移动信道传播特性
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。
移动通信的信道是指基站天线
1.移动通信的信道是指基站天线，移动用户天线和两副天线之间的传播路径。
2 3G技术标准主要有3G WCDMA CDMA2000 TC-SCDMA.2.移动信道的基本特性是衰落特性。
3.移动信道是一种时变信道。
四种衰落特性：随信号传播距离变化而导致的传播损耗和弥散，由于传播坏境中的地形起伏，建筑物及其他障碍物对电磁波的遮蔽所引起的衰落，称为阴影衰落无线电波在传播路径上受到周围环境中地形地物的做用产生反射绕射和散射，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导致严重的衰落，是多径衰落大尺度衰落是由移动通信信道路径上的固定障碍物的阴影引起的，衰落特性一般服从d-n 律。
小尺度衰落由移动台运动和地点的变化而产生的，主要特征是多径。
4.一般认为，在移动通信系统中影响传播的3中基本机制为反射绕射和散射6.根据衰落与频率的关系，将衰落分为两种：频率选择性衰落和非频率选择性衰落。
频率选择性衰落是指传输信道对信号不同的频率成分有不同的随机响应，信号中不同频率的分量衰落不一致，引起信号波形失真。
非频率选择性衰落，指信号经过传输信道后，各频率分量的衰落是相关的具有一致性，衰落波形不失真。
7.微观分集的类型时间分集频率分集空间分集8.分集的合并方式选择合并，在所接受的多路信号中，合并器选择信噪比最高的一路输出，这相当于在M个系数ak(t)，只有一个等于1.其余的为0最大比值合并，在选择合并中，只选择其中一个信号，其余信号被抛弃。
等增益合并，等增益合并器的各个加权系数均为19.为什么扩频信号能够有效抑制窄带干扰？扩频信号对窄带干扰的抑制作用在于接收机对信号的解扩的同时，对干扰信号的扩频，这降低了干扰信号的功率谱密度。
扩频后的干扰和载波相乘，积分（相当于低通滤波）大大地削弱了他对信号的干扰，因此在采样器的输出信号受干扰的影响就大为减少，输出的采样值比较稳定10跳频系统的抗干扰性能和在GSM系统的应用：跳频系统对抗单频或窄带干扰是很有特色的。
2第二章移动通信信道
2第二章移动通信信道在我们日常生活中，移动通信已经成为不可或缺的一部分。
无论是与亲朋好友通话、浏览网页，还是使用各种移动应用，都离不开移动通信的支持。
而在这背后，移动通信信道起着至关重要的作用。
移动通信信道，简单来说，就是信息从发送端到接收端所经过的路径。
这个路径可不简单，它充满了各种复杂的情况和挑战。
想象一下，当您在繁华的街头打电话，周围有车辆的嘈杂声、人群的交谈声，还有各种建筑物对信号的反射和遮挡。
这就是移动通信信道所面临的现实环境。
首先，多径传播是移动通信信道的一个重要特点。
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条件各不相同，导致信号到达接收端的时间和强度也有所差异。
这就像是一群人同时从不同的路线跑步到终点，有的跑得快，有的跑得慢，有的路线顺畅，有的路线曲折。
这种多径传播会引起信号的衰落和失真，影响通信质量。
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、地形等因素引起的信号强度的缓慢变化。
比如，您离基站越远，信号通常就越弱。
而小尺度衰落则是在短距离或短时间内信号强度的快速变化，这可能是由于信号的多径传播导致的相位变化等原因引起的。
除了衰落，噪声也是移动通信信道中的一个“捣乱分子”。
噪声可以来自各种来源，比如电子设备内部的热噪声、外界的电磁干扰等。
噪声会使接收到的信号变得模糊不清，就像在一幅精美的画作上撒上了一些污点。
在移动通信信道中，多普勒效应也不容忽视。
当移动终端（比如您手中的手机）和基站之间存在相对运动时，接收信号的频率会发生变化。
这就好比一辆行驶中的汽车听到的警笛声的音调会发生变化一样。
多普勒效应会导致信号的扩展和失真，对通信造成影响。
为了应对移动通信信道中的这些挑战，通信工程师们想出了各种各样的办法。
比如，采用多种调制解调技术，让信号在复杂的信道环境中能够更稳定地传输；通过编码技术增加信号的冗余度，提高纠错能力；利用分集接收技术，从多个路径接收信号，降低衰落的影响。
第2章 移动通信信道的电波传播 2.1 VHF、UHF频段的电波传播特性2.2 阴 影 效 应2.3 移动信道的多径传播
• 2.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 • 2.2 阴 影 效 应 • 2.3 移动信道的多径传播特性 • 2.4 多径衰落的时域特征和频域特征 • 2.5 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗
预测
2.1 VHF、UHF频段 的电波传播特性
2.1.1 自由空间电波传播方式 2.1.2 视距传播的极限距离 2.1.3 绕射损耗 2.1.4 反射波
d0 3.57( hR (m) hT (m)) (km)
即视距取决于收、发天线的高度。天线架设越高，
视线距离越远。考虑空气不均匀性对电波传播轨迹的
影响，在标准大气折射情况下，等效地球半径
R=8500 km，可得修正后的视距传播的实际极限距
离 重点2
d0 4.12( hR (m) hT (m)) (km)
通过电场实测可以得到慢衰落的统计规 律。统计分析表明，接收信号的局部均值rlm 近似服从对数正态分布，其概率密度函数为
P(rlm )
1
e
rlm rlm
2 2
2π
式中， rlm 为整个测试区的平均值，即
rlm的期望值，取决于发射机功率、发射和接
收天线高度以及移动台与基站的距离。σ为标
准偏差，取决于测试区的地形地物、工作频率
慢衰落速率主要决定于传播环境，即移 动台周围地形，包括山丘起伏，建筑物的分 布与高度，街道走向，基站天线的位置与高 度，移动台行进速度等，而与频率无关。
慢衰落的深度，即接收信号电平变化的 幅度取决于信号频率与障碍物状况。频率较 高的信号比频率较低的信号容易穿透建筑物， 而频率较低的信号比频率较高的信号更具有 较强的绕射能力。
作业
W2-1，简述移动通信中电波传播的方式
第2章移动信道的传播特性
超视距传播
假设A点架设一部发信机，天线的架高是H1，AB是 和地球相切的一条射线。若要接收到来波，接收天线
的架高必须超出这条切线。
A
d1 C d2 B
H1
H2
➢OO
视线传播极限距离
PT GT GR2 (4 )2 d 2
PT
➢ PT = 发射功率 (W) ➢ GT = 发射天线增益 ➢ GR = 接收天线增益 ➢ = c/f 波长(m)，c = 光速 (3×108 m/s)
➢ d = 发射机和接收机之间的距离(m)
自由空间传播损耗
自由空间传播损耗可以定义为：(不考虑天线增益)
前言
无线电波传播特性的研究结果可以用某种统计描述，也 可以建立电波传播模型，如图表、近似计算公式或计算 机仿真模型等。
本章在阐述陆地无线电波传输特性的基础上，重点讨论 陆地移动通信信道的特征、场强（或损耗）的计算方法 ，并对移动通信信道仿真作简要介绍。
内容安排
2.1 陆地无线电波传播特性 2.2 移动通信信道的多径传播特性 2.3 描述多径衰落信道的主要参数 2.4 阴影衰落的基本特性 2.5 电波传播损耗预测模型
Lfs
PT PR
4d
2
以dB计，得到：
或
L fs
(dB)
10
lg
4d
2
Lfs(dB) 32.44 20 lg d (km) 20 lg f (MHz )
可见，自由空间电波传播损耗只与工作频率 f 和传 播距离 d 有关。
2.1.3 大气中的电波传播
在实际移动通信信道中，电波在低层大气中传播。 整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平
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。
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机，这些来自同一波源的电波信号叠加在一起会产生干涉， 即多径衰落现象。
➢第12页/共93页
2.1.2 直射波
采用模型
➢自由空间传播模型。
自由空间模型的定义
➢天线周围是均匀无损耗的无限大空间； ➢大气层是各向同性的均匀媒质； ➢电导率为0，相对介电常数和相对磁导率为1。
目前典型移动通信使用频段： 1、150 MHz （VHF） 2、450 MHz （UHF） 3、900 MHz （UHF） 4、1800MHz （UHF） 5、第三代移动通信IMT-2000使用1.8-2.2GHz的频段（UHF）。
➢第8页/共93页
目录
2.1 陆地无线电波传播特性
2.1.1 电波传播方式 2.1.2 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波
➢第9页/共93页
2.1.1 电波传播方式
发射机天线发出的无线电波，可以从不同的路 径到达接收机，它们大体上可归结为直射、反射、 绕射和散射等形式，其中反射、绕射和散射是影响 移动通信中电波传播的基本形式。典型的传播通路 如图2-1所示。
➢第10页/共93页
2.1.1 电波传播方式
图2-1 典型的电波传播通路
因此，为实现优质可靠的无线通信，必须采取相应的一 系列措施，而要保证所用技术的有效性，掌握移动通信 信道特性是基础。
➢第2页/共93页
前言
电波传播的开放性、接收环境的复杂性和移动台的随机移动 性是移动通信信道的主要特点，而这些特点导致了其传播条 件是时变、复杂、恶劣的。因此，移动通信信道是十分复杂 的。
3GHz~30G Hz
厘米波 (微波)
1GHz-10GHz,主要用于无线 电微波接力系统,其次是定点 通信和移动通信业务
EHF
极高频 Extremely
30GHz~30 0GHz
毫米波 (微波)
➢第7页/共93页
10GHz以上,主要用于无线电 中继接力通信,空间通信,雷达 ,导航,无线电天文学等
2.1 陆地无线电波传播特性
➢第5页/ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ93页
2.1 陆地无线电波传播特性
确定移动通信工作频段主要考虑以下几个方面：
1. 电波传播特性、天线尺寸； 2. 环境噪声和干扰的影响； 3. 服务区范围、地形和障碍物尺寸以及对建筑物的穿透特
性； 4. 设备小型化； 5. 与已开发频段的干扰协调和兼容性； 6. 用户需求及应用特点。
➢第6页/共93页
缩写 名称 频率范围 波长名称
传播方式
目前频率分配情况
概述 VLF
甚低频
30kHz以下
万米波 天波,地波,以地波传 (甚长波) 播为主
(10~20)kHz,主要用于无线电 导航,海上移动通信和广播
LF
低频 30kHz~300 Low kHz
MF
中频 300kHz Medium ~3000kHz
HF
VHF
甚高频 Very
30MHz ~300MHz
米波 (超短波)
视距内直线传播
(30~1000)MHz,主要用于电视 广播,陆上移动通信,航空移动
UHF
特高频 Ultra
300MHz ~3000MHz
分米波 与光的传播特性基本 通信,海上移动通信,定点通信
(微波) 相同
,空间通信和雷达等
SHF
超高频 Super
➢第11页/共93页
2.1.1 电波传播方式
VHF与UHF频段，典型传播方式：
1、直射：从发射天线直接到达接收天线的电波称为直射波。 2、反射：经过大楼墙面等反射到达接收天线的电波称为反射波。 3、散射：经过粗糙表面或小物体散射到达接收天线的电波称为
散射波。 4、绕射：绕过障碍物遮挡向前传播到达接收天线的电波称为绕
➢第1页/共93页
前言
在城市环境中，一辆快速行驶车辆上的移动台的接收信 号在一秒钟之内的显著衰落可达数十次且是随机的，这 比固定点的无线通信要复杂得多。
总之，移动通信信道会引起接收信号在相应的时间域、 频率域及空间域产生选择性衰落，而这些衰落不但会严 重恶化移动通信系统的传输可靠性，还会明显降低移动 通信系统的频谱效率。
移动通信信道研究的基本方法是理论分析、现场电波传播实 测和计算机仿真三种：
➢ 第一种是利用电磁场理论来描述移动通信信道，其不足是数学模型 往往过于简化导致应用范围受限；
➢ 第二种是通过在不同的电波传播环境中的实测实验，得出包括接收 信号幅度、时延及其他反映信道特征的参数，其不足是费时费力且 往往只针对某个特定传播环境；
自由空间特性
➢不存在电波的反射、折射、绕射、色散和吸收等现象， 电波的传播速率等于真空中光速C；
前言
移动通信信道是移动用户在各种环境中进行通信时的无 线电波传播通道。
从发射机天线到接收机天线，无线电波的传播有直射、 反射、折射、绕射等多种途径，它们可能部分存在或同 时存在，呈现随机性。
移动通信信道在各种通信信道中是最为复杂的一种。在 有线传播线路中，信噪比的波动通常不超过1~2dB，而 陆地移动通信信道中信号强度的骤然降低，即衰落深度 可达30dB。
高频 3MHz~30 High MHz
千米波 (长波) 百米波 (中波)
十米波 (短波)
天波,地波,以地波传 播为主
(200~3000)kHz,主要用于广
主要以地波播,夜间天 波亦可传播
播,无线电导航,海上移动通信 ,地对空通信
地波传播距离极近,以 视距内直线传播为主
主要用于定点通信,航海和航 空移动通信,广播,热带广播及 业余无线电等
本章在阐述陆地无线电波传输特性的基础上，重点讨论 陆地移动通信信道的特征、场强（或损耗）的计算方法 ，并对移动通信信道仿真作简要介绍。
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内容安排
2.1 陆地无线电波传播特性 2.2 移动通信信道的多径传播特性 2.3 描述多径衰落信道的主要参数 2.4 阴影衰落的基本特性 2.5 电波传播损耗预测模型
➢ 第三种是通过建立仿真模型，用计算机仿真来模拟各种无线电波传 播环境。随着计算技术的发展，计算技仿真方法因能快速模拟出各 种移动通信信道而得到越来越多的应用。
➢第3页/共93页
前言
无线电波传播特性的研究结果可以用某种统计描述，也 可以建立电波传播模型，如图表、近似计算公式或计算 机仿真模型等。