第2章移动通信电波传播与传播模型预测.

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1、哈尔滨工业大学（威海）第二章 移动通信电波传播与传播预测模型哈尔滨工业大学（威海）目录目录 概述概述自由空间的自由空间的电波传播电波传播三种基本电波的三种基本电波的传播机制传播机制阴影衰落阴影衰落的基本特性的基本特性移动无线信道及移动无线信道及特性参数特性参数电波传播损耗电波传播损耗预测模型预测模型哈尔滨工业大学（威海） 电波传播的基本特性移动通信信道衰落的表现无线电波传播方式衰落原因复杂的无线复杂的无线电波传播环境电波传播环境传播损耗和传播损耗和弥散弥散阴影衰落阴影衰落多径衰落多径衰落多普勒频移多普勒频移基站天线、移基站天线、移动用户天线和动用户天线和两付天线之间两付天线之间的传播路径的传播

2、路径直射、反射、直射、反射、绕射和散射绕射和散射以及它们的合成以及它们的合成移动信道移动信道基本特性基本特性衰落特性衰落特性哈尔滨工业大学（威海） v信道的分类信道的分类根据不同距离内信号强度变化的快慢分为根据不同距离内信号强度变化的快慢分为 根据信号与信道变化快慢程度的比较分为根据信号与信道变化快慢程度的比较分为 短期快衰落长期慢衰落小尺度衰落大尺度衰落大尺度衰落大尺度衰落小尺度衰落小尺度衰落（主要特征是多径）（主要特征是多径）描述描述长距离上信号长距离上信号强度的缓慢变化强度的缓慢变化短距离上信号强度的快速波动短距离上信号强度的快速波动原因原因信道路径上信道路径上固定障碍物的阴影固定障碍物

3、的阴影移动台运动和地点的变化移动台运动和地点的变化影响影响业务覆盖区域业务覆盖区域信号传输质量信号传输质量v大尺度衰落与小尺度衰落大尺度衰落与小尺度衰落哈尔滨工业大学（威海）Large-Scale effectsv信道大尺度效应信道大尺度效应用来用来描述接收信号功率的平描述接收信号功率的平均值随距离的变化情况均值随距离的变化情况v当接收机与发射机之间当接收机与发射机之间的相对位置变化在若干的相对位置变化在若干个波长范围内时，接收个波长范围内时，接收信号功率的本地平均值信号功率的本地平均值将基本保持不变将基本保持不变v当二者间的相对位置变当二者间的相对位置变化远远超出以上范围时化远远超出以上范围

4、时，且信道经历不同的阻，且信道经历不同的阻挡物、反射平面式时，挡物、反射平面式时，v接收机的信号功率变化接收机的信号功率变化可高达几个数量级。因可高达几个数量级。因此称为此称为“大尺度效应。大尺度效应。vSmallScaleeffectsv小尺度效应是指短距离小尺度效应是指短距离（几个波长内）或短时（几个波长内）或短时间（秒量级）内接收机间（秒量级）内接收机信号强度经历的剧烈变信号强度经历的剧烈变化。化。哈尔滨工业大学（威海） v衰落特性的算式描述衰落特性的算式描述 式中，r(t)表示信道的衰落因子；m(t)表示 大尺度衰落；r0(t)表示小尺度衰落。( (t t) )r rmm( (t t)

5、 )r r( (t t) )0 0大尺度衰落大尺度衰落小尺度衰落小尺度衰落( (t t) )r r0 0mm( (t t) )接收功率图21 无线信道中的大尺度和小尺度衰落 t哈尔滨工业大学（威海）v考虑问题考虑问题衰落的物理机制衰落的物理机制功率的路径损耗功率的路径损耗接收信号的变化和分布特性接收信号的变化和分布特性v应用成果应用成果传播预测模型的建立传播预测模型的建立为实现信道仿真提供基础为实现信道仿真提供基础v基本方法基本方法 理论分析方法（如射线跟踪法）理论分析方法（如射线跟踪法） 应用电磁传播理论分析电波在移动环境中的传播特性来建立预测应用电磁传播理论分析电波在移动环境中的传播特性来

6、建立预测模型模型 现场测试方法（如冲激响应法）现场测试方法（如冲激响应法） 在不同的传播环境中做电波实测实验，通过对测试数据进行统计在不同的传播环境中做电波实测实验，通过对测试数据进行统计分析，来建立预测模型分析，来建立预测模型 电波传播特性的研究电波传播特性的研究哈尔滨工业大学（威海） 自由空间的电波传播自由空间的电波传播v自由空间的传播损耗（自由空间的传播损耗（大气空间近为自由空间大气空间近为自由空间） 在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，只存在电在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，只存在电磁波能量扩散而引起的传播损耗磁波能量扩散而引起的传播损耗 （自由空间带来的损自由空间带来的损

7、耗又叫路径损耗耗又叫路径损耗）v接收功率接收功率 式中，式中，Pt为发射功率，以球面波辐射为发射功率，以球面波辐射 , ,为为射频载波波长，射频载波波长，Gt，Gr分别表示发射天线和接收天线增分别表示发射天线和接收天线增益，益，d为发射天线和接收天线间的距离（发端到收端距为发射天线和接收天线间的距离（发端到收端距离）。离）。 4GAr2r ttrrGPdAP24哈尔滨工业大学（威海） 自由空间的电波传播自由空间的电波传播v接收换算接收换算v自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗 当当Gt=Gr=1时，时， 分贝式分贝式rtPPL24dL 32.4520log()20log ()Lf Mhzd k

8、m()10 log()rrP dBmP mW()10log()rrP dBWP W哈尔滨工业大学（威海）自由空间（无障碍物）的损耗为何与自由空间（无障碍物）的损耗为何与f有关？有关？vv哈尔滨工业大学（威海）路径传输损耗模型路径传输损耗模型（实际的路径传输模型）（实际的路径传输模型）v路径损耗的模型路径损耗的模型：Okumura、Hata、Okumura模型模型：到到的基本损耗（单位：的基本损耗（单位：dB）公式如下：）公式如下：v哈尔滨工业大学（威海）路径损耗的模型路径损耗的模型v式中：式中：v Fc是载波频率（是载波频率（1501 500 MHz）；）；v hte是基站天线有效高度（是基站

9、天线有效高度（30200 m），定义为基站天线实际海），定义为基站天线实际海拔高度与基站沿传播方向实际距离拔高度与基站沿传播方向实际距离内的平均地面海拔高度之差；内的平均地面海拔高度之差；v hre是移动台有效天线高度（是移动台有效天线高度（110 m），定义为移动台天线高出），定义为移动台天线高出地表的高度；地表的高度；d是基站天线和移动是基站天线和移动台天线之间的水平距离（台天线之间的水平距离（120 km）；）；v (hre)是有效天线修正因子，是是有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数，对于不同的区覆盖区大小的函数，对于不同的区域，域，a（hre）具有不同的表示形式）具有不同的表示形式。

10、大城市、郊区或开阔地哈尔滨工业大学（威海）电波的电波的3种种基本基本传播机制传播机制基本电波基本电波的传播机制的传播机制反射阻挡体比传输波阻挡体比传输波长长 大的多的物体大的多的物体产生多径衰落的产生多径衰落的主主 要因素要因素绕射散射阻挡体为尖利边阻挡体为尖利边缘缘产生于粗糙表面、产生于粗糙表面、小物体或其它不规小物体或其它不规则物体则物体哈尔滨工业大学（威海）复习：波的衍射（绕设）复习：波的衍射（绕设）哈尔滨工业大学（威海）波的衍射实验波的衍射实验哈尔滨工业大学（威海）衍射图案衍射图案哈尔滨工业大学（威海）波的散射波的散射哈尔滨工业大学（威海）波的干涉波的干涉哈尔滨工业大学（威海）波的色散

11、波的色散哈尔滨工业大学（威海）光的色散现象光的色散现象哈尔滨工业大学（威海）电磁波的反射电磁波的反射理想介质表面的反射理想介质表面的反射极化特性极化特性多径信号多径信号哈尔滨工业大学（威海） 理想介质表面的反射理想介质表面的反射zzRsinsinv如果电磁波传输到理想介质表面，如果电磁波传输到理想介质表面， 则能量都将反射回来则能量都将反射回来v反射系数反射系数（R）入射波与反射波的比值12112表面光滑的反射入射角入射角12020cosz20cosz(垂直极化）(水平极化）600j其中，为介电常数，为电导率，为波长。哈尔滨工业大学（威海） 极极 化化 特特 性性v极化极化 电磁波在传播过程中