移动通信第三章移动信道的传播特性
2022移动通信第三章移动信道的传播特性
2022移动通信第三章移动信道的传播特性在当今的信息时代，移动通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
无论是日常的沟通交流，还是工作中的信息传递，都离不开移动通信的支持。
而要实现稳定、高效的移动通信，就必须深入了解移动信道的传播特性。
这一章，我们就来探讨一下 2022 年移动通信中移动信道的传播特性。
移动信道是指移动终端（如手机）和基站之间的无线传播路径。
它的传播特性非常复杂，受到多种因素的影响。
首先，地形地貌是影响移动信道传播特性的重要因素之一。
在城市环境中，高楼大厦林立，会导致信号的反射、折射和散射。
信号可能会在建筑物之间来回反射，形成多径传播。
这就好比我们在一个有很多镜子的房间里说话，声音会经过多次反射才到达对方的耳朵，从而使得声音变得复杂和不稳定。
在山区，地形起伏较大，信号可能会被山峰阻挡，出现阴影效应，导致某些区域信号较弱甚至完全没有信号。
其次，气候条件也会对移动信道的传播特性产生影响。
例如，在雨天，雨水会吸收和散射无线电波，从而导致信号衰减。
大雾天气中，水汽会对信号产生类似的影响。
此外，雷电等恶劣天气还可能会产生电磁干扰，影响信号的质量。
移动信道的传播特性还与信号的频率有关。
一般来说，频率越高，信号的穿透力越弱，但能够提供更高的数据传输速率。
在移动通信中，不同的频段具有不同的传播特性。
低频段的信号传播距离较远，但带宽较窄，数据传输速率相对较低；高频段则相反，虽然传输速率快，但传播距离较短，覆盖范围较小。
多径传播是移动信道的一个重要特性。
当信号从发射端发出后，可能会通过多条不同的路径到达接收端。
这些路径的长度和传播环境各不相同，导致信号到达接收端的时间、相位和幅度都有所差异。
这种多径效应会引起信号的衰落，包括瑞利衰落和莱斯衰落。
瑞利衰落通常发生在没有直射路径的情况下，信号幅度服从瑞利分布；而当存在较强的直射路径时，则会出现莱斯衰落。
为了应对移动信道的复杂传播特性，移动通信系统采用了一系列的技术手段。
移动通信第三章移动信道的传播特性
移动通信第三章移动信道的传播特性在我们的日常生活中，移动通信已经成为了不可或缺的一部分。
无论是打电话、发短信，还是上网浏览、在线视频，都离不开移动通信的支持。
而要实现稳定、高效的移动通信，就必须深入了解移动信道的传播特性。
这一章，咱们就来好好聊聊这个话题。
移动信道的传播特性是相当复杂的。
想象一下，当您在移动中打电话时，信号会受到各种各样的影响。
比如建筑物的阻挡、地形的起伏、天气条件的变化，甚至是人群的干扰等等。
首先，我们来谈谈多径传播。
这就好比您在一个充满镜子的房间里说话，声音会从不同的方向反射回来，形成多个路径到达接收点。
在移动通信中，信号也会通过多条不同的路径从发射端到达接收端。
这些路径的长度和传播条件各不相同，导致信号到达的时间、强度和相位都有所差异。
这就会引起信号的衰落和失真。
信号的衰落可以分为大尺度衰落和小尺度衰落。
大尺度衰落主要是由于距离的增加和障碍物的遮挡导致信号强度的大幅下降。
比如说，您在远离基站的地方，或者身处高楼大厦密集的区域，信号可能就会变得很弱。
小尺度衰落则是由于多径传播引起的信号快速波动。
这种衰落可能在很短的时间内发生，甚至在几分之一秒内，让您的通话出现断断续续的情况。
接下来，说说多普勒效应。
当移动台相对于信号源运动时，接收到的信号频率会发生变化。
这就好比一辆鸣笛的汽车从您身边驶过，您会听到声音的音调发生变化。
在移动通信中，如果您在快速移动，比如在高铁上，多普勒效应就会比较明显，可能会影响信号的质量。
除了这些，移动信道还受到阴影衰落的影响。
这通常是由于大型障碍物，如山脉、高楼等阻挡了信号的传播，造成某些区域的信号强度明显低于其他区域，形成了所谓的“阴影区”。
再来说说传播损耗。
信号在传播过程中会不断损耗能量，这包括自由空间传播损耗、反射损耗、绕射损耗等等。
自由空间传播损耗是指信号在没有任何障碍物的理想空间中传播时，随着距离的增加而逐渐减弱。
反射损耗则是当信号遇到光滑的表面时，一部分能量被反射回去，导致接收端接收到的信号强度降低。
移动通信-第3讲-移动信道1
图3.1 小尺度和大尺度衰减
10 0 -10 -20 -30
20 Wavelengths
Received Signal level (RSL)
Transmitter receiver Antennae distance
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2020/4/9
3.1.1 概 述
(2) 传播模型的研究
从图中看出：随着接收机的移动，信号衰落很快；但随距离 的变化很慢。
小尺度衰减模型：描述短距离（几个波长），或短时间（秒 级）内的接收场强快速波动的传播模型，称为小尺度衰减模 型。频段从1GHz～2GHz的蜂窝系统和PCS，相应的测量在 1m ～ 10m范围。
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3.1.1 概 述
(2) 传播模型的研究
小尺度衰减模型产生机理：原因是接收信号由不同方向信号 合成，并且由于相位变化的随机性，其信号变化范围很大， 当接收机移动距离与波长相等时，接收场强可以产生4个数量 级（30dB或40dB）的变化。
大尺度和小尺度衰减例子：当移动台远离发射机时，当地平 均接收场强逐渐减弱，该平均场强由大尺度传播模型预测。 图3.1给出一个室内无线通信系统的小尺度衰减和大尺度变化 的情况。
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3.1.1 概 述
(2) 传播模型的研究
Flat Terrain Median Signal Slow Fading (lognormal Shadowing) Fast Fading
模型只是在一定频率和环境下建立，适用性如何有待检验。 传统上集中于给定范围内平均场强预测，和特定位置附近场
强的变化。 传播模型分类
大尺度传播模型 小尺度传播模型
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移动通信重点知识总结
第一章概论1、移动通信的特点。
1、移动通信必须利用无线电波进行信息传输2、移动通信是在复杂的干扰环境中运行的3、移动通信可以利用的频谱资源非常有限4、移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效5、移动台必须适合于在移动环境中使用2、移动通信按多址方式分为频分多址（FDMA）,时分多址（TDMA）,码分多址（CDMA ）。
按信号形式分为模拟网和数字网。
3、移动通信的传输方式分：单向传输（广播式）、双向方式（应答式）。
双向传输工作方式有单工、双工、半双工。
4、单工通信：通信双方电台交替地进行收信和发信。
根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。
例：寻呼系统。
5、双工通信：指通信双方可同时进行传输消息的工作方式。
双工通信一般使用一对频道，以实施频分双工（FDD）工作方式，接受和发射可同时进行，故耗电量较大。
为了缓解这个问题和减少对系统频带的要求，可在通信设备中采用同步的半双工通信方式，即时分双工（TDD）。
故频分双工（FDD）和时分双工（TDD）相结合。
例：手机。
（FDD：用不同载频来区分两个通信方向。
TDD：收、发采用同一载频，通过时间上的交替使用同一载频来区分两个通信方向。
）6、半双工通信，移动台采用类似单工的“按讲”方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作的。
基站工作情况与双工方式完全相同。
例：对讲机。
7、数字移动通信系统有哪些优点?答：数字通信系统的主要优点可归纳如下：(1)频谱利用率高，有利于提高系统容量。
(2)能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性。
(3)抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强(4)能实现更有效、灵活的网络管理和控制。
(5)便于实现通信的安全保密。
(6)可降低设备成本和减小用户手机的体积和重量。
8、若干年来，移动通信基本上围绕着两种主干网络在发展，这就是基于话音业务的通信网络和基于分组数据传输的通信网络。
9、蜂窝式组网的目的是解决常规移动通信系统的频谱匮乏，容量小，服务质量差，频谱利用率低等问题。
移动通信电子课件教案-第3章_移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性
3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗
P
x T
d1 h1
x 为菲涅尔余隙
T d1
d2
R d2
h2
x
h1
P
R h2
(a)
(b)
图 3 - 3 障碍物与余隙
(a) 负余隙； (b) 正余隙
第3章 移动信道的传播特性
t ＝ t0 t＝ t0＋
t1 t1＋ 1 1 t1＋ 1 2 (a)
t2 t2＋ 2 2t2＋ 2 3 t2＋ 2 1 (b)
t＝ t0＋
t3
(c)
图 3 - 11 时变多径信道响应例如 (a) N=3; (b) N=4; (c) N=5
t3＋ 3 4
第3章 移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性
3.2.4 多径时散与相关带宽 ——续
时延扩展Δ：最大传输时延和最小传输时延的差值，即最后 一个可分辨的时延信号与第一个时延信号到达时间的差值， 实际上就是脉冲展宽的时间。
表示时延扩展的程度。
归一化时延信号的包络E(t)：将移动通信中接收机接收 到的多径的时延信号强度进行归一化。
第3章 移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性
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
引言
三种研究无线移动通信信道的根本方法： 理论分析：用电磁场理论和统计理论分析电波在移动
环境中的传播特性，并用数学模型来描述移动信道。 现场电波实测：在不同的传播环境中，做电波实测实
移动通信第三章(无线信道特性)
华南农业大学 胡洁
1
3.1
VHF、UHF电波传播特性
影响电磁波传播的三种基本传播机制：反射 、绕射、散射
基站天线
散射波 直射波
基站天线
绕射波
移动台天线
地面反射波 山峰
移动台天线
2
3.1
VHF、UHF电波传播特性
电磁波的传播方式 传播路径：
3.2
3.2.1 传播路径与信号衰落
移动信道的特征
d2 hb
d hm θ
θ
d1
10
图 3 – 6 移动信道的传播路径
3.2.1
传播路径与信号衰落
假设反射系数R=-1(镜面反射)， 则合成场强E为
E E0 (1 a1e
j
2
d1
a2e
j
2
d 2
)
式中，E0是直射波场强，λ是工作波长，α1和α2
图 3-15 时变多径信道响应示例
27
(a) N=3; (b) N=4; (c) N=5
3.2.4
N
多径时散与相关带宽
接收到的信号为N个不同路径传来的信号之和，即
S0 (t ) ai Si [t i (t )]
ai是第i条路径的衰减系数,τi(t)为第i条路径的相对延时差
i 1
28
hb＞200m时，Hb(hb, d)＞0dB；反之，当hb ＜200m时，
Hb(hb, d)＜0 dB。 同理，当移动台天线高度不是3m时，需用移动台 天线高度增益因子Hm(hm, f)加以修正，参见图 3 - 24(b)。 当hm＞3m时，Hm(hm, f)＞0dB； 反之，当hm＜3m时， Hm(hm, f)＜0dB。
移动通信
第一章1移动通信概念：是指通信双方至少有一方是在移动中（或临时停在某一非预定的位置上）进行信息传输和交换，这包括移动体（车辆、船舶、飞机或行人）和移动体之间的通信，移动体和固定点（固定无线电台或有线用户）之间的通信。
2移动通信特点：①移动通信必须利用无线电波进行信息传输。
②移动通信是在复杂的干扰环境中运行的。
③移动通信可以利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增。
④移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效⑤移动通信设备（主要是移动台）必须适于在移动环境中使用。
3移动通信系统的分类：按工作方式分三类：单工通信、双工通信、半双工通信。
按信号形式分两类：模拟网、数字网。
4、数字移动通信系统的优点：①频谱利用率高，有利于提高系统容量。
②能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性。
③抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强。
④能实现更有效、灵活的网络管理和控制。
⑤便于实现通信的安全保密。
⑥可降低设备成本以及减小用户手机的体积和重量。
5常见的移动通信系统：①无线电寻呼系统②蜂窝移动通信系统③无绳电话系统④集群移动通信系统⑤组网技术6移动通信发展状况第二章一、移动通信的基本技术1、调制和解调技术①恒定包络调制技术（数字频率调制）最小移频键控（MSK）定义：是一种特殊的2FSK，其频差是满足两个频率相互正交（即相关函数等于0）的最小频差，并要求FSK信号的相位连续。
其频差△f=f2 —f1=1/2T b ，即调制指数为h= （式中T b为输入数据流的比特宽度）本比特内的相位常数不仅与本比特区间的输入有关，还与前一个比特区间的输入级相位常数有关。
高斯滤波的最小移频键控（GMSK）定义：用高斯滤波器作为MSK调制的预置滤波器的调制方法叫做高斯滤波的最小移频键控。
②线性调制技术（数字相位调制）π/4 —D Q PSK是指将Q PSK的最大相位跳变±π降为±3π/4，从而改善了π/4—DQPSK的频谱特性。
移动通信PPT课件
移动台所受到的噪声影响主要来自于城市噪声、各 种车辆发动机点火噪声、微波炉干扰噪声等；
(1) 互调干扰 (2) 邻道干扰 (3) 同频干扰
3. 通信系统复杂
移动台的移动需要频率、功率控制，地址登记，越区切换，漫游跟 踪等技术，入网、计费管理
4. 对移动台的要求高
移动通信中建立一个呼叫是由BSS和SS共同完成的； BSS提供并管理MS和SS之间的无线传输通道，SS负责呼 叫控制功能，所有的呼叫都是经由SS建立连接的；OMS 负责管理控制整个移动网。
MS也是一个子系统。它实际上是由移动终端设备和用户 数据两部分组成的，移动终端设备称为移动设备；用户数 据存放在一个与移动设备可分离的数据模块中，此数据模 块称为用户识别卡（SIM）。
多普勒频移产生调制噪声
由于移动台的不断运动，当达到一 定速度时，如超音速飞机，固定点 接收到的载波频率将随运动速度v 的不同，产生不同的频移，即产生 多普勒效应，使接收点的信号场强 振幅、相位随时间、地点而不断地 变化
fd
v
cos
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图1.3 多普勒效应
10
1.1.1 移动通信的特点
③ 微小区：小区半径r＝0.1～1km ④ 微微小区：小区半径r<0.1km，适于办公室、家庭等移动应用
环境。
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1.1.2 移动通信的组网理论
2. 频率覆盖
蜂窝系统的基站工作频率，由于传播损耗提供足够的隔离度， 在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率，称 为频率复用。.1.1 移动通信的特点
1.移动通信利用无线电波进行信息传输 传播环境复杂：直射波与随时间变化的绕 射波、反射波、散射波的叠加 多普勒效应：移动台的高速运动
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3.2 移动信道的特征
•二. 信号衰落
• 在陆地移动通信中， 移动台往往受到各种障碍物和 其它移动体的影响， 以致到达移动台的信号是来自不同传 播路径的信号之和。
• 移动通信接收点所接收到的信号场强是随机起伏变化 的，这种随机起伏变化称为衰落。
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3.2 移动信道的特征
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移动通信第三章移动信道的传播特性
3.1 电波传播特性
例 3 - 1 ：设图 3 - 3(a)所示的传播路径中， 菲涅尔余
隙x=-82m, d1=5km, d2=10km, 工作频率为150MHz。
试 求出电波传播损耗。
解： 先由式(3 - 13)求出自由空间传播的损耗Lfs为：
• ［Lfs］ = 32.44+20lg(5+10)+20lg 150 = 99.5dB • 由式(3 - 21)求第一菲涅尔区半径x1为 ：
•b 郊区：在靠近移动台近处有些障碍物但不 稠密。
•c 市区：由较密集的建筑物和高层楼房。
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3.3 陆地移动信道的传输损耗
•二. 电波传播损耗的估算
• 思想：以中等起伏地市区的传播损耗为基准， 任意地形地物坏境的传播损耗根据具体的地形地 物环境，以相应的地形地物坏境的修正因子加以 修正。
•Hm(hm, f)是移动天线高度增益因子，它是以移动台天线高度3m为基准 得到的相对增益，可由图324(b)求得
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3.3 陆地移动信道的传输损耗
•2）任意地形地区接收信号的功率中值Ppc
• 任意地形地区接收信号的功率中值是以中等起伏地市区接 收信号的功率中值PP为基础，加上地形地区修正因子KT，即
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2020/11/24
移动通信第三章移动信道的传播特性
目录
•3.1 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 噪声与干扰
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3.1 电波传播特性
•3.1 电波传播特性 一. 电波传播特性 二. 1. 自由空间传播损耗 三. 2. 阴影衰落 四. 3. 多径衰落 五. 4. 存在多普勒效应
• 多径衰落信号包络服从瑞利分布，是快衰落，局部 中值也在变化，其造成的衰落是慢衰落。
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3.2 移动信道的特征
• 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。
•地形地区修正因子KT一般可写成：
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•（
•Kmr——郊区修正因子，可由图 3 - 26 •Qo、Qr——开阔地或准开阔地修正因子，可由图 3-27 求得； •得K；h、Khf——丘陵地修正因子及微小修正值，可由图 3- 28求
•Kjs——孤立山岳修正因子，可由图 3 - 29 •Ksp——斜坡地形修正因子，可由图 3 - 30 •KS——水陆混合路径修正因子，可由图 3移-动3通1信求第三得章移）动信道的传播特性
• 由图 3 - 4 查得附加损耗(x/x1≈-1)为16.5dB, 因此电波 传播的损耗L为：［L］ = ［Lfs］+16.5 = 116.0dB
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3.1 电波传播特性 •4. 反射波
• 由发射点T发出的电波分别经过直射线(TR)与地面 反射路径(ToR)到达接收点R，接收场强E可表示为：
•b 不规则地形：形如丘陵、孤立山岳、斜破 和水绿混合地形等统称为不规则地形。
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3.3 陆地移动信道的传输损耗
•2. 地物（或地区）分类 • 不同地物环境其传播环境条件不同，按照地 物的密集程度不同可分为三类地区：
•a 开阔地：在电波传播的路径上无高大树木、 建筑物，呈开阔状地面，或在400m内没有 任何阻挡物的场地。
向行进， 只是地球的实际半径R0(6.37×106m)变成 了等效半径Re， Re与R0之间的关系为：
•式中， k称作地球等效半径系数。
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3.1 电波传播特性
•2. 视距传播距离
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•在标准大气折射情况下， Re=8500km, 故
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3.1 电波传播特性
• 二. 自由空间传播损耗 • 对于移动通信系统而言，自由空间传播损耗 Lfs与传播距离d和工作频率f有关，可定义为：
•式中：d为距离，其单位为km；
•
f为频率，单位为Mhz。
•结论：传播距离d越远，自由空间传播损耗Lfs越大；当 传播距离d加大一倍，自由空间传播损耗Lfs就增加6dB； 工作频率f越高，自由空间传播损耗Lfs越大，当工作频 率f提高一倍，自由空间传播损耗Lfs就增大6dB。
3.3 陆地移动信道的传输损耗
• 电波传播损耗预测模型：
•GSM900MHz：
• Hata-Okumura（奥村）电波传播衰减计算模式
• 特点：以平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗 作为参考，对其他传播环境和地形条件等因素分别以校 正因子的形式进行修正。
•GSM1800MHz：
• Cost-231-Walfish-Ikegami电波传播衰减计算模 式
3.1 电波传播特性
•3. 障碍物的影响与绕射损耗 • 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。 • 图中， x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离， 称为 菲涅尔余隙。 规定阻挡时余隙为负无阻挡时余隙为正。
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3.1 电波传播特性 •由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系如图
内部噪声
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• 特点：从对众多城市的电波实测中得出的一种小区 域覆盖范围内的电波损耗模式。
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3.4 噪声与干扰
•3.4 噪声与干 扰
•一. 噪声的分类与特性
1) 内部噪声 2•) 自然噪声 3) 人为噪声
•外部噪声
1) 大气噪声 2) 太阳噪声 3) 银河噪声 4) 郊区人为噪声 5) 市区人为噪声 6) 典型接收机的
•式中， Δ为时延扩展。
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3.3 陆地移动信道的传输损耗
•3.3 陆地移动信道的传输损耗
•一. 地形、地物对电波传播的影响
•1. 地形的分类与定义
•a 中等起伏地形：指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。
• 图中， t是相对时延值； E(t)为归一化的时延强度曲线， 它是以不同时延信号强度所构成的时延谱， 也有人称之为多径 散布谱。
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3.2 移动信道的特征
• E(t)的一阶矩为平均多径时延 ； E(t)的均方根为多径 时延散布(简称时散)， 常称作时延扩展， 记作Δ。 可按以下 公式计算 和Δ：
•R为反射系数，Δψ为路径差引起的相移 。
• |R|为反射点上反射波场强与入射波场强的振幅比， ψ代表反射波相对于入射波的相移。
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3.2 移动信道的特征
•3.2 移动信道的特征 •一. 传播路径
•接收信号的场强由几种电波的矢量合成。
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3.2 移动信道的特征
•三. 多径时散与相关带宽
•1. 多径时散
• 假设基站发射 一个极短的脉冲信 号，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。
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移动通信第三章移动信道的传播特性
•1) 中等起伏地形上传播损耗的中值 •A）市区传播损耗的中值
•Lfs：自由空间传播损耗；Am(f,d)：中等起伏地上市区的基本损耗中值； • 在基准天线高度情况下测得的以自由空间的传播损耗为0dB的相对值. • 基准天线高度: hb＝200m，hm＝3m， •Hb(hb,d)：基站天线高度增益因子；Hm(hm,f)：移动台天线高度增益因子；
• 一般情况下，市区的时延比郊区大，说明市区的传播 条件更恶劣些。为了避免码间干扰，要求信号的传输速率 必须比1/Δ低得多。
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3.2 移动信道的特征
•2. 相关带宽
• 从频域观点而言， 多径时散现象将导致频率选择性衰 落， 即信道对不同频率成分有不同的响应。 若信号带宽过 大， 就会引起严重的失真。
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3.2 移动信道的特征
• 实际上， 各个脉冲幅度是随机变化的， 它们在时间上可以 互不交叠， 也可以相互交叠， 甚至随移动台周围散射体数目的 增加， 所接收到的一串离散脉冲将会变成有一定宽度的连续信 号脉冲。 根据统计测试结果， 移动通信中接收机接收到多径的 时延信号强度大致如图 3 - 16 所示。