2移动通信的电波传播.ppt

第第2 2章章 移动通信的电波传播移动通信的电波传播2目标要求目标要求l 基本要求基本要求 掌握移动通信系统的传播特性掌握移动通信系统的传播特性； 掌握陆地移动通信的场强计算。掌握陆地移动通信的场强计算。3主要内容主要内容 2.1 2.1 引言引言 2.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性 2.3 2.3 陆地信道的场强计算陆地信道的场强计算 小结小结 思考题、习题思考题、习题4一、一、 为什么要研究移动通信的电波传播特性？为什么要研究移动通信的电波传播特性？本章的内容为无线网络规划和优化打下理论基础本章的内容为无线网络规划和优化打下理论基础2.1 2.1 引言引言1、移动通信电波传播环境复杂。、移动通信电波传播环境复杂。2、移动通信电波传播特性直接关系小区规划、天线高、移动通信电波传播特性直接关系小区规划、天线高度的确定、通信设备的选择，以及调制技术、跳频度的确定、通信设备的选择，以及调制技术、跳频技术、均衡技术、分集技术、差错编码技术等技术技术、均衡技术、分集技术、差错编码技术等技术措施的选择。措施的选择。5 二、研究移动信道的基本方法二、研究移动信道的基本方法1 1、理论分析；、理论分析；2 2、现场电波传播实测；、现场电波传播实测；3 3、移动信道的计算机模拟。、移动信道的计算机模拟。2.1 2.1 引言引言6三、无线电波的传播方式三、无线电波的传播方式l视距传播（直射波）视距传播（直射波）l反射：当电磁波遇到比其波长大得多得物体时发生反射：当电磁波遇到比其波长大得多得物体时发生反射，发射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面反射，发射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面l绕射：当接收机与发射机之间的无线路径被尖利的绕射：当接收机与发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射边缘阻挡时发生绕射l散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。散射产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。散射产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。2.1 2.1 引言引言72.1 2.1 引言引言8四、四、 影响传播环境的主要因素：影响传播环境的主要因素：1 1自然地形；自然地形；2 2人工建筑；人工建筑；3 3植被特征；植被特征；4 4天气状况；天气状况；5 5自然的和人为的电磁噪声状况。自然的和人为的电磁噪声状况。2.1 2.1 引言引言9主要内容主要内容 2.1 2.1 引言引言 2.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性 2.3 2.3 陆地信道的场强计算陆地信道的场强计算 小结小结 思考题、习题思考题、习题10目前移动通信一般使用的是目前移动通信一般使用的是UHFUHF频段频段2.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性11一、陆地移动通信的信号衰落一、陆地移动通信的信号衰落1 1、 大尺度衰落大尺度衰落：反映出传播在宏观大范围（数十米至数百：反映出传播在宏观大范围（数十米至数百米量级）的空间距离上的接收信号功率平均值的变化趋势；米量级）的空间距离上的接收信号功率平均值的变化趋势； 2 2、 阴影效应阴影效应：反映了在中等范围内（数十波长量级）的接：反映了在中等范围内（数十波长量级）的接收信号功率平均值起伏变化的趋势，会引起大尺度衰落；收信号功率平均值起伏变化的趋势，会引起大尺度衰落；3 3、 小尺度衰落小尺度衰落：反映微观小范围（数十波长以下量级）接：反映微观小范围（数十波长以下量级）接收信号功率平均值的起伏变化趋势。收信号功率平均值的起伏变化趋势。2.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性122.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性13二、大尺度衰落二、大尺度衰落1 1、 自由空间传播损耗自由空间传播损耗 2 2、 发射、绕射和散射发射、绕射和散射3 3、 阴影效应：又称为正态衰落阴影效应：又称为正态衰落注：传播损耗指发送功率与接收功率的比值，通常用注：传播损耗指发送功率与接收功率的比值，通常用分贝表示。分贝表示。2.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性14llocation 1location 1，自由空间传播损耗；，自由空间传播损耗； llocation 2location 2，自由空间传播损耗和反射（陆地）；，自由空间传播损耗和反射（陆地）； llocation 3location 3，自由空间传播损耗和绕射（树）；，自由空间传播损耗和绕射（树）；llocation 4location 4，自由空间传播损耗、绕射和阴影效应（山）；，自由空间传播损耗、绕射和阴影效应（山）；llocation 5location 5，自由空间传播损耗、绕射和阴影效应（多座山）。，自由空间传播损耗、绕射和阴影效应（多座山）。2.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性15三、自由空间传播损耗三、自由空间传播损耗 电波在自由空间中沿直线传播，不发生反射、绕射、电波在自由空间中沿直线传播，不发生反射、绕射、散射和被吸收等情况下的损耗。散射和被吸收等情况下的损耗。Lbs (dB)= 32.45 + 20 log ( f / 1MHz)+20 log (d / 1km) f：信号频率，以：信号频率，以MHz为单位；为单位；d：通信距离，以：通信距离，以km为单位。为单位。2.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性电磁空间的传输损耗是指球面波在传播过程电磁空间的传输损耗是指球面波在传播过程中，随着传播距离增大，电磁能量在扩散过中，随着传播距离增大，电磁能量在扩散过程中引起的球面波扩散损耗。程中引起的球面波扩散损耗。162.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性1234567890距离距离/km功功率率/dB波长为波长为1米米172.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性四、阴影效应四、阴影效应 由于传播环境中的地形起伏，建筑物或其他障碍物由于传播环境中的地形起伏，建筑物或其他障碍物对电波的遮蔽而引起的传播损耗。对电波的遮蔽而引起的传播损耗。182.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性1234567890距离距离/100m波长为波长为1米米功功率率/dB19五、小尺度衰落五、小尺度衰落1 1、多径效应、多径效应2 2、移动台移动速度、移动台移动速度3 3、周围物体移动速度、周围物体移动速度4 4、信号带宽、信号带宽2.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性202.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性1234567890距离距离/m波长为波长为1米米功功率率/dB212.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性六、多径效应六、多径效应1 1、 定义：在实际无线电波传播信道中定义：在实际无线电波传播信道中( (包括所有波段包括所有波段) )，有许，有许多时延不同的传输路径，从不同路径来的信号在接收端合成，多时延不同的传输路径，从不同路径来的信号在接收端合成，使接收信号的幅度急剧变化，从而形成衰落。使接收信号的幅度急剧变化，从而形成衰落。222.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性六、多径效应六、多径效应2 2、 时延扩展时延扩展：从：从时域角度时域角度看，各个路径的长度不同，看，各个路径的长度不同，因而信号到达时间就不相同。若从基站发射一个脉因而信号到达时间就不相同。若从基站发射一个脉冲信号，则接收信号中不但包括该脉冲，而且还包冲信号，则接收信号中不但包括该脉冲，而且还包括它的各个延迟信号。这种由于多径效应引起的时括它的各个延迟信号。这种由于多径效应引起的时域中接收信号脉冲的宽度扩展的现象，称为时延扩域中接收信号脉冲的宽度扩展的现象，称为时延扩展展(time delay spread) (time delay spread) 。232.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性最大时延扩展最大时延扩展多径传播多径传播24市区的传播时延要比郊区长2.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性252.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性六、多径效应六、多径效应3 3、 相干带宽相干带宽：相干带宽：相干带宽(coherence bandwidth)(coherence bandwidth)是从频域方是从频域方面描述时延扩展的，它是指某一特定的频率范围，在该频率面描述时延扩展的，它是指某一特定的频率范围，在该频率范围内的任意两个频率分量都具有很强的幅度相关性，即在范围内的任意两个频率分量都具有很强的幅度相关性，即在相干带宽范围内，频率分量的衰落具有一致性。相干带宽范围内，频率分量的衰落具有一致性。4 4、 时延扩展和相干带宽的关系：信道的相干带宽与该信道的时延扩展和相干带宽的关系：信道的相干带宽与该信道的时延扩展成倒数关系。时延扩展和相干带宽描述了信道的时延扩展成倒数关系。时延扩展和相干带宽描述了信道的时时间色散间色散特性。特性。262.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性六、多径效应六、多径效应5 5、频率选择性衰落频率选择性衰落：从频域看，如果：从频域看，如果相干带宽小于发送信相干带宽小于发送信号的带宽号的带宽，则该信道特性会导致接收信号波形产生频率选择，则该信道特性会导致接收信号波形产生频率选择性衰落，即某些频率成分信号的幅值可以增强，而另外一些性衰落，即某些频率成分信号的幅值可以增强，而另外一些频率成分信号的幅值会被削弱。频率成分信号的幅值会被削弱。6 6、平坦衰落平坦衰落：从频域看，如果：从频域看，如果相干带宽远大于发送信号的带相干带宽远大于发送信号的带宽宽，则该信道特性会导致接收信号波形产生平坦衰落（非频，则该信道特性会导致接收信号波形产生平坦衰落（非频率选择性衰落），即频率成分信号的幅值变化是一致的。率选择性衰落），即频率成分信号的幅值变化是一致的。277 7、多径传播对接收信号的影响多径传播对接收信号的影响l时域时域 衰落（衰落（fadingfading） 符号间干扰（符号间干扰（inter-symbol interferenceinter-symbol interference，ISIISI）典型瑞利衰落包络（900MHz，120km/h）2.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性28相干带宽相干带宽Bc1/1/l频域频域衰落的频率选择性（衰落的频率选择性（frequency selectivityfrequency selectivity）频率选择（频率选择（frequency selectivefrequency selective）非频率选择（非频率选择（non-frequency selective or flatnon-frequency selective or flat）2.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性Bc292.2 2.2 移动通信电波传播特性移动通信电波传播特性七、相对移动七、相对移动多普勒频移多普勒频移：当发射源与接收体之间存在相对运动时，：当发射源与接收体之间存在相对运动时，接收体接收的信息频率与发射源发射信息频率不相接收体接收的信息频率与发射源发射信息频率不相同，这种现象称为多普勒效应，接收频率与发射频同，这种现象称为多普勒效应，接收频率与发射频率之差称为多普勒频移（率之差称为多普勒频移（Doppler ShiftDoppler Shift）。）。注：注：当周围物体的移动速度比移动台移动速度大很多时会产生当周围物体的移动速度比移动台移动速度大很多时会产生小尺度衰落。反之，周围物体的移动可以忽略，而只考虑移小尺度衰落。反之，周围物体的移动可以忽略，而只考虑移动台本身的移动速度。动台本身的移动速度。30l当接收体与发射源相互靠近时，接收频率大于发射频率；当接收体与发射源相互靠近时，接收频率大