第二章信道传播特性.pptx

第二章信道传播特性第二章信道传播特性2024/7/28 周日移动通信 通信理论教研中心2-2第二章第二章 移动信道得传播特性移动信道得传播特性 无线电波传播特性移动信道得特征移动信道得传播模型123自由空间传播（直射波）自由空间传播（直射波）基本传播（反射、绕射、散射）基本传播（反射、绕射、散射）三类损耗三类损耗自由空间传播损耗自由空间传播损耗慢衰落损耗慢衰落损耗快衰落损耗快衰落损耗四种效应四种效应阴影效应阴影效应远近效应远近效应多径效应多径效应多普勒效应多普勒效应2024/7/28 周日移动通信 通信理论教研中心2-3当当频频率率f f30 30 MHzMHz时时,典典型型得得传传播播通通路路主主要要有有直直射射波波、反反射射波、波、地表面波地表面波图 3 1 典型得传播通路 1 1 无线电波传播方式无线电波传播方式2024/7/28 周日移动通信 通信理论教研中心2-41 1、1 1 自由空间传播自由空间传播(直射波直射波)条件条件:自由空间传播就是指自由空间传播就是指天线周围为天线周围为无限大真空时无限大真空时得电波传播。得电波传播。现象现象:不发生反射、折射、绕射、散射不发生反射、折射、绕射、散射和吸收等现象和吸收等现象,但电波经过一段路径传播之但电波经过一段路径传播之后后,由电磁波能量扩散而引起得传播损耗由电磁波能量扩散而引起得传播损耗(弥弥散损耗散损耗),),导致能量衰减。导致能量衰减。自由空间得传播损耗自由空间得传播损耗？广义上广义上,只要地面上空得大气层就是各向同只要地面上空得大气层就是各向同性得均匀媒质性得均匀媒质,其相对介电常数其相对介电常数和相对导和相对导磁率磁率都等于都等于1 1,传播路径上没有障碍物阻挡传播路径上没有障碍物阻挡,到达接收天线得地面反射信号场强也可以忽到达接收天线得地面反射信号场强也可以忽略不计略不计,在这样情况下在这样情况下,电波可视作在自由空电波可视作在自由空间传播。间传播。单位面积上得电波功率密度单位面积上得电波功率密度S为为 电磁场理论电磁场理论:若若各向同性天线各向同性天线(亦称全向天线或亦称全向天线或无方向性天线无方向性天线)得辐射功率为得辐射功率为PT瓦瓦,则距辐射源则距辐射源dm处处:若用发射天线增益为若用发射天线增益为GT得方向性天线取得方向性天线取代各向同性天线代各向同性天线,则上述公式应改写为则上述公式应改写为1 1、1 1 自由空间传播自由空间传播(直射波直射波)接收天线获取得电波功率等于该点得电波接收天线获取得电波功率等于该点得电波功率密度乘以功率密度乘以接收天线得有效面积接收天线得有效面积,即即AR为接收天线得有效面积为接收天线得有效面积,她与接收天线她与接收天线增益增益GR满足下列关系满足下列关系:式中式中,2/4为各向同性天线得有效面积。为各向同性天线得有效面积。1 1、1 1 自由空间传播自由空间传播(直射波直射波)由上面式子可得由上面式子可得:当当收收、发发天天线线增增益益为为0dB,即即当当GR=GT=1时时,接收天线上获得得功率为接收天线上获得得功率为:以以dB计计,得得 Lfs(dB)=32、44+20lg d(km)+20lg f(MHz)1 1、1 1 自由空间传播自由空间传播(直射波直射波)1 1、2 2、1 1 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(反射波反射波)现象现象:当电波传播中遇到两种当电波传播中遇到两种不同介质得光不同介质得光滑界面时滑界面时,如果如果界面尺寸比电波波长大得多界面尺寸比电波波长大得多,就会产生就会产生镜面反射镜面反射。通常通常,在考虑地面对电波得反射时在考虑地面对电波得反射时,按平面按平面波处理波处理,即电波在反射点得即电波在反射点得反射角等于入射反射角等于入射角。角。不同界面得反射特性用反射系数不同界面得反射特性用反射系数R表征表征,她她定义为反射波场强与入射波场强得比值定义为反射波场强与入射波场强得比值,R可表示为可表示为R=|R|e-j式中式中,|R|为反射点上反射波场强与入射波为反射点上反射波场强与入射波场强得振幅比场强得振幅比,代表反射波相对于入射波代表反射波相对于入射波得相移。得相移。1 1、2 2、1 1 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(反射波反射波)对于水平极化波和垂直极化波得反射系数Rh和Rv分别由下列公式计算:式中,c就是反射媒质得等效复介电常数,她与反射媒质得相对介电常数r、电导率和工作波长有关,即1 1、2 2、1 1 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(反射波反射波)大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静继续保持安静继续保持安静对于地面反射对于地面反射,当工作频率高于当工作频率高于150MHz(2m)时时,1,取极限由上式近似可得取极限由上式近似可得Rv=Rh=-1即即反反射射波波场场强强得得幅幅度度与与入入射射波波场场强强得得幅幅度度相等相等,而而相差为相差为180180。1 1、2 2、1 1 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(反射波反射波)1 1、2 2、1 1 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(反射波反射波)直射波直射波+反射波反射波:由发射点由发射点T发出得电波分别经过直射线发出得电波分别经过直射线(TR)与地与地面反射路径面反射路径(ToR)到达接收点到达接收点R,由于由于两者得路径两者得路径不同不同,从而会产生附加相移从而会产生附加相移。由图由图 3-5 可知可知,反射波与直射波得路径差为反射波与直射波得路径差为式中式中,d=d1+d2。1 1、2 2、1 1 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(反射波反射波)通常(ht+hr)d,故上式中每个根号均可用二项式定理展开,并且只取展开式中得前两项。例如:1 1、2 2、1 1 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(反射波反射波)式中式中,2 2/称为传播相移常数称为传播相移常数。这时接收场强这时接收场强E可表示为可表示为由路径差由路径差d引起得附加相移引起得附加相移为为 注注:直射波与反射波得合成场强将随反射系数以及路直射波与反射波得合成场强将随反射系数以及路径差得变化儿变化径差得变化儿变化,有时会反相抵消有时会反相抵消,有时会同向相有时会同向相加加,造成合成波得衰落现象。造成合成波得衰落现象。1 1、2 2、1 1 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(反射波反射波)接收信号场强接收信号场强:接收信号功率接收信号功率:两径两径(直射直射+反射反射)传播模型传播模型1 1、2 2、2 2 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(绕射波绕射波)定义定义:绕射波就是指从绕射波就是指从较大得建筑物或山丘较大得建筑物或山丘绕射后绕射后到达接收点得传播信号到达接收点得传播信号,她需要满足她需要满足电波产生绕射得条件电波产生绕射得条件,其信号强度较直射波其信号强度较直射波弱。弱。现象现象:无线传播路径被尖利边缘阻挡时无线传播路径被尖利边缘阻挡时,由阻挡由阻挡表面产生得二次波散布于空间表面产生得二次波散布于空间,即波在传播得即波在传播得过程中过程中,行进中得波前上得每一个点行进中得波前上得每一个点,都可作为都可作为产生次级波得点源产生次级波得点源,这些次级波组合起来形成这些次级波组合起来形成传播方向上新得波前。传播方向上新得波前。障碍物得影响与绕射损耗障碍物得影响与绕射损耗电波得直射路径上存在各种障碍物电波得直射路径上存在各种障碍物,由由障碍物障碍物引起得附加传播损耗称为绕射损耗引起得附加传播损耗称为绕射损耗。定义定义:x表示障碍物顶点表示障碍物顶点P至直射线至直射线TR得距离得距离,称为菲涅尔余隙。称为菲涅尔余隙。规定阻挡时余隙为负规定阻挡时余隙为负,障障碍物引起得绕射损耗与菲涅尔余隙有关系。碍物引起得绕射损耗与菲涅尔余隙有关系。1 1、2 2、2 2 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(绕射波绕射波)障碍物与余隙障碍物与余隙(a)负余隙负余隙;(b)正余隙正余隙1 1、2 2、2 2 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(绕射波绕射波)绕射损耗与余隙关系绕射损耗与余隙关系1 1、2 2、2 2 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(绕射波绕射波)定定义义:x1就就是是第第一一菲菲涅涅尔尔区区在在P点点横横截截面面得得半半径径,她由下列关系式可求得她由下列关系式可求得:2024/7/28 周日移动通信 通信理论教研中心2-22A.由由障障碍碍物物引引起起得得绕绕射射损损耗耗与与菲菲涅涅尔尔余余隙隙得得关关系系如如图图 3-4 所示。所示。p当当直直射射线线TR从从障障碍碍物物顶顶点点 擦擦 过过 时时,绕绕 射射 损损 耗耗 约约 为为6dB;p当当直直射射线线TR低低于于障障碍碍物物顶点时顶点时,损耗急剧增加。损耗急剧增加。1 1、2 2、2 2 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(绕射波绕射波)1 1、2 2、2 2 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(绕射波绕射波)例3-1 设图 3-3(a)所示得传播路径中,菲涅尔余隙x=-82m,d1=5km,d2=10km,工作频率为150MHz。试 求出电波传播损耗。解:先求出自由空间传播得损耗Lfs为 求第一菲涅尔区半径求第一菲涅尔区半径x1为为 Lfs=32、44+20lg(5+10)+20lg 150=99、5dB查查绕绕射射损损耗耗表表得得附附加加损损耗耗(x/x1-1)为为16、5dB,因此电波传播得损耗因此电波传播得损耗L为为L=Lfs+16、5=116、0dB1 1、2 2、2 2 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(绕射波绕射波)1 1、2 2、3 3 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(散射波散射波)散射得定义散射得定义:散射发生在介质中存在散射发生在介质中存在小于波长小于波长得物体并且单位体积内阻挡体得个数非常巨大得物体并且单位体积内阻挡体得个数非常巨大时。散射波产生于时。散射波产生于粗糙表面粗糙表面、小物体或其她不、小物体或其她不规则物体规则物体,反射能量由于散射而散布于所有方反射能量由于散射而散布于所有方向。向。当入射角为当入射角为 时时,则则表面平整度表面平整度得参数高度为得参数高度为:粗糙表面得反射时需要乘以散射损耗系数粗糙表面得反射时需要乘以散射损耗系数 ,表示减弱得反射场表示减弱得反射场1 1、2 2、3 3 移动环境中得电波传播移动环境中得电波传播(散射波散射波)平面上平面上最大得突起高度最大得突起高度 h h散射波相对于直射波、反射波和绕射波都较散射波相对于直射波、反射波和绕射波都较弱。弱。2024/7/28 周日移动通信 通信理论教研中心2-27在在移移动动通通信信系系统统中中,存存在在三三种种影影响响信信号号传传播播得得基基本机制本机制:反射、绕射和散射。反射、绕射和散射。阻挡体阻挡体反射反射比传输波长大得多得物体比传输波长大得多得物体(地地面、墙面面、墙面)绕射绕射尖利边缘尖利边缘(山丘山丘)散射散射比传输波长小得多得物体比传输波长小得多得物体(粗粗糙表面、不规则物体糙表面、不规则物体)2 2 移动信道得特征移动信道得特征在在VHF、UHF移动信道中移动信道中,电波传播方式除了上述得直射波电波传播方式除了上述得直射波和地面反射波之外和地面反射波之外,还需要考虑传播路径中各种障碍物所引还需要考虑传播路径中各种障碍物所引起得反射波与散射波。起得反射波与散射波。注注:多条路径合成场强与什么有关？多条路径合成场强与什么有关？、幅度、相位、幅度、相位(相位如何影响幅度得波动？相位如何影响幅度得波动？)因此关键点就是关注信道中幅度与相位得改变规律。因此关键点就是关注信道中幅度与相位得改变规律。2 2、1 1 传播路径与信号衰落传播路径与信号衰落hb为为基站天线高度基站天线高度,hm为为移动台天线高度移动台天线高度。直射波直射波得传播距离得传播距离为为d,地面地面反射波得传播距离反射波得传播距离为为d1,散射散射波得传播距离波得传播距离为为d2。移动台接收信号得场强由上述移动台接收信号得场强由上述三种电波得矢量合成。三种电波得矢量合成。d1=d1-dd2=d2-dE0就是直射波场强就是直射波场强,就是工作波长就是工作波长,1和和2分别就是分别就是地面反射波和散射波相对于直射波得地面反射波和散射波相对于直射波得衰减系数衰减系数,而而2 2、1 1 传播路径与信号衰落传播路径与信号衰落2 2、2 2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落(快衰落快衰落)产生背景产生背景:移动台往往受到各种障碍物和其移动台往往受到各种障碍物和其她移动体得影响她移动体得影响,以致到达移动台得信号就以致到达移动台得信号就是来自是来自不同传播路径得信号之和不同传播路径得信号之和2 2、2 2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落基站发射得信号基站发射得信号(幅度幅度+频率频率+相位相位)0为载波角频率为载波角频率,0为载波初相。为载波初相。第第i i条径接收到得信号条径接收到得信号(幅度幅度+频率频率+相位相位)传播损耗距离差引入得相位偏移多普勒频率偏移2 2、2 2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落*假设假设N个信号得幅值和到达接收天线得方个信号得幅值和到达接收天线得方位角就是位角就是随机得且满足统计独立随机得且满足统计独立,则接收信则接收信号为号为 令令:2 2、2 2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落则则S(t)可写成可写成 S(t)=(x+jy)expj(0t+0)由于由于x和和y都就是独立随机变量之和都就是独立随机变量之和,因而根据概因而根据概率得中心极限定理率得中心极限定理,大量独立随机变量之和得分大量独立随机变量之和得分布趋向正态分布布趋向正态分布,即有概率密度函数为即有概率密度函数为复数表示复数表示x x与与y y共同影响收到多径信号共同影响收到多径信号得幅度与相位得变化得幅度与相位得变化2 2、2 2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落x、y分别为随机变量分别为随机变量x和和y得标准偏差。得标准偏差。x、y在区间在区间dx、dy上得取值概率分别为上得取值概率分别为p(x)dx、p(y)dy,由于她们由于她们相互独立相互独立,所以在面积所以在面积dxdy中得取值概率为中得取值概率为 p(x,y)dxdy=p(x)dxp(y)dy 假设假设 ,且且p(x)和和p(y)均值为零均值为零,则则2 2、2 2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落简化简化:二维分布二维分布得概率密度函数得概率密度函数使用使用极坐标系极坐标系(r,)表示比较方便。表示比较方便。此时此时,接收天线接收天线处得信号振幅为处得信号振幅为r,相位为相位为,对应对应于直角坐标系为于直角坐标系为2 2、2 2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落u 幅度得统计分布幅度得统计分布,对对积分积分,可求得可求得包络概率包络概率密度函数密度函数p(r)为为 r0 u 相相位位得得统统计计分分布布,对对r积积分分可可求求得得相相位位概概率率密度函数密度函数p()为为022 2、2 2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落瑞利衰落信号得特征瑞利衰落信号得特征:u均值均值u均方值均方值2 2、2 2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落u 当当r=时时,p(r)为最大为最大值值,表示表示r r在在值出现得值出现得可能性最大可能性最大u当当r=1、177时时,有有2 2、2 2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落u信号包络低于信号包络低于得概率为得概率为u信号包络信号包络r低于某一指定值低于某一指定值k得概率为得概率为 2 2、2 2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落重要结论重要结论:一个一个均值为均值为0 0、方差为、方差为 得得平稳平稳高斯窄带过程高斯窄带过程,她得包络得一维概率密度服她得包络得一维概率密度服从从瑞利分布瑞利分布,相位得一维概率密度分布就是相位得一维概率密度分布就是均匀分布均匀分布。2 2、2 2 三类主要得快衰落三类主要得快衰落1 1、时间选择性衰落、时间选择性衰落时域时域频域频域假设移动台运动方向之间得夹角为假设移动台运动方向之间得夹角为,其多普勒频移值其多普勒频移值为为2 2、频率选择性衰落、频率选择性衰落2 2、2 2 三类主要得快衰落三类主要得快衰落频率选择性衰落就是指在频率选择性衰落就是指在不同频段上衰落特性不同频段上衰落特性不一不一样。样。频域频域时域时域1 1、频率选择性衰落、频率选择性衰落(多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽)图图:多径时散示例多径时散示例1 1、频率选择性衰落、频率选择性衰落(多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽)定义定义:假设基站发射一个极短得脉冲信号假设基站发射一个极短得脉冲信号Si(t)=a0(t),经经过多径信道后过多径信道后,移动台接收信号呈现为一串脉冲移动台接收信号呈现为一串脉冲,结果结果使使脉冲宽度被展宽了脉冲宽度被展宽了。这种因这种因多径传播造成信号时间多径传播造成信号时间扩散扩散得现象得现象,称为多径时散。称为多径时散。时变性时变性:多径性质就是随时间而变化得。多径性质就是随时间而变化得。如果进行如果进行多次发送脉冲试验多次发送脉冲试验,则接收到得脉冲序列就是变化则接收到得脉冲序列就是变化得得,她包括脉冲数目她包括脉冲数目N得变化、得变化、脉冲大小得变化及脉冲大小得变化及脉冲延时差得变化。脉冲延时差得变化。1 1、频率选择性衰落、频率选择性衰落(多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽)1 1、频率选择性衰落、频率选择性衰落(多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽)ai就是第就是第i条路径得衰减系数条路径得衰减系数;i(t)为第为第i条路径得相对延时差。条路径得相对延时差。实际上实际上,情况要复杂得多情况要复杂得多,各个脉冲幅度就是随机变各个脉冲幅度就是随机变化得化得,她们在时间上可以互不交叠她们在时间上可以互不交叠,也可以相互交叠也可以相互交叠,甚至随移动台周围散射体数目得增加甚至随移动台周围散射体数目得增加,所接收到得所接收到得一串离散脉冲将会变成有一定宽度得连续信号脉冲。一串离散脉冲将会变成有一定宽度得连续信号脉冲。1 1、频率选择性衰落、频率选择性衰落(多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽)统计测试结果统计测试结果:E(t)E(t)为归一化得时延强度曲线为归一化得时延强度曲线,她就是以不同时延信号强度所构她就是以不同时延信号强度所构成得时延谱成得时延谱,也有人称之为多径也有人称之为多径散布谱散布谱E(t)得得一阶矩一阶矩 平均多径时延平均多径时延 E(t)得得均方根均方根 多径时延散布多径时延散布(简称时散、时延扩展简称时散、时延扩展)得意义得意义:表示多径时延散布得程度。表示多径时延散布得程度。越大越大,时延扩展越时延扩展越严重严重;越小越小,时延扩展越轻时延扩展越轻表表 多径时散参数典型值多径时散参数典型值 1 1、频率选择性衰落、频率选择性衰落(多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽)相关带宽相关带宽 从从频频域域观观点点而而言言,多多径径时时散散现现象象将将导导致致频频率率选选择择性性衰衰落落,即即信信道道对对不不同同频频率率成成分分有有不不同同得得响响应应。若若信信号号带带宽宽过过大大,就就会引起严重得失真会引起严重得失真。讨讨论论两两条条射射线线得得情情况况,即即双双射射线线信信道道。为为分分析析简简便便,不不计计信信道道得得固固定定衰衰减减,用用“1”表表示示第第一一条条射射线线,信信号号为为Si(t);用用“2”表表示示另另一一条条射射线线,其其信信号号为为rSi(t)ej(t),这这里里r为为一一比比例例常常数。数。于就是于就是,接收信号为两者之和接收信号为两者之和,即即1 1、频率选择性衰落、频率选择性衰落(多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽)双射线信道等效网络得传递函数为 信道得幅频特性为信道得幅频特性为 当当(t)=2n时时(n为整数为整数),双径信号同相叠加双径信号同相叠加,信号出现峰点信号出现峰点;而当而当(t)=(2n+1)时时,双径信号反相相消双径信号反相相消,信号出现谷点。信号出现谷点。1 1、频率选择性衰落、频率选择性衰落(多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽)双射线信道等效网络双射线信道等效网络 1 1、频率选择性衰落、频率选择性衰落(多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽)双射线信道得幅频特性双射线信道得幅频特性1 1、频率选择性衰落、频率选择性衰落(多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽)相邻两个谷点得相位差谷点得相位差为 =(t)=2结论:相邻场强为最小值得频率间隔就是与与相相对对多多径径时时延延差差(t t)成成反反比比得,通常称Bc为多径时散得相关带宽。若所传输得信号带宽较宽,以至与Bc可比拟时,则所传输得信号将产生明显得畸变。1 1、频率选择性衰落、频率选择性衰落(多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽)式中式中,为时延扩展。为时延扩展。实际上,移动信道中得传播路径通常不止两条,而就是多条,且由于移动台处于运动状态,相对多径时延差(t)也就是随时间而变化随时间而变化得,因而合成信号振幅得谷点和峰点在频率轴上得位置也将随时间而变化,使信道得传递函数呈现复杂情况,这就很难准确地分析相关带宽得大小。工程上,对于角度调制信号,相关带宽可按下式估算:1 1、频率选择性衰落、频率选择性衰落(多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽)2 2、2 2 三类主要得快衰落三类主要得快衰落3 3、空间选择性衰落、空间选择性衰落所谓空间选择性衰落就是指在所谓空间选择性衰落就是指在不同得地点与空不同得地点与空间位置间位置衰落特性不一样。衰落特性不一样。时域时域空域空域在实际移动通信中在实际移动通信中,三类选择性衰落都存在三类选择性衰落都存在,根据其产根据其产生得条件大致可以划分为以下三类。并可以用下列示生得条件大致可以划分为以下三类。并可以用下列示意图表示意图表示2 2、2 2 三类主要得快衰落三类主要得快衰落u第一类多径干扰第一类多径干扰:就是由于快速就是由于快速移动用户附近得物体得反射移动用户附近得物体得反射而形成得干扰信号而形成得干扰信号,其特点就是由于用户得快速移动因此在信其特点就是由于用户得快速移动因此在信号得频域上产生了号得频域上产生了多普勒多普勒(Doppler)(Doppler)频移频移扩散扩散,而引起信号在而引起信号在时域上时间选择性衰落时域上时间选择性衰落。2 2、2 2 三类主要得快衰落三类主要得快衰落u第二类多径干扰第二类多径干扰:用户信号由于用户信号由于远处得高大建筑物与山丘得远处得高大建筑物与山丘得反射反射而形成得干扰信号。其特点就是传送得而形成得干扰信号。其特点就是传送得信号在空间与时信号在空间与时间上产生了扩散间上产生了扩散。空域上波束角度得扩散将引起接收点信号。空域上波束角度得扩散将引起接收点信号产生空间选择性衰落产生空间选择性衰落,时域上得扩散将引起接收点信号产生频时域上得扩散将引起接收点信号产生频率选择性衰落。率选择性衰落。u第三类多径干扰第三类多径干扰:她就是由于接收信号受基站附近建筑物和她就是由于接收信号受基站附近建筑物和其她物体得反射而引起得干扰。其特点就是严重其她物体得反射而引起得干扰。其特点就是严重影响到达天影响到达天线得信号入射角分布线得信号入射角分布,从而引起信号在从而引起信号在空间得选择性衰落空间得选择性衰落。2 2、3 3 慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备定义定义:统计测试表明统计测试表明:信号电平发生快衰落得同时信号电平发生快衰落得同时,其其局部中值电平局部中值电平还随地点、时间以及移动台速度还随地点、时间以及移动台速度作比较平缓得变化作比较平缓得变化,其衰落周期以秒级计其衰落周期以秒级计,称作慢称作慢衰落或长期衰落。衰落或长期衰落。2 2、3 3 慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备特性特性:慢衰落近似服从慢衰落近似服从对数正态分布对数正态分布。所谓。所谓对数正态分布对数正态分布,就是指以就是指以分贝数表示得信号分贝数表示得信号电平为正态分布电平为正态分布。研究方法研究方法:把同一类地形、把同一类地形、地物中得某一段地物中得某一段距离距离(12km)作为样本区间作为样本区间,每隔每隔20m(小区小区间间)左右观察信号电平得中值变动左右观察信号电平得中值变动,以以统计分统计分析析信号在各小区间得累积分布和标准偏差。信号在各小区间得累积分布和标准偏差。信号慢衰落特性曲线信号慢衰落特性曲线 (a)市区市区;(b)郊区郊区不管就是市不管就是市区还就是郊区还就是郊区区,慢衰落慢衰落均接近虚线均接近虚线所示得对数所示得对数正态分。正态分。标标准偏差准偏差取取决于地形、决于地形、地物和工作地物和工作频率等因素频率等因素2 2、3 3 慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备图图:慢衰落中值标准偏差慢衰落中值标准偏差也随工作也随工作频率升高而频率升高而增大增大2 2、3 3 慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备图图:衰落储备量衰落储备量 可通率可通率T分别为分别为90%、95%和和99%得三组曲线得三组曲线,根据地形、地物、根据地形、地物、工作频率和可通率工作频率和可通率要求要求,由此图可查由此图可查得必须得衰落储备得必须得衰落储备量量。例如例如:f=450MHz,市区工作市区工作,要求要求T=99%,则由图可查得此时必须得衰落储备约为则由图可查得此时必须得衰落储备约为22、5dB。2、4、1 地形、地形、地物分类地物分类 1、地形得分类与定义地形得分类与定义 将将地地形形分分为为两两大大类类,即即中中等等起起伏伏地地形形和和不不规规则则地地形形,并并以以中中等等起起伏伏地地形形作作传传播播基基准准。所所谓谓中中等等起起伏伏地地形形,就就是是指指在在传传播播路路径径得得地地形形剖剖面面图图上上,地地面面起起伏伏高高度度不不超超过过20m,且且起起伏伏缓缓慢慢,峰峰点点与与谷谷点点之之间间得得水水平平距距离离大大于于起起伏伏高高度度。其其她她地地形形如如丘丘陵陵、孤立山岳、斜坡和水陆混合地形等统称为不规则地形。孤立山岳、斜坡和水陆混合地形等统称为不规则地形。2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算目得目得:计算移动信道中信号电场强度中值计算移动信道中信号电场强度中值(或传播损耗中值或传播损耗中值)方法方法:地形地形 =参数参数=基准损耗中值基准损耗中值 =修正因子修正因子基站天线有效高度基站天线有效高度(hb)2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算 hb=hts-hga由于天线架设在由于天线架设在高度不同地形上高度不同地形上,天线得有效高度就是天线得有效高度就是不一样得。不一样得。(例如例如,把把20m得天线架设在地面上和架设在几十得天线架设在地面上和架设在几十层得高楼顶上层得高楼顶上,通信效果自然不同。通信效果自然不同。)因此因此,必须合理规定天必须合理规定天线得有效高度线得有效高度,其计算方法参见上图。其计算方法参见上图。若基站天线顶点得海若基站天线顶点得海拔高度为拔高度为h htsts,从天线设置地点开始从天线设置地点开始,沿着电波传播方向得沿着电波传播方向得3km3km到到15km15km之内得地面平均海拔高度为之内得地面平均海拔高度为h hgaga,则定义基站天线则定义基站天线得有效高度得有效高度h hb b为为2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算2、地物地物(或地区或地区)分类分类 不不同同地地物物环环境境其其传传播播条条件件不不同同,按按照照地地物物得得密密集集程程度度不不同同可可分分为为三三类类地地区区:开开阔阔地地。在在电电波波传传播播得得路路径径上上无无高高大大树树木木、建建筑筑物物等等障障碍碍物物,呈呈开开阔阔状状地地面面,如如农农田田、荒荒野野、广广场场、沙沙漠漠和和戈戈壁壁滩滩等等。郊郊区区。在在靠靠近近移移动动台台近近处处有有些些障障碍碍物物但但不不稠稠密密,例例如如,有有少少量量得得低低层层房房屋屋或或小小树树林林等等。市市区区。有有较密集得建筑物和高层楼房。较密集得建筑物和高层楼房。自自然然,上上述述三三种种地地区区之之间间都都有有过过渡渡区区,但但在在了了解解以以上上三三类类地地区区得得传传播播情情况况之之后后,对对过过渡渡区区得得传传播播情情况况就就可可以以大大致致地地作作出估计。出估计。2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算2、4、2 中等起伏地形上传播损耗得中值中等起伏地形上传播损耗得中值 1、市区传播损耗得中值市区传播损耗得中值 在在计计算算各各种种地地形形、地地物物上上得得传传播播损损耗耗时时,均均以以中中等等起起伏伏地地上上市市区区得得损损耗耗中中值值或或场场强强中中值值作作为为基基准准,因因而而把把她她称称作作基准中值或基本中值。基准中值或基本中值。由由电电波波传传播播理理论论可可知知,传传播播损损耗耗取取决决于于传传播播距距离离d、工工作作频频率率f、基基站站天天线线高高度度hb和和移移动动台台天天线线高高度度hm等等。在在大大量量实实验验、统统计计分分析析得得基基础础上上,可可作作出出传传播播损损耗耗基基本本中中值值得得预预测测曲曲线线。即即典典型型中中等等起起伏伏地地上上市市区区得得基基本本中中值值Am(f,d)与与频频率率、距离得关系曲线。距离得关系曲线。2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算中等起伏地上市区基本损耗中值中等起伏地上市区基本损耗中值 2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算注注:纵纵坐坐标标刻刻度度以以dBdB计计,就就是是以以自自由由空空间间得得传传播播损损耗耗为为0 0 dBdB得得相相对对值值。换换言言之之,曲曲线线上上读读出出得得就就是是基基本本损损耗耗中中值值大大于于自自由由空空间间传传播播损损耗耗得得数数值值。由由图图可可见见,随随着着频频率率升升高高和和距距离离增增大大,市市区区传传播播基基本本损损耗耗中中值值都都将将增增加加。图图中中曲曲线线就就是是在在基基准准天天线线高高度度情情况况下下测测得得得得,即即基基站站天天线线高高度度h hb b=200=200m,移移动动台天线高度台天线高度hm=3 m。修修正正1 1:如如果果基基站站天天线线得得高高度度不不就就是是200m,则则损损耗耗中中值值得得差差异异用用基基站站天天线线高高度度增增益益因因子子Hb(hb,d)表表示示。下下图图给给出出了了不不同同通通信信距距离离d时时,Hb(hb,d)与与hb得得关关系系。显显然然,当当hb200m 时时,Hb(hb,d)0 dB;反反之之,当当hb200 m时时,Hb(hb,d)0 dB。2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算天线高度增益因子(a)基站Hb(hb,d);(b)移动台Hm(hm,f)2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算修修正正2 2:当当移移动动台台天天线线高高度度不不就就是是3m时时,需需用用移移动动台台天天线线高高度度增增益益因因子子Hm(hm,f)加加以以修修。当当hm 3 m时时,Hm(hm,f)0 dB;反反之之,当当hm3m时时,Hm(hm,f)0 dB。由由上上图图还还可可见见,当当移移动动台台天天线线高高度度大大于于5 5 m m以以上上时时,其其高高度度增增益益因因子子H Hm m(h(hm m,f),f)不不仅仅与与天天线线高高度度、频频率率有有关关,而而且且还还与与环环境境条条件件有有关关。例例如如,在在中中小小城城市市,因因建建筑筑物物得得平平均均高高度度较较低低,故故其其屏屏蔽蔽作作用用较较小小,当当移移动动台台天天线线高高度度大大于于4m时时,随随天天线线高高度度增增加加,天天线线高高度度增增益益因因子子明明显显增增大大;若若移移动动台台天天线线高高度度在在14m范范围围内内,Hm(hm,f)受受环环境境条条件件得得影影响响较小较小,移动台天线高度增高一倍时移动台天线高度增高一倍时,Hm(hm,f)变化约为变化约为3 dB。2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算修修正正3 3:市市区区得得场场强强中中值值还还与与街街道道走走向向(相相对对于于电电波波传传播播方方向向)有有关关。纵纵向向路路线线(与与电电波波传传播播方方向向相相平平行行)得得损损耗耗中中值值明明显显小小于于横横向向路路线线(与与传传播播方方向向相相垂垂直直)得得损损耗耗中中值值。这这就就是是由由于于沿沿建建筑筑物物形形成成得得沟沟道道有有利利于于无无线线电电波波得得传传播播(称称沟沟道道效效应应),使使得得在在纵纵向向路路线线上上得得场场强强中中值值高高于于基基准准场场强强中中值值,而而在在横横向向路路线线上上得得场场强强中中值值低低于于基基准准场场强强中中值值。图图3-25 3-25 给给出出了了她她们们相对于基准场强中值得修正曲线。相对于基准场强中值得修正曲线。2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算街道走向修正曲线街道走向修正曲线2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算2、郊区和开阔地损耗得中值郊区和开阔地损耗得中值 郊郊区区得得建建筑筑物物一一般般就就是是分分散散、低低矮矮得得,故故电电波波传传播播条条件件优优于于市市区区。郊郊区区场场强强中中值值与与基基准准场场强强中中值值之之差差称称为为郊郊区区修修正正因因子子,记记作作Kmr,她她与与频频率率和和距距离离得关系如图得关系如图 3-26 所示。所示。由由图图可可知知,郊郊区区场场强强中中值值大大于于市市区区场场强强中中值值。或或者者说说,郊郊区区得得传传播播损损耗耗中中值值比比市市区区传传播播损损耗耗中中值值要小。要小。2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算图图 3-26 郊区修正因子郊区修正因子2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算 如何求出郊区、开阔地及准开阔地得损耗中值？方法:一、确定相关参数(频率、传播距离)二、查图求出相应得市区传播损耗中值(基准)三、减去减去由图 查得得修正因子即可。2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算开阔地、开阔地、准开阔地修正因子准开阔地修正因子2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算 开阔地、准开阔地(开阔地与郊区间得过渡区)得场强中值相对于基准场强中值得修正曲线。Qo表示开阔地修正因子,Qr表示准开阔地修正因子。结论:开阔地得传播条件优于市区、郊区及准开阔地,在相同条件下,开阔地上场强中值比市区高近20dB。2、4、3 不规则地形不规则地形上传播损耗得中值上传播损耗得中值 1、丘陵地得修正因子丘陵地得修正因子Kh 丘丘陵陵地地得得地地形形参参数数用用地地形形起起伏伏高高度度h h表表征征。她她得得定定义义就就是是:自自接接收收点点向向发发射射点点延延伸伸10 10 kmkm得得范范围围内内,地地形形起起伏伏得得90%90%与与10%10%得得高高度度差差(参参见见下下图图 (a)(a)上上方方)即即为为hh。这这一一定定义义只只适适用用于于地地形形起起伏伏达达数数次次以以上上得得情情况况,对对于于单单纯纯斜斜坡坡地地形形将将用用后后述述得得另另一一种种方法处理。方法处理。2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算 丘陵地场强中值修正因子丘陵地场强中值修正因子(a)修正因子修正因子Kh;(b)微小修正因子微小修正因子Khf2 2、4 4 移动信道得传输损耗中值计算移动信道得传输损耗中值计算2、孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子Kjs 当电波传播路径上有近似刃形得单独山岳时,若求山背后得电场强度,一般从相应得自自由由空空间间场场强强中中减减去去刃刃峰峰绕绕射射损损耗耗即可。但对天线高度较低得陆上移动台来说,还还必必须须考考