第2章 移动通信系统A

2.1.1 无线电波的传播特性和频段划分
2、电离层 电离层的形成 电离层对于不同波长的电磁波表现出不 同的特性



波长短于10m的微波能穿过电离层，波长超 过3000km的长波，几乎会被电离层全部吸 收。 对于中波、中短波、短波，波长越短，电离 层对它吸收得越少而反射得越多。 电离层是不稳定的，白天受阳光照射时电离 程度高，夜晚电离程度低。因此夜间它对中 波和中短波的吸收减弱，这时中波和中短波 也能以天波的形式传播。
2 p(r ) 2 2 0

(2-1-5)
2.1.4 移动无线信道参数分析
1、快衰落（多径衰落）
由多径传播和移动台运动引起； 多径衰落瞬时值的变化，用瑞利（Rayleigh）分布密度
函数描述。 多径传播假设： N个多径信道 彼此相互独立且没有一个信道的信号占支配地位 即没有直射波信号，仅有许多反射波信号 接收到的信号包络的衰落变化服从瑞利分布 r r2 其概率密度函数 exp (0 r )

1．传播环境复杂
移动通信系统工作在VHF和UHF两个频段 (30~3000MHz)，电波以直射方式在低层大气中传播。 由于介质的不均匀性，会产生折射和吸收现象，而 且在传输路径上遇到各种障碍物还可能产生反射、 绕射和散射等。 衰减
吸收 反射 散射 反射
直射 绕射 散射 折射
反射
图2.1.4 移动通信环境示意

式中λ为工作波长，D为天线的方向性系数， 对于各向同性的天线D=1，则接收机输入功率为
Pr S Ar
2 Ar D 4
4
Pt 2
2
d2
(2-1-2)
传播损耗 通常定义为发射功率与接收功率的比值
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2.1.2 自由空间无线电波传播
自由空间传播损耗可表示为
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现代移动通信网络技术
2.1.4 移动无线信道参数分析
信号衰落的产生

在任何一点接收到的信号是由大量的 直射、反射、折射、散射等电波叠加 构成，这些电波虽然都是从一个天线 辐射出来的，但由于到达接收天线的 路径不同，故其相位是随机的，从而 导致合成信号的幅度急剧变化，即产 生了衰落 短期（快）衰落——场强特性曲线的 瞬时值呈快速变化； 长期（慢）衰落——场强特性曲线的 中值呈慢速变化。
现代移动通信网络技术（2A）
孙友伟 张晓燕 畅志贤 编著
人民邮电出版社
大纲要领
2.1 无线电波传播理论与特征 2.2 抗衰落技术

2.3 调制技术 2.4 语音编码技术 2.5 多址技术 2.6 蜂窝覆盖技术
2.7 信道配置
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现代移动通信网络技术
2.1 无线电波传播理论与特征
2.1.1 无线电波的传播特性和频段划分 2.1.2 自由空间无线电波传播 2.1.3 移动无线信道特性 2.1.4 移动无线信道参数分析 2.1.5 电波传播损耗预测模型

微波（SHF、EHF）
主要利用空间直接传播，视距内点到点通信。主要用于 LAN声音和视频广播、移动通信、个人通信、卫星通信等。
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现代移动通信网络技术
2.1 无线电波传播理论与特征
2.1.1 无线电波的传播特性和频段划分 2.1.2 自由空间无线电波传播 2.1.3 移动无线信道特性 2.1.4 移动无线信道参数分析 2.1.5 电波传播损耗预测模型
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甚 高 频 （ VHF）
30~300MHz
空间波对流层 散射绕射
几百公里以内
米波
短和中距离点到点移动通信，LAN声音 和视频广播个人通信
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特 高 频 （ UHF）
300~3000MHz
空间波对流层 散射绕射祝距
100公里以内
分米波
短和中距离点到点移动通信，LAN声音 和视频广播个人通信卫星通信
传播距离在300km以内，主要依靠地表波。传播距离在2000km，主要靠天波传播。 用长波通信时，在接收点的场强稳定，但由于表面波衰减慢，对其他收信台干扰 大。长波受天电干扰的影响亦很严重。此外由于发射天线非常庞大，所以利用长 波作为通信和广播的不多，仅在越洋通信、导航、气象预报等方面采用。
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现代移动通信网络技术
2.1.1 无线电波的传播特性和频段划分
无线电波传播特性
1、定义 通常指无线电波在各种介质中传播的一些 典型方式 2、地球无线电波的传播介质
高空电离层， 按高度由内而外 分为D、E、F1 和F2几个主要层 次
地球
地壳表面导电层 大气对流层
地壳高温电离层
地壳介质岩层
4
现代移动通信网络技术

d O
Pt
2 A 4
图2.1.3 自由空间无线电波传播示意
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现代移动通信网络技术
2.1.2 自由空间无线电波传播
前提

在图2.1.3中，设在原点O有一辐射源，均匀地向各方向辐射，辐射 功率为Pt
距辐射源d处的能流密度为
Pt S 4 d 2
(2-1-1)
设接收天线有效面积为
6 现代移动通信网络技术
2.1.1 无线电波的传播特性和频段划分
二、天波 1、定义 依靠电离层的反射来传播的无线电波
2、电离层 电离层的形成

地面上空50千米到几百千米的范围内，大气 中一部分气体分子由于受到太阳光的照射而 丢失电子，即发生电离，产生带正电的离子 和自由电子。
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现代移动通信网络技术

3．环境被电磁噪声污染

这些电波传播特点都会在实际中增加移 动通信无线网络规划的难度。
21 现代移动通信网络技术
2.1 无线电波传播理论与特征
2.1.1 无线电波的传播特性和频段划分 2.1.2 自由空间无线电波传播 2.1.3 移动无线信道特性 2.1.4 移动无线信道参数分析 2.1.5 电波传播损耗预测模型
超 高 频 （ SHF ）
3~30GHz
视距
30公里左右
厘米波
短和中距离点到点移动通信，LAN声音 和视频广播移动通信/个人通信卫星通信
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极 高 频 （ EHF ）
30~3000GHz
视距
20公里
毫米波
短和中距离点到点移动通信，LAN个人 通信卫星通信
表2 通信业无线电波划分波段表
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2.1.1 无线电波的传播特性和频段划分
自由空间传播的无线电波的传播方式
地表波
天波 电离层反射
空间波 直射波、反射波
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2.1.1 无线电波的传播特性和频段划分
一、地表波 1、定义
沿地球表面附近的空间传播的无线电波
2、地表波特性
障碍物影响：据无线电波的衍射特性，当 波长大于或相当于障碍物的尺寸时，波才 能明显地绕到障碍物的后面。 不同波长地表波：地面上的障碍物一般不 太大，长波可以很好地绕过它们。中波和 中短波也能较好地绕过，短波和微波由于 波长过短，绕过障碍物相当困难。

中波（MF）
中波为地表波和天波，白天主要靠地表波传播，传播距离相对夜晚近。夜晚天波参 加传播，传播距离较地波远，它主要用于船舶导航通信和波长为100~1000米的中 波广播。

短波（HF）
有地表波也有天波。但由于短波的频率较中波高，地面吸收强烈，地表波衰减很快， 实际通信距离只有几十公里。短波的天波在电离层中可被大量反射回地面，常利 用天波进行远距离通信和广播。但由于电离层不稳定，通信质量不佳。短波主要 用于广播及业余电台
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2.1 无线电波传播理论与特征
2.1.1 无线电波的传播特性和频段划分 2.1.2 自由空间无线电波传播 2.1.3 移动无线信道特性 2.1.4 移动无线信道参数分析 2.1.5 电波传播损耗预测模型
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2.1.3 移动无线信道特性
典型的移动通信环境中，电波传播的主 要特点
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现代移动通信网络技术
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，就会发生散射。散 射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。在实 际的通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等都会引发散 射。 建筑物和频率——一台位于建筑物外面的发射机发射的 无线电波，在建筑物内接收时，会遇到复杂得环境影响。 测试报告显示随着频率或建筑物高度以及群落的增加， 信号的多径衰落增加，即接收信号的干扰进一步加强。 地形、地物、地球的曲率半径——我国地域辽阔，地形 复杂、多样，其中五分之四为山区和半山区，即使在平 原地区的大城市中，由于高楼林立也使电波传播变得十 分复杂，必须认真对待。
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现代移动通信网络技术
各波段传播的特点

超短波（VHF、UHF）
由于超短波频率很高，而地波的衰减很大，电波穿入电离 层很深乃至穿出电离层，使电波不能反射回来，所以不能 利用地表波和天波的传播方式，主要利用空间直接传播， 视距内通信。超短波主要用于调频广播、电视，雷达、导 航传真、中继、移动通信等。
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现代移动通信网络技术
2.1.3 移动无线信道特性
典型的移动通信环境中，电波传播的主 要特点

1．传播环境复杂
反射——当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生反射， 反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面等光滑界面处。 绕射——当接收机和发射机之间的传播路径被尖利的边缘阻挡 时，电磁波就会发生绕射。由于绕射，电磁波可越过障碍物到 达接收天线。即使收发天线间不存在视线路径，接收天线仍然 可以接收到电磁信号。
实测场强变化曲线如图2.1.5所示

信号强度