第3章 移动信道的传播特性

12
市郊 郊郊丘丘
10 标准标标σ / dB
8
6
4
2 100
200 300 500700 1000
20003000
频水f / MHz
图 3 - 7 慢衰落中值标准偏差
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3.2.4 多径时散与相关带宽 1. 多径时散 多径效应在时域上将造成数字信号波形的展宽， 为了说明它对移动通信的影响， 首先看一个简单的 例子(参见图 3 - 8)。
Bc =
式中， ∆为时延扩展。
1 2π∆
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3.3 陆地移动信道的传输损耗
3.3.1地形、 地物分类 1. 地形的分类与定义 为了计算移动信道中信号电场强度中值(或传播损 耗中值)， 可将地形分为两大类， 即中等起伏地形和 不规则地形，并以中等起伏地形作传播基准。 所谓中 等起伏地形，是指在传播路径的地形剖面图上， 地面 起伏高度不超过20m， 且起伏缓慢， 峰点与谷点之间 的水平距离大于起伏高度。 其它地形如丘陵、 孤立山 岳、 斜坡和水陆混合地形等统称为不规则地形。
基基基实
1 3
4
2
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假设基站发射一个极短的脉冲信号Si(t)=a0δ(t)， 经 过多径信道后，移动台接收信号呈现为一串脉冲， 结 果使脉冲宽度被展宽了。这种因多径传播造成信号时 间扩散的现象， 称为多径时散。 必须指出，多径性质是随时间而变化的。如果进 行多次发送脉冲试验，则接收到的脉冲序列是变化的， 如图 3 - 9所示。它包括脉冲数目N的变化、 脉冲大小 的变化及脉冲延时差的变化。
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此外， 还有一种随时间变化的慢衰落， 它也服从 对数正态分布。 这是由于大气折射率的平缓变化， 使 得同一地点处所收到的信号中值电平随时间作慢变化， 这种因气象条件造成的慢衰落其变化速度更缓慢(其衰 落周期常以小时甚至天为量级计)， 因此常可忽略不计。
第3章 移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性
70 市郊 hb＝200 m hm＝3 m 60 d / km 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 3 2 1
基基路路修微 基基路路修微Am(f, d) / dB
50
100 90 80 70 60
40 50 40 30 30 20 10 20 5 3 2 1
第3章 移动信道的传播特性
由于天线架设在高度不同地形上， 天线的有效高 度是不一样的。 (例如，把20m的天线架设在地面上和 架设在几十层的高楼顶上，通信效果自然不同。)因此， 必须合理规定天线的有效高度，其计算方法参见图 3 11。 若基站天线顶点的海拔高度为hts， 从天线设置地 点开始， 沿着电波传播方向的3km到15km之内的地面 平均海拔高度为hga， 则定义基站天线的有效高度hb为
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25
d ＝1 km 20 5 km 郊郊水水水水 郊郊水水水水Kmr / dB 10 km 15 20 km 10
5
0 100
200 300
500 700 1000
2000
频水f / MHz
图 3 - 13郊区修正因子
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35 Qo：开开丘 Qr：准开开丘 准开开丘水水水水 准开开丘水水水水Qr / dB 开开丘水水水水 开开丘水水水水Qo / dB 30
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基基距距
∆h距的的 10% ∆h dm＝10 km 10 丘丘丘水水水水 丘丘丘水水水水Kh / dB 90%
丘地地地水地地地地距地地地地 ＋Khf －Khf 丘地地地 地地地地 按(a)水水修距修微
∆h
0 微微水水微 微微水水微Khf / dB 20 30 50 70100 ∆h / m 200300 500 20
3.1.5 反射波 当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面 时， 如果界面尺寸比电波波长大得多， 就会产生镜 面反射。 由于大地和大气是不同的介质， 所以入射 波会在界面上产生反射，如图 3 - 3 所示。
T
ht
a
c R b
θ
d1
o
θ
d2
hr
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3.2 移动信道的特征
3.2.1 传播路径与信号衰落 在VHF、 UHF移动信道中，电波传播方式除了上 述的直射波和地面反射波之外，还需要考虑传播路径 中各种障碍物所引起的散射波。图 3 - 4是移动信道传 播路径的示意图。
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实 距基 距
① ②
接接 基实
③
图 3 - 1 典型的传播通路
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3.1.2 直射波 直射波传播可按自由空间传播来考虑。所 谓自由空间传播，是指天线周围为无限大真空时 的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空 间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收， 也 不会产生反射或散射。
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d2
hb
d hm
θ
d1
θ
图 3 - 4 移动信道的传播路径
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相地相修微地平 / dB
10 0
－10 －20 －30 0
1 0.2
2 0.4
3 0.6
4 0.8
5 1.0
d/ m t/s
图 3 - 5 典型信号衰落特性
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3.2.3 慢衰落特性和衰落储备 在移动信道中，由大量统计测试表明： 在信号电 平发生快衰落的同时，其局部中值电平还随地点、 时 间以及移动台速度作比较平缓的变化，其衰落周期以 秒级计， 称作慢衰落或长期衰落。 慢衰落近似服从对 数正态分布。 所谓对数正态分布， 是指以分贝数表示 的信号电平为正态分布。
d / km
10 100 200 300 500 7001000 2000 3000 频水 / MHz
图 3 - 12中等起伏地上市区基本损耗中值
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2. 郊区和开阔地损耗的中值 郊区的建筑物一般是分散、 低矮的， 故电波传播 条件优于市区。 郊区场强中值与基准场强中值之差称 为郊区修正因子， 记作Kmr，它与频率和距离的关系如 图 3 - 13 所示。 由图可知， 郊区场强中值大于市区场强中值。 或 者说， 郊区的传播损耗中值比市区传播损耗中值要小。
第3章 移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性 章
3.1 无线电波传播特性 3.2 移动信道的特征 3.3 陆地移动信道的传输损耗 3.4 移动信道的传播模型 思考题与习题
第3章 移动信道的传播特性
3.1 无线电波传播特性
3.1.1 电波传播方式 发射机天线发出的无线电波， 可依不同的路径到 达接收机， 当频率f＞30 MHz时， 典型的传播通路如 图 3 - 1 所示。 沿路径①从发射天线直接到达接收天线 的电波称为直射波，它是VHF和UHF频段的主要传播 方式；沿路径②的电波经过地面反射到达接收机，称 为地面反射波； 路径③的电波沿地球表面传播， 称为 地表面波。
c υ= n
式中， c为光速。
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3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 在实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物， 由 障碍物引起的附加传播损耗称为绕射损耗。
P T T d1 h1 x d2 h2 R h1 d1 x P d2 R h2
(a)
(b)
第3章 移动信道的传播特性
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中值 1. 市区传播损耗的中值 在计算各种地形、 地物上的传播损耗时， 均以中 等起伏地上市区的损耗中值或场强中值作为基准， 因 而把它称作基准中值或基本中值。
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由电波传播理论可知， 传播损耗取决于传播距离d、 工作频率f、 基站天线高度hb和移动台天线高度hm等。 在大量实验、 统计分析的基础上， 可作出传播损耗基 本中值的预测曲线。 图 3 - 12 给出了典型中等起伏地 上市区的基本中值Am(f, d)与频率、 距离的关系曲线。
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t ＝ t0
t1 t1＋τ 11 t1＋τ 12
(a)
t＝t0＋α
t2
t2＋τ 22t2＋τ 23
t2＋τ 21
(b)
t＝t0＋β
t3 t3＋τ 34
(c)
图 3 - 9 时变多径信道响应示例 (a) N=3; (b) N=4; (c) N=5
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Qo 25
20
Qr
15 100
200 300 500 700 1000
2000
频水f / MHz
图 3 - 14开阔地、 准开阔地修正因子
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3.3.4 不规则地形上传播损耗的中值 1. 丘陵地的修正因子Kh 丘陵地的地形参数用地形起伏高度∆h表征。 它的 定义是： 自接收点向发射点延伸10 km的范围内， 地 形起伏的90%与10%的高度差(参见图3 - 15(a)上方)即 为∆h。 这一定义只适用于地形起伏达数次以上的情况， 对于单纯斜坡地形将用后述的另一种方法处理。
相地相平 / dB 0 dB
∆
30 dB E(t)
o
0
τ
τ max
t(相地相相相相)
图 3 - 10 多径时延信号强度
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实际上， 移动信道中的传播路径通常不止两条， 而是多条， 且由于移动台处于运动状态， 相对多径时 延差∆(t)也是随时间而变化的， 因而合成信号振幅的 谷点和峰点在频率轴上的位置也将随时间而变化， 使 信道的传递函数呈现复杂情况， 这就很难准确地分析 相关带宽的大小。 工程上， 对于角度调制信号， 相关 带宽可按下式估算：