，即 利用式(3-18)就可以计算出城市街道地域准平滑地形的传播衰耗中值为 第3章 移动通信的电波传播 图3-7 基地站天线高度增益因子Hb(hb,d) 第3章 移动通信的电波传播 图

10、3-8 挪动台天线高度增益因子Hm(hm, f) 第3章 移动通信的电波传播 在思索基站天线高度因子与挪动台天线高度因子的情况下，式3-18所示市区准平滑地形的途径传播衰耗中值应为 例例3-2 在在前前面面计计算算城城市市地地域域准准平平滑滑地地形形的的途途径径衰衰耗耗中中值值的的例例子子中中，当当hb=200 m, hm=3 m, d=10 km, f=900 MHz时时，计计算算得得LT=141.5 dB。;假假设设将将基基地地站站天天线线高高度度改改为为hb=50 m, 挪挪动动台台天天线线高高度度改改为为hm=2 m, 利利用用图图3-7、图图3-8 可可以以对对途途径径传传播播衰耗中

11、值重新进展修正。衰耗中值重新进展修正。 第3章 移动通信的电波传播 查图3-7得 查图3-8得 修正后的途径衰耗中值LT为 第3章 移动通信的电波传播 2. 郊区和开阔区的传播衰耗中值郊区和开阔区的传播衰耗中值 图3-9 郊区修正因子Kmr 第3章 移动通信的电波传播 图图3-10 开阔区、准开阔区修正因子开阔区、准开阔区修正因子Qo，Qr第3章 移动通信的电波传播 3. 不规那么地形上的传播衰耗中值不规那么地形上的传播衰耗中值 (1) 丘陵地的修正因子。 丘陵地的地形参数可用“地形起伏高度h表示。其定义是： 自接纳点向发射点延伸10 km范围内，地形起伏的90%与10%处的高度差， 如图3-

12、11所示。 第3章 移动通信的电波传播 图3-11 丘陵地形的修正因子Kh 第3章 移动通信的电波传播 图3-12 丘陵地形微小修正值Khf 第3章 移动通信的电波传播 (2) 孤立山岳地形的修正因子。 当电波传播途径上有近似刃形的单独山岳时，假设求山背后的场强时， 那么应思索绕射衰耗、阴影效应、屏蔽吸收等附加衰耗。 这时可用孤立山岳修正因子Kjs加以修正，其曲线如图3-13所示。 它表示在运用450 MHz，900 MHz频段，山岳高度H=110350 m时，根本衰耗中值与实测的衰耗中值的差值，并归一化为H=200 m 时的值，即孤立山岳修正因子Kjs。显然，Kjs亦为增益因子。当山岳高度不

13、等于200 m 时，查得的Kjs值还需乘以一个系数 第3章 移动通信的电波传播 图3-13 孤立山岳地形的修正因子Kjs 第3章 移动通信的电波传播 (3) 斜坡地形的修正因子。斜坡地形的修正因子。 图图3-14 斜坡地形修正因子斜坡地形修正因子Ksp 第3章 移动通信的电波传播 (4) 水陆混合地形的修正因子。 图图3-15 水陆混合地形的修正因子水陆混合地形的修正因子Ks 第3章 移动通信的电波传播 4. 恣意地形的信号中值预测恣意地形的信号中值预测 (1) 计算自在空间的传播衰耗。 根据式3-1，自在空间的传播衰耗Lbs为 (2) 市区准平滑地形的信号中值。 假设发射机送至天线的发射功率

14、为PT，那么市区准平滑地形接纳功率中值PP为 第3章 移动通信的电波传播 (3) 恣意地形地物情况下的信号中值。 恣意地形地物情况下的传播信号中值LA为 式中：LT为准平滑地形市区的传播衰耗中值；KT为地形地物修正因子。 KT由如下工程构成： 第3章 移动通信的电波传播 根据实践的地形地物情况，KT因子能够只需其中的某几项或为零。例如，传播途径是开阔区、斜坡地形，那么 其他各项为零。其他情况可以类推。 恣意地形地物情况下接纳信号的功率中值PPC是以市区准平滑地形的接纳功率中值PP为根底，加上地形地物修正因子KT， 即 第3章 移动通信的电波传播 例3-3 某一挪动系统，任务频率为450 MHz

15、，基站天线高度为70 m，挪动台天线高度为1.5 m，在市区任务，传播途径为准平滑地形，通讯间隔为20 km，求传播途径的衰耗中值。 解 (1) 自在空间的传播衰耗Lbs。 第3章 移动通信的电波传播 (2) 市区准平滑地形的衰耗中值。 由图3-6查得 由图3-7查得 由图3-8查得 第3章 移动通信的电波传播 所以，准平滑地形市区衰耗中值为 (3) 恣意地形地物情况下的衰耗中值。根据知条件可知： 由于 KT=0;所以 LA=LT-KT=LT=155 dB 第3章 移动通信的电波传播 例例3-4 假假设设上上题题改改为为在在郊郊区区任任务务，传传播播途途径径是是正正斜斜坡坡，且且m =15 m

16、rad，其其他他条条件件不不变变，再再求求传传播播途途径径的的衰衰耗耗中中值值。 解解 根据知条件，由图根据知条件，由图3-9查得查得 由图3-14查得 所以地形地物修正因子KT为 因此传播途径衰耗中值LA为 第3章 移动通信的电波传播 5. 其他要素的影响其他要素的影响 (1) 街道走向的影响。 图图3-16 市区街道走向修正值市区街道走向修正值 第3章 移动通信的电波传播 (2) 建筑物的穿透衰耗Lp。 各个频段的电波穿透建筑物的才干是不同的。普通来说，波长越短，穿透才干越强。 同时，各个建筑物对电波的吸收也是不同的。不同的资料、构造和楼房层数，其吸收衰耗的数据都不一样。例如，砖石的吸收较

17、小，钢筋混凝土的大些， 钢构造的最大。普通引见的阅历传播模型都是以在街心或空阔地面为假设条件，故假设挪动台要在室内运用， 在计算传播衰耗和场强时，需求把建筑物的穿透衰耗也计算进去，才干坚持良好的可通率。即有 第3章 移动通信的电波传播 表表3-1 建筑物的穿透衰耗建筑物的穿透衰耗(地面层地面层) 频率/MHz 150250450800平均穿透衰耗/dB 22221817 普通情况下，Lp不是一个固定的数值，而是一个030 dB的范围， 需根据详细情况而定, 参见表3-1。此外，穿透衰耗还随不同的楼层高度而变化，衰耗中值随楼层的增高而近似线性下降，大致为-2 dB/层， 如图3-17所示。 此外

18、，在建筑物内从建筑物的入口沿着走廊向建筑物中央每进入1米，穿透衰耗将添加12 dB。 第3章 移动通信的电波传播 图3-17 信号衰耗与楼层高度 第3章 移动通信的电波传播 (3) 植被衰耗Lz 图3-18 森林地带的附加衰耗 第3章 移动通信的电波传播 (4) 隧道中的传播衰减Lsd。 图 3-19 电波在隧道中的传播衰耗 第3章 移动通信的电波传播 3.2.3 Okumura-Hata方法方法 为为了了在在系系统统设设计计时时, 使使Okumura预预测测方方法法能能采采用用计计算算机机进进展展预预测测， Hata对对Okumura提提出出的的根根本本中中值值场场强强曲曲线线进进展展了了公

19、公式式化化处处置置， 所所得得根根本本传传输输损损耗耗的的计计算算公式如下：公式如下： 第3章 移动通信的电波传播 式中：d为收发天线之间的间隔， km； hb为基站天线有效高度，m； hm为挪动台天线高度校正因子，hm为挪动台天线高度m。hm由下式计算： 中、 小城市 大城市 大城市 这套公式的适用范围为：150 MHzf1500 MHz，30 mhb200 m，1 mhm10 m，1 kmd20 km，准平坦地形。 第3章 移动通信的电波传播 3.2.4 微蜂窝系统的覆盖区预测方式微蜂窝系统的覆盖区预测方式 图图3-20 环境参数的定义环境参数的定义(a) 环境参数；环境参数； (b) 街

20、道方向街道方向 第3章 移动通信的电波传播 市区环境的特性用以下参数表示这些参数的定义见图3-20(a)和(b)： 建筑物高度：hRoof； 街道宽度： w； 建筑物间隔：b； 相对于街道平面的直射波方向： 。 以上参数适用于市区地形为平滑地形。 第3章 移动通信的电波传播 微蜂窝覆盖区预测计算方式分为两部分：1 视野传播。 根本传播损耗采用下式计算： 式中，d为基站至挪动台之间的间隔， 限于d20 m。 第3章 移动通信的电波传播 2 非视野传播。即在街道峡谷内有高建筑物阻挠视野， 根本传输损耗Lb由以下三项组成： 式中， L0自在空间传播损耗： Lrts屋顶至街道的绕射及散射损耗： 用于h

21、Roofhm 用于LrtshRoof d0.5 km及hbhRoof d0.5km及 hbhRoof 用于中等城市及具有中等密度的树的郊区中心 用于大城市中心 第3章 移动通信的电波传播 式中：hb、hRoof的单位用m，f的单位用MHz， d的单位用km。 COST-231-Walfish-Ikegami计算方式运用于hbhRoof时，计算结果误差较大。 在同一条件下，f=1800 MHz的传输损耗可用900 MHz的损耗值求得，即L1800=L900+10dB 以上微蜂窝覆盖区预测计算的适用条件为f：8002000 MHz；hBase：450m；hMobile： 13 m； d：0.025 km。