移動(dòng)通信-ch3-移動(dòng)信道

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1、第3章移動(dòng)信道的傳播特性第3章移動(dòng)信道的傳播特性3.1無線電波傳播特性3.2移動(dòng)信道的特征3.3陸地移動(dòng)信道的傳輸損耗3.4移動(dòng)信道的傳播模型思考題與習(xí)題第3章移動(dòng)信道的傳播特性3.1無線電波傳播特性3.1.1電波傳播方式發(fā)射機(jī)天線發(fā)出的無線電波，可依不同的路徑到達(dá)接收機(jī)，當(dāng)頻率f＞30MHz時(shí)，典型的傳播通路如圖3-1所示。沿路徑①從發(fā)射天線直接到達(dá)接收天線的電波稱為直射波，它是VHF和UHF頻段的主要傳播方式；沿路徑②的電波經(jīng)過地面反射到達(dá)接收機(jī)，稱為地面反射波；路徑③的電波沿地球表面?zhèn)鞑?，稱為地表面波。第3章移動(dòng)

2、信道的傳播特性圖3-1典型的傳播通路第3章移動(dòng)信道的傳播特性3.1.2直射波直射波傳播可按自由空間傳播來考慮。所謂自由空間傳播系指天線周圍為無限大真空時(shí)的電波傳播，它是理想傳播條件。電波在自由空間傳播時(shí)，其能量既不會(huì)被障礙物所吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。實(shí)際情況下，只要地面上空的大氣層是各向同性的均勻媒質(zhì)，其相對(duì)介電常數(shù)ε和相對(duì)導(dǎo)磁率μ都等于1，傳播路徑上沒有障礙物阻擋，到達(dá)接收天線的地面反射信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)也可以忽略不計(jì)，在這樣情況下，電波可視作在自由空間傳播。第3章移動(dòng)信道的傳播特性雖然電波在自由空間里傳播不受阻擋，不產(chǎn)生

3、反射、折射、繞射、散射和吸收，但是，當(dāng)電波經(jīng)過一段路徑傳播之后，能量仍會(huì)受到衰減，這是由輻射能量的擴(kuò)散而引起的。由電磁場(chǎng)理論可知，若各向同性天線(亦稱全向天線或無方向性天線)的輻射功率為P瓦，則距輻射源dm處的電場(chǎng)強(qiáng)度有T效值E為030PTE?(V/m)(3-1)0d第3章移動(dòng)信道的傳播特性磁場(chǎng)強(qiáng)度有效值H為030PTH?(A/m)(3-2)0120?d單位面積上的電波功率密度S為PT2S?(W/m)(3-3)24?d第3章移動(dòng)信道的傳播特性若用發(fā)射天線增益為G的方向性天線取代各向同T性天線，則上述公式應(yīng)改寫為30PG

4、TTE?(V/m)(3-4)0d30PGTT(3-5)H?(A/m)0120?dPTGT2(3-6)S?(W/m)4?d第3章移動(dòng)信道的傳播特性接收天線獲取的電波功率等于該點(diǎn)的電波功率密度乘以接收天線的有效面積，即PR=SAR(3-7)式中，A為接收天線的有效面積，它與接收天線增益G滿RR足下列關(guān)系：2?AR?GR(3-8)4?式中，λ2/4π為各向同性天線的有效面積。第3章移動(dòng)信道的傳播特性由式(3-6)至式(3-8)可得2???PR?PTGTGR??(3-9)?4?d?當(dāng)收、發(fā)天線增益為0dB，即當(dāng)G=G=1時(shí)，接

5、收RT天線上獲得的功率為2???PR?PT??(3-10)?4?d?第3章移動(dòng)信道的傳播特性由上式可見，自由空間傳播損耗L可定義為fs2PT?4?d?Lfs????(3-11)PR???以dB計(jì)，得2???4?d?4?dLfs(dB)?10lg??(dB)?20lg(dB)????或(3-12)［Lfs］(dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)(3-13)式中，d的單位為km，頻率單位以MHz計(jì)。第3章移動(dòng)信道的傳播特性3.1.3大氣中的電波傳播1.大氣折射在不考慮傳導(dǎo)電流和介質(zhì)磁化的情況下，介質(zhì)

6、折射率n與相對(duì)介電系數(shù)ε的關(guān)系為rn??(3-14)r眾所周知，大氣的相對(duì)介電系數(shù)與溫度、濕度和氣壓有關(guān)。大氣高度不同，ε也不同，即dn/dh是不同的。根據(jù)折r射定律，電波傳播速度v與大氣折射率n成反比，即c??(3-15)式中，c為光速。n第3章移動(dòng)信道的傳播特性當(dāng)一束電波通過折射率隨高度變化的大氣層時(shí)，由于不同高度上的電波傳播速度不同，從而使電波射束發(fā)生彎曲，彎曲的方向和程度取決于大氣折射率的垂直梯度dn/dh。這種由大氣折射率引起電波傳播方向發(fā)生彎曲的現(xiàn)象，稱為大氣對(duì)電波的折射。大氣折射對(duì)電波傳播的影響，在工程上

7、通常用“地球等效半徑”來表征，即認(rèn)為電波依然按直線方向行進(jìn)，只是地球的實(shí)際半徑R0(6.37×106m)變成了等效半徑Re,Re與R0之間的關(guān)系為Re1k??Rdn01?R0dh式中，k稱作地球等效半徑系數(shù)。第3章移動(dòng)信道的傳播特性當(dāng)d/d＜0時(shí)，表示大氣折射率n隨著高度升高而nh減少。因而k＞1,R＞R。在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下，即e0當(dāng)d/d≈-4×10-8(l/m)，等效地球半徑系數(shù)k=4/3，等效nh地球半徑R=8500km。e由上可知，大氣折射有利于超視距的傳播，但在視線距離內(nèi)，因?yàn)橛烧凵洮F(xiàn)象所產(chǎn)生的折射波會(huì)同直

8、射波同時(shí)存在，從而也會(huì)產(chǎn)生多徑衰落。第3章移動(dòng)信道的傳播特性2.視線傳播極限距離視線傳播的極限距離可由圖3-2計(jì)算，天線的高度分別為h和h，兩個(gè)天線頂點(diǎn)的連線AB與地面相切tr于C點(diǎn)。由于地球等效半徑R遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天線高度，不e難證明，自發(fā)射天線頂點(diǎn)A到切點(diǎn)C的距離d1為d?2Rh(3-17)1et同理，由切點(diǎn)C到接收天線頂點(diǎn)B的距離