第二移动信道电波传播电波传播方式.pptx

移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线信道分信道分类 按传输媒质分：按传输媒质分：有线信道有线信道：包括架空明线、电缆和：包括架空明线、电缆和光纤；光纤；无线信道无线信道：包括通过地表面波传播：包括通过地表面波传播的中、长波信道，通过电离层反射的中、长波信道，通过电离层反射传播的短波信道，通过直射传播的传播的短波信道，通过直射传播的微波信道等等。微波信道等等。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线信道分信道分类 根据信道的特性参数分：根据信道的特性参数分：恒参信道：传输特性随时间变化速度极恒参信道：传输特性随时间变化速度极慢，或者说在足够长的时间内，其参数慢，或者说在足够长的时间内，其参数基本不变。基本不变。变参信道：传输特性随时间的变化较快。变参信道：传输特性随时间的变化较快。移动信道是典型的变参信道，信号在移动信道是典型的变参信道，信号在开放的空间中传输，易受噪声和干扰开放的空间中传输，易受噪声和干扰的影响。的影响。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线2.1 无无线电波的波的传播特性播特性分析无线通信系统信号传播的特征等效为分析其载波在各种地形地物气候等条件下传播特征；载波：承载信号的无线电波载波：承载信号的无线电波，移动通信中使用VHF和UHF频段的载频；影响接收信号强度的主要因素包括：发射机功率、接收机位置、信号传输损耗。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线信号信号传输损耗耗信号损耗通常用分贝（dB）表征。比如说当考虑发射功率相比于接收功率大多少个分贝时，按下式计算：如果发射功率比接收功率大一倍，那么10lg（发射功率/接收功率）10lg23dB。即发射功率比接收到的功率大3dB，也就是说信号传输过程中损耗了3个dB。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线2.1.1 无无线电波波传播机制播机制无线电波传播方式无线电波传播方式电波传播方式与电波频率有关电波传播方式与电波频率有关主要类型：主要类型：直射、反射、绕射、直射、反射、绕射、散射散射移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线电波波传播方式播方式图反射波反射波直射波直射波电离层反射波电离层反射波绕射波绕射波散射波散射波电离层电离层天天线线传播方式：传播方式：直射波直射波、反射波反射波、绕射波绕射波、散射波散射波。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线在移动通信系统中，影响传播的三种在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的机制为最基本的机制为反射、绕射和散射反射、绕射和散射。当电磁波遇到比波长大得多的物体时发当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射。生反射。当接收机和发射机之间的无线路径被尖当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。利的边缘阻挡时发生绕射。当电波穿行的介质中存在小于波长的物当电波穿行的介质中存在小于波长的物体，且单位体积内阻挡体的个数非常巨体，且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。大时，发生散射。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线三种基本三种基本传播机制播机制对于移动通信系统来说，接收机接收到的实际是直射波对于移动通信系统来说，接收机接收到的实际是直射波和经地形地物反射散射绕射衍射后的合成信号。和经地形地物反射散射绕射衍射后的合成信号。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线2.1.2 直射波直射波传播播用自由空间传播模型来分析衰减特性用自由空间传播模型来分析衰减特性自由空间：自由空间：均匀无损耗的无限大空间，其电均匀无损耗的无限大空间，其电波传播具有各向同性波传播具有各向同性自由空间特点：电波传播时能量不会被自由空间特点：电波传播时能量不会被障碍物吸收、反射、散射而产生损耗障碍物吸收、反射、散射而产生损耗移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线自由空自由空间损耗耗球面波在传播过程中，球面波在传播过程中，随着传播距离增大，随着传播距离增大，球面单位面积上的能球面单位面积上的能量减小了，而量减小了，而接收天接收天线的有效截面积是一线的有效截面积是一定的，因定的，因而接收天线而接收天线所捕获的信号功率减所捕获的信号功率减小了，这就是自由空小了，这就是自由空间损耗。间损耗。d自由空间损耗的根本自由空间损耗的根本原因原因能量扩散能量扩散移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线接收天接收天线获得的功率得的功率单位面积的电波功率密度为：单位面积的电波功率密度为：接收天线的有效面积为：接收天线的有效面积为：接收天线获取的电波功率为：接收天线获取的电波功率为：移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线d自由空自由空间传播播损耗耗Lfs设收、发天线增益为设收、发天线增益为0dB，即，即GTGR1。以分贝计算：以分贝计算：移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线自由空自由空间传播播损耗耗Lfs结论：结论：自由空间中电波传播损耗只与自由空间中电波传播损耗只与工作频率和传播距离有关，当工作频率和传播距离有关，当f或或d增增大一倍时，大一倍时，L Lfs将分别增大将分别增大6分贝。分贝。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线自由空自由空间传播模型适用范播模型适用范围实际情况中，只要地面上空的大气层实际情况中，只要地面上空的大气层是是各向同性的均匀媒质各向同性的均匀媒质，其传播路径，其传播路径上没有障碍物的阻挡，到达接收天线上没有障碍物的阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计，的地面反射信号场强也可以忽略不计，这样情况下，电波可视作在自由空间这样情况下，电波可视作在自由空间中传播。中传播。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线大气中的大气中的电波波传播播大气折射大气折射 电波通过折射电波通过折射率不同的大气层率不同的大气层时，由于不同高时，由于不同高度的电波传播速度的电波传播速率不同，使电波率不同，使电波射束发生弯曲。射束发生弯曲。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线大气折射使得直射电波也能够实现大气折射使得直射电波也能够实现超超视距传播视距传播。发射天线发射天线接收天线接收天线折射线折射线发射天线发射天线将折射线拉成直线将折射线拉成直线接收天线接收天线移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线地球等效半径地球等效半径大气折射对电波传播的影响常用大气折射对电波传播的影响常用“地地球等效半径球等效半径”来表征。来表征。在标准大气折射情况下，在标准大气折射情况下，将地球实际将地球实际半径半径6370公里转变公里转变为等效半径为等效半径Re8500km移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线视线传播极限距离播极限距离在标准大气折在标准大气折射情况下，用射情况下，用地球等效半径地球等效半径Re计算；计算；移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线视线传播极限距离播极限距离标准大气折射下的地球等效半径为：标准大气折射下的地球等效半径为：Re8500km移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线2.1.3 反射、反射、绕射与散射射与散射1、反射、反射电波传播中遇到两种不同介质的介面电波传播中遇到两种不同介质的介面时，会产生镜面反射；时，会产生镜面反射；按平面波处理，电波的反射角等于入按平面波处理，电波的反射角等于入射角；射角；镜面反射时，反射波场强幅度等于入镜面反射时，反射波场强幅度等于入射波场强幅度，而相位发生反向。射波场强幅度，而相位发生反向。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线地面反射模型地面反射模型简化为双线或两径传播模型简化为双线或两径传播模型 双线地面反射模型双线地面反射模型i i 0 0 hrhtdELOSEiEr=EgT(发射机发射机)R(接收机接收机)ETOT=ELOS+Egl ll l移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线直射波与地面反射波存在相位差，使得它们直射波与地面反射波存在相位差，使得它们的合成场强有时会同相相加，有时会反相的合成场强有时会同相相加，有时会反相抵消，这就造成了合成波的衰落现象。抵消，这就造成了合成波的衰落现象。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线2、绕射射电波在传播过程中有一定绕过障碍物电波在传播过程中有一定绕过障碍物的能力，这种现象称为绕射。的能力，这种现象称为绕射。电波的绕射能力与电波的波长有关，电波的绕射能力与电波的波长有关，波长越长，绕射能力越强；波长越短，波长越长，绕射能力越强；波长越短，则绕射能力越弱。则绕射能力越弱。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线由于平面波有一定的绕射能力，所以能够由于平面波有一定的绕射能力，所以能够绕过高低不平的地面或障碍物，然后到达绕过高低不平的地面或障碍物，然后到达接收点。接收点。绕射会使部分信号偏转，致使绕射会使部分信号偏转，致使绕射信号与绕射信号与直达信号之间有相位差直达信号之间有相位差，干扰了直达信号。，干扰了直达信号。因此如果树林或山丘突入绕射区，此时尽因此如果树林或山丘突入绕射区，此时尽管收发信机处于视距内，也并不表示信号管收发信机处于视距内，也并不表示信号传输良好。传输良好。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线由障碍物引起的附加传播损耗称为由障碍物引起的附加传播损耗称为绕绕射损耗射损耗；绕射损耗的取值与传播路径的菲涅尔绕射损耗的取值与传播路径的菲涅尔余隙有关，一般可通过查表获得；余隙有关，一般可通过查表获得；当菲涅尔余隙为零时，其附加损耗约当菲涅尔余隙为零时，其附加损耗约为为6dB，即信号减弱为，即信号减弱为14。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线3、散射、散射电波遇到粗糙表面时，会发生散射而散电波遇到粗糙表面时，会发生散射而散布于各个方向；布于各个方向；实际移动无线环境的接收信号比单独绕实际移动无线环境的接收信号比单独绕射和反射模型预测的信号强；射和反射模型预测的信号强；对于阻挡面起伏远大于波长的平滑表面对于阻挡面起伏远大于波长的平滑表面可建模成反射面，而对于颗粒小于波长可建模成反射面，而对于颗粒小于波长的粗糙表面，反射系数需乘以一个散射的粗糙表面，反射系数需乘以一个散射损耗系数，以代表减弱的反射场。损耗系数，以代表减弱的反射场。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线2.1.4 移移动信道的信道的传输特征特征1、多径传播、多径传播移动通信系统的接收信号是直射波、反射移动通信系统的接收信号是直射波、反射波、绕射波、散射波和透射波的波、绕射波、散射波和透射波的合成合成。到达移动台天线的信号是来自许多路径的到达移动台天线的信号是来自许多路径的众多反射波的合成，这就是众多反射波的合成，这就是多径现象多径现象。由多径现象引起的衰落称为由多径现象引起的衰落称为多径衰落多径衰落，其包络服从瑞利分布，也称为瑞利衰落其包络服从瑞利分布，也称为瑞利衰落。移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线2、大尺度衰减和小尺度衰减、大尺度衰减和小尺度衰减 小尺度衰减：接收机在短距离小尺度衰减：接收机在短距离(几个波几个波长长)范围内移动时接收场强的快速波动范围内移动时接收场强的快速波动主要原因：多径传播主要原因：多径传播大尺度衰减：接收机在长距离大尺度衰减：接收机在长距离(几百米几百米甚至几千米甚至几千米)范围内移动时接收场强的范围内移动时接收场强的变化趋势变化趋势主要原因：通信距离、阴影效应主要原因：通信距离、阴影效应 移动信道的电波传播与天线移动信道的电波传播与天线3、时延延扩展展 在多径传播条件下，由于不同路径的在多径传播条件下，由于不同路径的长度不同，发射信号沿各路径到达接长度不同，发射信号沿各路径到达接收天线的时间也不同，接收信号会产收天线的时间也不同，接收信号会产生时域上的扩展，即生时域上的扩展，即时延扩展时延扩展在数字传输中，时延扩展使接收信号在数字传输中，时延扩展使接收信号的码元展宽，引起码间串扰的码元展宽，引起码间串扰为避免码间串扰，应使码元周期大于为避免码间串扰，应使码元周期大于多径引起的时延扩展多径引起的时延扩展