移动信道及3个主要特点 信道中的电磁波传播过程 传播一般性分析计算 接收信号中的3类损耗与4种效应 三类主要快衰落 实际移动通信中3类选择性衰落如何产生 传播类型与信道模型的定量分析第2章 无线传播与移动信道讨论及解决问题：本章概要概念、术语；简单分析过程；计算方法及公式应用。 移动通信的主要特点：传播的开放性、接收环境的复杂 性和用户的随机移动性； 接收信号的3类损耗：路径传播损耗、慢衰落损耗和快衰 落损耗； 4类效应：阴影效应、远近效应、多径效应与多普勒效应 。 传播过程简要分析过程及常规公式； 对大范围、大尺度传播损耗进行了定量的分析和计算。 （模型） 对小范围、小尺度传播特性各类快衰落做了进一步定量 分析.（模型，统计及瞬时） *移动通信中的几种主要噪声和干扰（自选看）*基本情况通信的3项项基本指标标 有效性：是指在占有尽可能少的信道资源=?，如频段 、时隙和功率等的条件下尽可能多地传送信源的信息，是 通信的数量上的指标。 可靠性：主要是指在传输过程中抵抗各类客观自然干扰 的能力，但是在特殊的军事通信中，它还包含抵抗人为设 置干扰的能力。 安全性：主要是指在传输中的安全保密性能，即收端防 窃听、发端防伪造和篡改等的能力。 信道分类类-按传输媒质 有线信道：有线信道包括架空明线、电缆及光纤。 无线信道。无线信道中有中、长波地表面波传播，短波 电离层反射传播，超短波和微波直射传播以及各种散射传 播。 移动通信场强实测记录(f=160 MHz)信道分类从信道特性参数随外界各种因素的影响而变变化分类： 恒参信道：恒参信道是指其传输特性的变化量极其微小 。且变化速度极慢，或者说，在足够长的时间内，其参数 基本不变。 变参信道：变参信道是指传输特性随时间的变化较快。 移动信道为典型的变参信道。示例： 信道特征复杂动态 变化大严重衰落应对方法各类类新技术术解决的问题问题 ： 针对移动信道的动态时变特性，为解决移动通信中的有 效性、可靠性和安全性的基本指标而设计的。移动动信道一般分析方法： 不能简单地应用固定点无线通信的电波传播模式； 根据移动通信的特点，按照不同的传播环境和地形特征 ，运用统计分析结合实际测量的方法，找到移动条件下的 传播规律，以获得准确预测接收信号场强的方法。 目的：(3st*11) 获得准确预测接收信号场强的方法。移动通信占用频率： 150 MHz(VHF)： 30MHz300MHz（含300MHz）=甚高频 450 MHz、900 MHz(UHF)频段：300MHz3000MHz=超高频 ，又称分米波2.1移动信道的特点移动动通信信道的3个主要特点： 传播的开放性：一切无线信道都是基于电磁波在空间的传 播来实现开放式信息传输的。 接收环境的复杂性：接收点地理环境的复杂性与多样性。 按接收点地理环境划分为3类典型区域， 1) 高楼林立的城市繁华区 2) 以一般性建筑物为主体的近郊区 3) 以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区 通信用户的随机移动性 1) 准静态的室内用户通信 2) 慢速步行用户通信 3) 高速车载用户通信（=70Km）与用户数，常规城 市分类相似2.1.2移动通信信道中的电磁波传播移动动信道的传播路径MS接收N条路径信号观察特点观察特点=?=?反射波 散射波 直射波传播规律分析电电磁波传传播角度观察： 1) 直射波：是指在视距覆盖区内无遮挡的传播。它是超短波 、微波的主要传输方式，经直射波传播的信号最强。 2) 反射波：是指从不同建筑物或其它反射体反射后到达接收 点的传播信号。信号强度较直射波弱,近距离的多普勒效 应。 3) 绕射波：从较大的建筑物与山丘绕射后到达接收点的传播 信号。但它需要满足电波产生绕射的条件，其信号强度较 直射波弱。 4) 其它：穿透建筑物的传播及空气中离子受激后,二次发射 的漫反射产生的散射波，但它们相对于直射波、反射波、 绕射波都比较弱。简化分析频率f30MHz的典型传播通路： 1)直射波：直接到达接收天线的电波，对VHF和UHF频段=主要方式 ； 2)地面反射波：经过地面反射到达接收机的电波； 3)地表面波：沿地球表面传播的电波，对VHF和UHF频段的地表面波 可以忽略不计。原因=地表面波的损耗随频率升高而急剧增大，传 播距离迅速减小。 4)反射和散射：在移动信道中，电波遇到各种障碍物时会发生反射 和散射现象，它对直射波形成干涉，产生多径衰落现象。典型的传播通路传播一般性分析计算（补充） *2st*(1)自由空间的传播损耗： 分析对象：直射波分析 目标：接收点接收功率传播图形理论抽象为右图= 过程简述自由空间传播损耗图上描述：设： 原点O有一辐射源，均匀地向各方向辐射，辐射功率为PT 经辐射后，能量均匀地分布在以O点为球心，d为半径的球面上 球面的表面积为4d2传播一般性分析计算（补充）已知球面的表面积为4d2，因此，在球面单位面积上的功率应为PT4d2 若接收天线所能接收的有效面积取为A=24，则接收功率为 定义： 传播损耗=发射功率与接收功率的比值， 则，自由空间传播损耗Lbs,为 传播一般性分析计算（补充）工程应用：以dB表示，有式中，f为波长换算的相应的工作频率(MHz)，d为收发间距离(km) 。 分析及讨论：=(上式的变化规律=？）结论： 自由空间传播损耗只与工作频率、和传播距离d有关。当工作频率 提高一倍，或者说工作波长减小一半时，电波在自由空间的传播损 耗就增加6dB。同样，当传播距离加大一倍时，传播损耗也增加6dB 。(2）大气折射及地球等效半径大气折射： 原因：实际的移动信道中，电波在低层大气中传播，低层大气为非均匀 介质，它的温度、湿度以及气压均随时间和空间而变化，因此产 生折射及吸收现象。在VHF(150MHz)、UHF(900MHz)频段，折射现 象尤为突出，效应：直接影响视线传播的极限距离。 大气对电波的折射:当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时 ，由于不同高度上的电波传播速度不同，使电波射束发生弯曲，弯 曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度dndh。这种由大气 折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，称为大气对电波的折射 。版图示意折射效果图折射效果图：不同大气折射的电波传播轨迹折射效果图地球等效半径思路：认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径 Ro(6370Km)变成了等效半径ReRe与R之间的关系为：式中，k称作地球等效半径系数。 典型数据： 1)标准大气折射情况下即当dndh-410-8(m-1)时， 2)等效地球半径系数k=43， 3)地球等效半径Re=8500 km。大气折射对传播的影响： 大气折射有利于超视距的传播 在视线距离内，也会产生多径衰落因为由折射现象所产生的折 射波会同直射波同时存在（效果自判=？）。视线传播极限距离分析图： 天线高度分别为ht和hr，两个天线顶点的连线AB与地面相切于c点 。 求直线距离=？示意图： 视线传播的极限距离视线传播极限距离（数学解决问题）条件近似：地球等效半径Re远远大于天线高度，因此，自发射天线顶点A 到切点c的距离d1为简推下式：余弦、正弦。角度转换同理： 故：视线传播的极限距离为典型数据工程公式在标准大气折射情况下，Re=8500 km 扩展应用意义：考虑=最小天线高度？ 实际天线高度？ 障碍物的影响与绕射损耗有限空间问题 绕射损耗: 实际情况中，电波在直射传播中存在各种障碍物 ，由障碍物引起的附加传播损耗。 菲涅尔余隙: 障碍物顶点P至直射线TR的距离分析绕射引起的附加损耗：绕射引起的附加损耗即相对于自由空 间传播的分贝数。 规定:阻挡时余隙为负。有限空间传播问题分析图:负余隙条件。分析图:正余隙条件=无阻挡注意判定其效果=？菲涅尔余隙的计算基本思路：无线空间转化为有限空间。版图演示转化过程 x1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径，它由下列关系式求得 分析过程：见上图所示。图中x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离(菲涅尔 余隙)。由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系=？ 分析结论示意图：障碍物、余 隙、绕射损耗与菲涅 尔余隙的关系。图中，纵坐标为绕射 引起的附加损耗图上规律分析=？结果表示当x/x10.5时，附加损耗约为0 dB，即障碍物对直射波传播基 本上没有影响； 当x0.5x1例：设在上图(a)所示的传播路径中，菲涅尔余隙x1=-82m，d1=5 km，d2=10km，工作频率为150 MHz。试求电波传播损耗。 解: 先求出自由空间传播损耗：Lbs=32.45+20lg(5+10)+20lgl50=99.5 dB 求第一菲涅尔区半径： x1=81.7m 由上图 查得附加损耗（x/x1-1）为17dB，所以电波传播的损耗 为 L=Lbs+17=116.5 dB问题：损耗的正负代表的物理意义？工程上典型值=？ 2.1.3接收信号中的3类损耗与4种效应*3st-11强烈的绕射损耗：大多数蜂窝无线系统运作在城区，发射机和 接收机之间无直接视距路径，而且高层建筑产生了强烈的绕射损 耗。 多路径反射：由于不同物体的多路径反射，经过不同长度路径 的电磁波相互作用引起多径损耗， 电磁波强度的衰减：随着发射机和接收机之间距离的不断增加 而引起电磁波强度的衰减。 传播方式：上面结论=3种 主要方式：接收点的信号特征（1）影响效果=信号强度减小呈现一定规律性。具有4种主要效应 阴影效应：由于大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播 的接收区域中产生传播半盲区，类似于太阳光受阻挡后产生的 阴影。光波的波长较短，阴影可见，电磁波波长较长，阴影不 可见，但是接收终端(如手机)与专用仪表可以测试出来。 远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站之 间的距离也在随机变化，若各移动用户发射信号的功率一样， 那么到达基站时信号的强弱将不同，离基站近者信号强，离基 站远者信号弱。对移动通信的影响对移动通信的影响=系统角度、局部角度系统角度、局部角度 ？通信系统中的非线性将进一步加重信号强弱的不平衡性，甚至出 现以强压弱的现象，并使弱者即离基站较远的用户产生掉话(通信 中断)现象，通常称这一现象为远近效应远近效应。接收点的信号特征（2） *3st* 多径效应：由于接收者所处地理环境的复杂性，接收到的信 号有直射波的主径信号+ 有从不同建筑物反射及绕射过来的多 条不同路径信号，它们到达时的信号强度、到达时间及到达时 的载波相位都不一样。所接收到的信号是上述各路径信号的矢 量之和，即各路径之间可能产生自干扰，称这类自干扰为多径 干扰或多径效应。这类多径干扰是非常复杂的，有时根本收不 到主径直射波，收到的是一些连续反射波等。 多普勒效应：它是由于接收用户处于高速移动中，比如车载 通信时传播频率的扩散而引起的，其扩散程度与用户运动速度 成正比。（这一现象只产生在高速(70kmh)车载通信时）3个传播模型大尺度传播模型：发射机与接收机之间(T-R)长距离(几百米或 几千米)上的场强变化。当移动台远离发射机时，当地平均接收 场强逐渐减弱，该平均接收场强由大尺度传播模型预测。 中尺度衰减模型：中范围(中尺度、数百波长量级)的阴影效应 ， 小尺度衰减模型：短距离(几个波长)或短时间(秒级)内的接收 场强的快速波动的传播模型。当接收机移动距离与波长相当时， 其接收场强可以发生3或4个数量级(30dB或40dB)的变化。解释；以3cm信号示例表述以上距离分类 研究方法：预测平均场强. 对传播模型的研究，传统上集中于给定范围内平均接收场强的预 测、特定位置附近场强的变化。 已有的结果：对于预测平均场强并用于估计无线覆盖范围的传播 模型：3个，按范围考虑接收点的信号出现的特点 损耗=信号