移动通信电波传播和传播预测模型介绍
移动通信电波传播及传播预测模型
xi c
exp(
j2fct)
Rer(t) exp( j2fct)
式中，r(t)为接收信号包络的复数形式。即
r(t)
i
ai
exp( j2
xi )s(t
xi ) c
i
ai exp( j2 i )s(t i )
(↑添上fc)
式中 i
xi c
为时延。
r(t)实质上是接收信号的复包络模型，是衰落、相移和时延都不同的
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第二章 移动通信电波传播及传播预测模型
第一讲 电波传播的基本特性与移动信道的电波传播
如果令
i 2fc i 2fmt cosi c i D,it
则可得
r(t) ais(t i )e ji (t) s(t) * h(t, )
i
式中，s(t)为复基带传输信号，h(t, )为信道的冲击响应，符号*表示卷积。
一样，就会产生失真。对于数字移动通信来说，要求码元速率小于相关
带宽。
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第二章 移动通信电波传播及传播预测模型
第一讲 电波传播的基本特性与移动信道的电波传播
2. 频率色散参数与相关时间
频率色散参数是用多普勒扩展来描述。而相关时间是与多普勒扩展相
对应的参数。
多普勒扩展和相关时间描述的是信道的时变特性，是由移动台与基站
器
的
冲
击
响
应
和
传
递
函
数
得
Res(t) cos(2fct) j sin(2fct)
信 道式的中特：f性c为。载设频传,s输(t)信为号复基为带（信实号部 部 分 ）
当信号经过多径信道后，假设第i径的路径
移动通信电波传播和传播预测模型介绍
2.3.1 多径信号
❖ 两径传播模型
A d
接收信号功率 hb
P rP t 4d 2G rG t1 R e (1 R )A e ..2.. 简化后 直射波
相Pr位P 差t4d2GrGt21R l e2 ❖ 多径传播模型
l(A C C B )A B
C
B hm
其P r中，P tN 4 为 d 路 2 径G 数rG 。t1当NN i 1 很1R 大ie时x ，j 无p法i( )用2公式准确计算出
延都不同的各个路径的总和。
再考虑多普勒效应
考虑移动台移动时，导致各径产生多普勒效应
设路径的到达方向和移动台运动方向之间的夹角为 i
路径的变化量 xi vtcosi
输出复包络
r(t) i
aiexpj2xixi stxicxi
i
aiexpj2xi expj2vtcosistxci vtccosi
P”
（即
）的次级波前
次级波前 P’
能到 达T接P'收R点R
d 2 / 2
d /2
θ在0º到180º之间变化
T
90
R
到达接收点辐射能量与
P
d
θ成正比
扩展波前
菲涅尔区 基尔霍夫公式
❖ 菲涅尔区
从发射点到接收点次级波路径长度直接路径长度大的连续区域
▪ 接收点信号的合成
P”
• n为奇数时，两信号抵消
式中，c为光速； 为波长。
又因为
y (t) R e r (t)e x p (j2fc t)
所以 式中
i r x( t i ) c i为a ie 时x p 延 。j2x i s t x c i ia ie x p j2 fcis t i
移动通信_第二章_移动通信电波传播与传播预测模型
(2)
PR 的计算
可得，PR PT / L 可得，L 10^ ( LdB /10)
L PT / PR
LdB 10 lg( L)
因此，PR PT / 10^(LdB / 10)
PR = PT / ( 10^(L_dB/10) ) = PT / ( 10^7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10^7.807 ) = 156 ( nW )
由移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物
及其它障碍物对电波路径的阻挡而形成的电磁场半盲 区（阴影效应）
38
2.4 阴影衰落的基本特性
传播损耗受阴影衰落影响，可表示为
l ( r , ) r m 1010
室内传播的路径损耗指数 多条传播路径经过反射或
60GHz信号室内传播测量 32/42
2.3 3种基本电波传播机制
2.3 3种基本电波传播机制
反射(reflection) ：
阻挡体比传输波长大得多的物体 产生多径衰落的主要因素
34
2.3.2 绕射
挡时，发生绕射 惠更斯.菲涅尔原理 阻挡体具有尖锐边缘 频率越低，绕射能力越强
发射天线为各向均匀辐射时， 以发射源为中心，d为半径的 球面上单位面积的功率为：
Save PT 2 ( W / m ) 2 4 d
如天线具有方向性（发射天线 增益为GT），在主波束方向通 过单位面积的功率为：
SD Gt Save GT 2 PT ( W / m ) 2 4 d
所以，L (4 df / c ) (4 / c) d f
2 2
北邮《移动通信系统与原理》期末复习
第一章概述1、个人通信的主要特点是：每个用户有一个属于个人的唯一通信号码，取代了以设备为基础的传统通信的号码。
2、目前最具发展潜力的宽带无线移动技术是：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX。
3、移动通信的主要特点有：（1）利用无线电波进行信息传输；（2）在强干扰环境下工作；（3）通信容量有限；（4）通信系统复杂；（5）对移动台的要求高。
4、移动通信产生自身产生的干扰：互调干扰，邻道干扰，同频干扰，多址干扰。
第二章移动通信电波传播与传播预测模型1、移动信道的基本特性就是衰落特性。
2、移动信道的衰落一般表现为：（1）随信号传播距离变化而导致的传播损耗和弥散；（2）由于传播环境中的地形起伏，建筑物以及其他障碍物对电磁波的遮蔽所引起的衰落，一般称为阴影衰落；（3）无线电波在传播路径上受到周围环境中地形地物的作用而产生的反射、绕射和散射，使得其到达接收机时，是从多条路径传来的多个信号的叠加，这种多径传播所引起的信号在接收端幅度、相位和到达时间的随机变化将导致严重的衰落，即所谓多径衰落。
3、大尺度衰落主要是由阴影衰落引起的，小尺度衰落主要是由多径衰落引起的。
4、一般认为，在移动通信系统中一项传播的3种最基本的机制为反射、绕射和散射。
5、移动无线信道的主要特征是多径传播。
6、多径衰落的基本特性表现在信号的幅度衰落和时延扩展。
一般来说，模拟移动通信系统主要考虑多径效应引起的接收信号的幅度变化；数字移动通信系统主要考虑多径效应引起的脉冲信号的时延扩展。
7、描述多径信道的主要参数：（1）时间色散参数和相关带宽；（2）频率色散参数和相关时间；（3）角度色散参数和相关距离。
P288、相关带宽是信道本身的特性参数，与信号无关。
9、相关带宽：频率间隔靠得很近的两个衰落信号存在不同的时延，这可使两个信号变得相关，使得这一情况经常发生的频率间隔就是相关带宽。
10、相关时间：一段间隔，在此间隔内，两个到达信号具有很强的相关性，换句话说在相关时间内信道特性没有明显的变化。
移动通信中的电波传播与天线第四讲_电波传播模型.
第5章移动通信系统中的场强预测模型☐场强预测——所谓场强预测是指根据移动通信的不同环境得到通信范围内的场强分布（路径损耗），建立电波传播的模型，以便对通信网进行规划和设计（天线、基站站址、小区半径、频率……）☐传播模式——分为经验模式、半经验或半确定模式、确定性模式。
经验模式是根据大量测量结果统计分析后导出的公式，应用经验模式可以容易和快速地预测路径损耗，不需要有关环境的详细信息，但是不能提供非常精确的路径损耗估算值。
确定性模式是对具体现场环境直接应用电磁场理论进行计算，如射线追踪方法，环境的描述可以从地形地物数据库中得到。
半经验或半确定模式是基于把确定性方法用于一般的市区或室内环境中导出的公式，为了改善半经验或半确定模式和实验结果的一致性，有时需要根据实验结果对公式进行修正，得到的公式是天线周围某个规定特性的函数。
传播环境——蜂窝移动通信的最大特点就是小区制。
小区的大小和范围直接和传播条件有关，可以根据需要选择小区的大小和范围。
移动通信系统中主要采用宏小区、微小区（微蜂窝）和微微小区（微微蜂窝）三种形式。
经验模式或半经验模式对具有均匀特性的宏小区是合适的。
半经验模式还适用于均匀的微小区，在那里模式所考虑的参数能很好的表征整个环境。
确定性模式适合于微小区和微微小区不管它们的形状如何。
确定性模式对宏小区是不能胜任的，因为对这种环境所需的计算机CPU时间使人无法忍受☐四种电波传播模型——电波传播模型是指通过对电波传播的环境进行不同方法的分析后所得到的电波传播的某些规律、结论以及具体方法。
利用电波传播模型不仅可以估算服务区内的场强分布，而且还可以对移动通信网进行规划与设计。
统计模型（Statistical Model）——通过对移动通信服务区内的场强进行实地测量，在大量实测数据中用统计的方法总结出场强中值随频率、距离、天线高度等因数的变化规律并用公式或曲线表示出来。
实验模型（Empirical Model）——通过实验方法得出某些电波传播规律，但不像统计模型那样用公式或曲线表示出来。
移动通信中微小区电波传播损耗的预测模型
覆 盖 的 角 度 来 看 ， 方 面 ， 小 区 的 结 构 可 以通 过 分 区复 用 的 方式 更 好 地 利 用 有 限 的 信 道 资 源 ； 一 方 面 ， 小 区 的 结 构 可 以 一 多 另 多 对 整 个 业 务 区 形 成 更 为 均 匀 的覆 盖 ， 因此 而 进一 步 提 高 双 向 信 道 ， 别 是 上 行 信 道 的 质 量 ． 是 从 传 输 交 换 的 角 度 来 看 ， 并 特 二 多 小 区 的方 式 影 响着 移 动 通 信 网络 的传 输 交 换 网 络组 成结 构 和 工 作 方 式 ， 而 在 更 高 层 次 对 移 动 通 信 系 统 的业 务 能 力 和 业 务 从 处 理 的灵 活 性 产 生 重 要 影 响． 此 ， 蜂 窝 技 术 与多 址 技 术 、 制 技 术 等 一 起 ， 定 着 移 动 通 信 系 统 中 的 频 率 规 划 、 率 复 用 、 因 微 调 决 频
传 播 过 程 中 经 过 的 不 同 环 境 ，分 别 用 不 同 的 路 径 衰 减 指 数 １来 反 映 ． ３
关 键词 ： 电波传播 损耗 ； 最小拐点距 离； 路径衰减指数
中图分 类号 ： Ｎ ２．３ Ｔ ９９５
文献 标 识码 ： Ａ
随着 移 动 通 信 的快 速 发 展 ， 动 用 户 的高 速 增 长 以及 单 用 户 话 务 量 的 提 高 ， 有 频 率 资 源 对 移 动 通 信 发 展 的 制 约 越 来 越 移 现
维普资讯
精选第二章移动通信电波传播及传播预测模型第一讲资料
2
GrGt
1
Re
j
2
(2.8)
式中，Pr和Pt分别为接收和发射功率，GrGt分别为接收和发射天线增益， R为地面反射系数，为两径信号的相位差。
且有 2l /
Байду номын сангаас
(2.9)
l ( AC CB) AB (2.10)
( t 2 f t 2 c t 2 l )
2.两径传播模型
在接收天线B处的接收信号功率为
Pr
Pt
4d
2
GrGt
1
Re
j
(1
R)
Ae
j
2
(2.7)
第二章 移动通信电波传播及传播预测模型
第一讲 电波传播的基本特性与移动信道的电波传播
在大多数场合下，地面波的影响可以忽略，则有
Pr
Pt
4d
菲涅尔区的半径表示为
rn
nd1d2 ,
d1 d2
n 1时，得到第一菲涅尔半径。
通常认为，在接收点处第一菲涅尔区产生的场强是全部菲涅尔区场强的一半。 若收发距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以到达接收机。（接收点场强 是个菲涅尔区产生场强的矢量和，以奇数区参考，若奇数区为增强，则偶数区就 减弱，因相位差180度，互为倒相。）
2.3.1 反射与多经信号
1.反射
R R e j sin z sin z
式中 z 0 cos2 / 0 (垂直极化)
z 0 cos2 (水平极化) 0 j60 (为介电常数，为电导率，为波长) R 为反射点反射波场强与入射波场强的比值，为反射波相对于入射波的相移
无线电波传播模型与覆盖预测
无线电波传播模型与覆盖预测河北全通通信有限责任公司工程部网络服务组二0 0二年四月二十日第一节无线传播理论1.1 无线传播基本原理在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传播特性的研究、了解和据此进行的场强预测。
它是进行系统工程设计与研究频谱有效利用、电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论。
众所周知，无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：直达波或自由空间波、地波或表面波、对流层反射波、电离层波。
如图1-1所示。
就电波传播而言，发射机同接收机间最简单的方式是自由空间传播。
自由空间指该区域是各向同性（沿各个轴特性一样）且同类（均匀结构）。
自由空间波的其他名字有直达波或视距波。
如图1-1（a），直达波沿直线传播，所以可用于卫星和外部空间通信。
另外，这个定义也可用于陆上视距传播（两个微波塔之间），见图1-1（b）。
第二种方式是地波或表面波。
地波传播可看作是三种情况的综合，即直达波、反射波和表面波。
表面波沿地球表面传播。
从发射天线发出的一些能量直接到达接收机；有些能量经从地球表面反射后到达接收机；有些通过表面波到达接收机。
表面波在地表面上传播，由于地面不是理想的，有些能量被地面吸收。
当能量进入地面，它建立地面电流。
这三种的表面波见图1-1（c）。
第三种方式即对流层反射波产生于对流层，对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。
它的反射系数随高度增加而减少。
这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲。
如图1-1（d）所示。
对流层方式应用于波长小于10米（即频率大于30MHz）的无线通信中。
第四种方式是经电离层反射传播。
当电波波长小于1米（频率大于300MHz）时，电离层是反射体。
从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，见图1-1（e）。
这种传播用于长距离通信。
除了反射，由于折射率的不均匀，电离层可产生电波散射。
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在理想的、均 匀的、各向同 性的介质中传 播，只存在电 磁波能量扩散 而引起的传播
损耗
传播 损耗
自由空间 电波传播
接收 功率
Pr
Ar
4d2
Pt Gt
分贝表示
传播
L 3 .4 2 2 5 lo 0 f 2 g lo 0 d损g 耗
接收 P r(dB m )10logP r(m W )
换算
P r(dBW )10logP r(W )
R sin z sin z
z 0 cos2 (垂直极化）
0
z 0 cos2（水平极化）
极化特性
❖ 极化 电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变 化的状态
❖ 电磁波的极化形式 线极化、圆极化和椭圆极化
❖ 线极化的两种特殊情况 ▪ 水平极化（电场方向平行于地面）
▪ 垂直极化（电场方向垂直于地面）
落
2.5.1 多径衰落的基本特性
❖ 时延扩展 脉冲宽度扩展 ▪ 时间角度 ▪ 数字系统主要考虑 ▪ 原因 信号传播路径不同，到达接收端的时间也就不同，导 致接收信号包含发送脉冲及其各个延时信号
2.5.2 多普勒频移
❖ 原因 移动时会引起多普勒（Doppler）频率漂移
❖ 表达式 多普勒频移
fd
v
接收信号的功率，必须用统计的方法计算接收信号的功率
2.3.2 绕射
惠更斯－菲涅尔 原理
菲涅尔区
基尔霍夫公式
惠更斯－菲涅尔原理
❖ 原理
波前（面）上每点产生的次级波组合形成传播方向上新的波前（面）
绕射由次级波的传播进入阴影区而形成
场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和
❖ 说明
任一P’点，只有夹角为θ
❖ 大尺度衰落与小尺度衰落
大尺度衰落
小尺度衰落（主要特征是多径）
描述 长距离上信号强度的缓慢变化 短距离上信号强度的快速波动
原因 信道路径上固定障碍物的阴影 移动台运动和地点的变化
影响
业务覆盖区域
信号传输质量
衰落特性的算式描述
❖ 衰落特性的算式描述 r ( t)m ( tr)0( t )
式中，r(t)表示信道的衰落因子；m(t)表示尺度衰落； r0(t)表示小尺度衰落。
d n / 2
Pm
• n为偶数时，两信号叠加
d 3 / 2
▪ 菲涅尔区同心半径
d 2 / 2 d /2
rn
n d1d2 d1 d2
90
T
P" r1 P '
R
d1
d2
r3
r2▪ 第一菲涅尔区半来自（n=1）特点• 在接收点处第一菲涅尔区的场强是全部场强的一半
• 发射机和接收机的距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以达到 接收机。
移动通信电波传播和传播预测模型介绍
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
目录
1
概述
2
自由空间的电波传输
3 3种基本电波的传播机制
4
阴影衰落的基本特性
5 移动无线信道及特性参数
6 电波传播损耗预测模型
2.1.1 电波传播的基本特性
基站天线、移 动用户天线和 两付天线之间
移动通信 信道
的传播路径
移动信道的 基本特性 衰落特性
2.3.1 多径信号
❖ 两径传播模型
A d
接收信号功率 hb
P rP t 4d 2G rG t1 R e (1 R )A e ..2.. 简化后 直射波
相Pr位P 差t4d2GrGt21R l e2 ❖ 多径传播模型
l(A C C B )A B
C
B hm
其P r中，P tN 4 为 d 路 2 径G 数rG 。t1当NN i 1 很1R 大ie时x ，j 无p法i( )用2公式准确计算出
2.5 多径传播模型
多径衰落的基本特性 多普勒频移
多径信道的信道模型 描述多径信道的主要参数
多径信道的统计分析 多径衰落信道的分类 衰落特性的特征量
2.5.1 多径衰落的基本特性
❖ 幅度衰落
幅度随移动台移动距离的变动而衰落 ▪ 空间角度 ▪ 模拟系统主要考虑 ▪ 原因
• 本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落 • 地形变化引起的衰落以及空间扩散损耗表现为慢衰
cos
2.3 3种基本电波传播机制
反射
阻挡体比传输波 长大的多的物体
产生多径衰落的 主要因素
绕射 阻挡体为尖利边缘
散射 产生于粗糙表面、小物体或其
它不规则物体
2.3.1 反射
理想介质表面反射 极化特性 多径信号
理想介质表面反射
❖ 如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回 来
❖ 反射系数（R） 入射波与反射波的比值
❖ 特点
与传播地形和地物分布、高度有关
❖ 表达式 传播路径损耗和阴影衰落 l(r,)rm1010 分贝式 1 0 lo g l(r ,) 1 0 m lo g r 式中 r 移动用户和基站的距离 ζ 由阴影产生的对数损耗（dB），服从零平均和标准偏 差σdB的对数正态分布 m 路径损耗指数 实验数据表明m＝4，标准差σ＝8dB是合理的
衰落的 复杂的无线 原因 电波传播环
境
直射、反射、 绕射和散射以 及它们的合成
无线电 波传播
方式
衰落的 表现
传播损耗和 弥散 阴影衰落 多径衰落 多普勒频移
信道的分类
❖ 信道的分类
大尺度衰落 ▪ 根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{
小尺度衰落 长期慢衰落 ▪ 根据信号与信道变化快慢程度的比较分为{ 短期快衰落
❖
基尔霍夫公式 从波前点到空间任何一点的场强
ER4 1sEsnerjkrerjkr E nsds
式中，E是波面场强， E s 是与波面正交的场强导数。
n
2.3.3 散射
粗糙表面，反射能量于所有方向 表面光滑度的判定 粗糙表面下的反射场强
2.4 阴影衰落的基本特性
❖ 阴影衰落（慢衰落）
地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波传播路径的阻挡而形成
P”
（即
）的次级波前
次级波前 P’
能到 达T接P'收R点R
d 2 / 2
d /2
θ在0º到180º之间变化
T
90
R
到达接收点辐射能量与
P
d
θ成正比
扩展波前
菲涅尔区 基尔霍夫公式
❖ 菲涅尔区
从发射点到接收点次级波路径长度直接路径长度大的连续区域
▪ 接收点信号的合成
P”
• n为奇数时，两信号抵消
小尺度衰落
大尺度衰落
2.1.2 电波传播特性的研究
电波传播特 性的研究
考虑问题 •衰落的物理机制 •功率的路径损耗 •接收信号的变化和分布特性
应用成果 •传播预测模型的建立 •为实现信道仿真提供基础
基本方法 •理论分析方法（如射线跟踪法） •现场测试方法（如冲激响应法）
2.2 自由空间的电波传播