第3章移動通信的電波傳播.ppt

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1、第3章移動通信的電波傳播3.1VHF、UHF頻段的電波傳播特性3.2電波傳播特性的估算（工程計算）3.1VHF、UHF頻段的電波傳播特性陸地移動通信主要使用的頻段為VHF和UHF:150MHz、450MHz、900MHz、1800MHz移動通信中的傳播方式主要有直射波、反射波和地表面波等傳播方式。圖3-1表示出了典型的移動信道電波傳播路徑。主要考慮直射波和反射波的影響。圖3-1典型的移動信道電波傳播路徑3.1.1直射波直射波傳播：電波沿直線傳播而不被吸收,也不發(fā)生反射、折射和散射等現(xiàn)象而直接到達(dá)接收點的傳播方

2、式。直射波傳播損耗可看成自由空間的電波傳播損耗Lbs,Lbs的表示式為：式中,d為距離(km),f為工作頻率(MHz)。3.1.2視距傳播的極限距離(講到這)圖3-2視距傳播的極限距離已知地球半徑為R=6370km,設(shè)發(fā)射天線和接收天線高度分別為hT和hR(單位為m),理論上可得視距傳播的極限距離d0為由此可見,視距決定于收、發(fā)天線的高度。天線架設(shè)越高,視線距離越遠(yuǎn)。實際上，當(dāng)考慮了空氣的不均勻性對電波傳播軌跡的影響后,在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下，等效地球半徑R=8500km,可得修正后的視距傳播的極限距離d0為

3、3.1.3繞射損耗繞射損耗：在實際情況下，除了考慮在自由空間中的視距傳輸損耗外，還應(yīng)考慮各種障礙物對電波傳輸所引起的損耗。在移動通信中，通信的地形環(huán)境十分復(fù)雜，很難對各種地形引起的電波損耗做出準(zhǔn)確的定量計算，只能作出一些定性分析，采用工程估算的方法。設(shè)障礙物與發(fā)射點、接收點的相對位置如圖3-3所示，圖中x表示障礙物頂點P至直線AB之間的垂直距離，在傳播理論中x稱為菲涅爾余隙。圖3-3菲涅爾余隙（a）負(fù)余隙;（b）正余隙根據(jù)菲涅爾繞射理論，可得到障礙物引起的繞射損耗與菲涅爾余隙之間的關(guān)系如圖3-4所示。圖中

4、,橫坐標(biāo)為x/x1，x1稱菲涅爾半徑（第一菲涅爾半徑），且有（3-4）圖3-4繞射損耗與菲涅爾余隙之間的關(guān)系由圖3-4可見，當(dāng)橫坐標(biāo)x/x1>0.5時，則障礙物對直射波的傳播基本上沒有影響。當(dāng)x=0時，TR直射線從障礙物頂點擦過時，繞射損耗約為6dB；當(dāng)x<0時，TR直射線低于障礙物頂點，損耗急劇增加。3.1.4反射波圖3-5反射波和直射波反射波與直射波的行距差為由于直射波和反射波的起始相位是一致的，因此兩路信號到達(dá)接收天線的時間差換算成相位差Δφ0為再加上地面反射時大都要發(fā)生一次反相，實際的兩路電波相位差Δ

5、φ為(3-5)(3-6)(3-7)3.1.5多徑效應(yīng)與瑞利型(衰落特性)設(shè)發(fā)射機發(fā)Acosωct后,接收機接收端收到的合成信號為:式中:Ri(t)為第i條路徑的接收信號；τi(t)為第i條路徑的傳輸時間；φi(t)為第i條路徑的相位滯后，φi(t)=-ωcτi(t)。(3-8)經(jīng)大量觀察表明，Ri(t)和φi(t)隨時間的變化與發(fā)射信號的載頻周期相比，通常要緩慢得多，所以，Ri(t)和φi(t)可以認(rèn)為是緩慢變化的隨機過程，故式（3-8)可以寫成:（3-9）設(shè):則式（3-9）可寫成式中:U(t)為合成波R(

6、t)的包絡(luò),φ(t)為合成波R(t)的相位。(3-10)由于Ri(t)和φi(t)隨時間的變化與發(fā)射信號的載頻周期相比，是緩慢變化的，因此xc（t）、xs（t）及包絡(luò)U(t)、相位φ(t)也是緩慢變化的。通常，U(t)滿足瑞利分布，相位φ(t)滿足均勻分布，R(t)可視為一個窄帶過程。假設(shè)噪聲為高斯白噪聲，σ為噪聲方差，r為接收信號的損失幅度，則包絡(luò)概率密度函數(shù)p(r)和相位概率密度函數(shù)p(θ)分別為：0≤r≤+∞0≤θ≤2π均值為方差(3-11)(3-12)3.1.6萊斯（Riceam）衰落分布在移動通信中

7、，如果存在一個起支配作用的直達(dá)波（未受衰落影響），這時，接收端接收信號的包絡(luò)為萊斯（Riceam）分布。包絡(luò)的概率密度函數(shù)p(r)為式中,A為直達(dá)波振幅，r為接收信號的瞬時幅度，σ為噪聲方差，I0（·）為第一類0階Bessel函數(shù)。設(shè)A≥0,r≥0r<0(3-13)3.2電波傳播特性的估算（工程計算）3.2.1EgliJohnJ.場強計算公式在實際中，由于移動通信的移動臺在不停地運動。計算繞射損耗中的x、x1的數(shù)值處于變化中，因而使用公式計算不平坦地區(qū)場強時遇到較大的麻煩。EgliJohnJ.提出一種經(jīng)驗?zāi)?/p>

8、型，并根據(jù)此模型提出經(jīng)驗修正公式，認(rèn)為不平坦地區(qū)的場強等于平面大地反射公式算出的場強加上一個修正值，其修正值為(3-14)式中,f為工作頻率，以MHz為單位。這樣，不平坦地區(qū)的場強公式為:或者說，不平坦地帶傳播衰減(3-15)(3-16)(3-17)如果hT、hR采用米(m)表示，d用公里(km)表示，f用MHz表示，則不平坦地區(qū)的傳播衰耗LA為3.2.2奧村(Okumura)模型OM模型適用的范