第三章移动信道中电波传播
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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
第11页
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。
第9页
2020/4/9
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
第8页
2020/4/9
无线移动通信信道扩展学习射频基础知识
• 将电信息源（模拟或数字旳）用高频电流进行调制 （调幅或调频），形成射频信号，经过天线发射到空 中；远距离将射频信号接受后进行反调制，还原成电 信息源，这一过程称为无线传播。
7
无线通信使用旳频段和波段
移动通信原理
• 表1-1 无线通信使用旳电磁波旳频率范围和波段
频段名称 极低频（ELF） 超低频（SLF） 特低频（ULF）
22
噪声有关概念
移动通信原理
• 噪声系数 噪声系数是用来衡量射频部件对小信号旳处理能力， 一般这么定义：单元输入信噪比除输出信噪比，如 下图：
Si Ni NF So No
对于线性单元，不会产生信号与噪声旳互调产物及信号旳失真，这时噪 声系数能够用下式表达：
Pno NF G Pni
Pno表达输出噪声功率，Pni表达输入噪声功率，G为单元 增益
– 甚长波（甚低频VLF）传播
• 波长10公里~100公里（频率为3~30kHz）旳电磁波。无线通信中使用旳 甚长波旳频率为10~30kHz，该波段旳电磁波可在大地与低层旳电离层间 形成旳波导中进行传播，距离可达数千公里乃至覆盖全球
9
移动通信原理
无线通信旳电磁波传播
– 长波（低频LF）传播
• 波长1公里~10公里（频率为30~300kHz）旳电磁波。其可沿地表面传播 （地波）和靠电离层反射传播（天波）
11
12
移动通信原理
移动通信原理
课程内容
第一章 无线通信旳基本概念 第二章 射频常用计算单位简介 第三章 射频常用概念辨析 第四章 天线及射频器件基础知识
13
移动通信原理
功率单位简介
• 射频信号绝对功率旳dB表达：dBm、dBW • 射频信号相对功率旳dB表达：dB • 天线和天线增益
7
无线通信使用旳频段和波段
移动通信原理
• 表1-1 无线通信使用旳电磁波旳频率范围和波段
频段名称 极低频（ELF） 超低频（SLF） 特低频（ULF）
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噪声有关概念
移动通信原理
• 噪声系数 噪声系数是用来衡量射频部件对小信号旳处理能力， 一般这么定义：单元输入信噪比除输出信噪比，如 下图：
Si Ni NF So No
对于线性单元，不会产生信号与噪声旳互调产物及信号旳失真，这时噪 声系数能够用下式表达：
Pno NF G Pni
Pno表达输出噪声功率，Pni表达输入噪声功率，G为单元 增益
– 甚长波（甚低频VLF）传播
• 波长10公里~100公里（频率为3~30kHz）旳电磁波。无线通信中使用旳 甚长波旳频率为10~30kHz，该波段旳电磁波可在大地与低层旳电离层间 形成旳波导中进行传播，距离可达数千公里乃至覆盖全球
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移动通信原理
无线通信旳电磁波传播
– 长波（低频LF）传播
• 波长1公里~10公里（频率为30~300kHz）旳电磁波。其可沿地表面传播 （地波）和靠电离层反射传播（天波）
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移动通信原理
移动通信原理
课程内容
第一章 无线通信旳基本概念 第二章 射频常用计算单位简介 第三章 射频常用概念辨析 第四章 天线及射频器件基础知识
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移动通信原理
功率单位简介
• 射频信号绝对功率旳dB表达：dBm、dBW • 射频信号相对功率旳dB表达：dB • 天线和天线增益
移动通信电子课件教案-第3章_移动信道的传播特性
d(km )d1d2又d1 2Reht，d2 2Rehr 2Re( ht hr) 4.12( ht hr)(m)
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
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(第六版)(章坚武)课件章 (3)
第3章 移动通信的电波传播
第3章 移动通信的电波传播
3.1 VHF、 UHF频段的电波传播特 性 3.2 电波传播特性的估算 3.3 传输模型的校正——路测
第3章 移动通信的电波传播
3.1 VHF、 UHF频段的电波传播特性
当前陆地移动通信主要使用的频段为VHF和UHF,即 150 MHz、450 MHz、900 MHz、1800 MHz。移动通信中的传播方式 主要有直射波、反射波和地表面波等传播方[JP2]式。 由于地 表面波的传播损耗随着频率的增高而增大， 传播距离有限， 因此在分析移动通信信道时， 主要考虑直射波和反射波的影 响。 图3-1表示出了典型的移动信道电波传播路径。
第3章 移动通信的电波传播
已知地球半径为R=6370 km, 设发射天线和接收天线高度 分别为hT和hR(单位为m), 理论上可得视距传播的极限距离d0为
d0 3.57( hR hT )km
(3-2)
由此可见, 视距决定于收、发天线的高度。天线架设越高,
视线距离越远。
第3章 移动通信的电波传播
第3章 移动通信的电波传播 设
A2
K 10 lg 2 2 dB
若A→0, K→-∞，则莱斯分布趋近于瑞利分布。
第3章 移动通信的电波传播
3.1.6 阴影衰落 当电波在市区传播时，必然会经过高度、位置、占地面积
等都不同的建筑物， 而这些建筑物之间的距离也是各不相同 的。 因此， 接收到的信号均值就会产生变化， 这就是阴影 衰落。由于阴影衰落造成的信号电平变化较缓慢， 因此又称 为慢衰落。
实际上，当考虑了空气的不均匀性对电波传播轨迹的影响 后, 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极限距离d0为
第3章 移动通信的电波传播
3.1 VHF、 UHF频段的电波传播特 性 3.2 电波传播特性的估算 3.3 传输模型的校正——路测
第3章 移动通信的电波传播
3.1 VHF、 UHF频段的电波传播特性
当前陆地移动通信主要使用的频段为VHF和UHF,即 150 MHz、450 MHz、900 MHz、1800 MHz。移动通信中的传播方式 主要有直射波、反射波和地表面波等传播方[JP2]式。 由于地 表面波的传播损耗随着频率的增高而增大， 传播距离有限， 因此在分析移动通信信道时， 主要考虑直射波和反射波的影 响。 图3-1表示出了典型的移动信道电波传播路径。
第3章 移动通信的电波传播
已知地球半径为R=6370 km, 设发射天线和接收天线高度 分别为hT和hR(单位为m), 理论上可得视距传播的极限距离d0为
d0 3.57( hR hT )km
(3-2)
由此可见, 视距决定于收、发天线的高度。天线架设越高,
视线距离越远。
第3章 移动通信的电波传播
第3章 移动通信的电波传播 设
A2
K 10 lg 2 2 dB
若A→0, K→-∞，则莱斯分布趋近于瑞利分布。
第3章 移动通信的电波传播
3.1.6 阴影衰落 当电波在市区传播时，必然会经过高度、位置、占地面积
等都不同的建筑物， 而这些建筑物之间的距离也是各不相同 的。 因此， 接收到的信号均值就会产生变化， 这就是阴影 衰落。由于阴影衰落造成的信号电平变化较缓慢， 因此又称 为慢衰落。
实际上，当考虑了空气的不均匀性对电波传播轨迹的影响 后, 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极限距离d0为
第三章 无线移动通信信道
9
快衰落瞬时幅度特性
• 电平通过率(Level Crossing Rate)：指在单 位时间内信号电平以正斜率通过某一给定电平 A的次数 • 衰落速率:指单位时间内信号以正斜率通过中 值电平的次数 • 衰落深度: 指信号的有效值(均方根值)与最小 值之间的差值
• 衰落持续时间及其分布：指信号电平低于某一 电平(门限电平)的持续时间
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移动通信中的多普勒效应
• 在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高， 远离基站时，频率变低，所以我们在移动通信中要 充分考虑“多普勒效应”。 • 当然，由于日常生活中，我们移动速度的局限，不 可能会带来十分大的频率偏移，但是这不可否认地 会给移动通信带来影响。 • 为了避免这种影响造成我们通信中的问题，我们不 得不在技术上加以各种考虑。也加大了移动通信的 复杂性。
31
18
移动通信的场强特征
• • • • 移动通信环境下场强变化剧烈 场强变化的平均值随距离增加而衰减 场强特性曲线的中值呈慢速变化---慢衰落 场强特性曲线的瞬时值呈快速变化---快衰落
19
移动通信环境的几个效应
• 空间传播损耗---Path loss • 阴影效应：由地形结构引起，表现为慢衰落 • 多径效应：由移动体周围的局部散射体引起 的多径传播，表现为快衰落 • 多普勒效应：由于移动体的运动速度和方向 引起多径条件下多普勒频谱展宽
24
时延扩展、相关带宽 小结
• 信号的时延扩展越小，相关带宽越大， 时延扩展造成符号间干扰就越小。频率 选择性衰落的可能就越小。 • 一般来说，窄带信号通过移动信道时将 引起平坦衰落，而宽带扩频信号将引起 频率选择性衰落。
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传播模型
• 传播模型，或称场强预测模型，用于预 测接收信号的中值场强，它的目的是根 据地形地貌、建筑物高度和密度和街道 分布等本地环境特征，以及与无线电波 传播有关的系统参数（如信号频率、基 站天线高度等），采用一定的数学公式、 图表和算法，计算出服务区内任意两点 间的传输损耗。
移动通信第三章(无线信道特性)
移 动 通 信 Mobile Communications
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。
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。
3_电波传播与传播预测模型
表达式
传播路径损耗和阴影衰落 分贝式
10 log l ( r , ζ ) = 10m log r + ζ
l ( r , ζ ) = r m × 10 10
ζ
式中, 式中 r 移动用户和基站之间的距离 ζ 由于阴影产生的对数损耗（dB），服从均值为0和标准偏差为 ），服从均值为 由于阴影产生的对数损耗（ ），服从均值为 和标准偏差为 σdB的正态分布 的正态分布 m 路径损耗指数 16 实验数据表明m＝ ，标准差σ＝ 实验数据表明 ＝4，标准差 ＝8dB，是合理的 ，
2
用分贝表示： 用分贝表示：[ L]dB = 10lg L = 32.45 + 20lg f + 20lg d
6
接收电平: r 接收电平 P (dBm) = 10lg P (mW) P (dBW ) = 10lg P (W ) r r r
3 电波的三种基本传播机制
阻挡体 反射 绕射 散射 比传输波长大得多的物体 尖利边缘 粗糙表面
d+2λ/2
d+λ/2
θ
13
惠更斯－ 惠更斯－菲涅尔原理
绕射-（ 绕射 （2）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比直接路径长度大nλ/2的连续区域 的连续区域 从发射点到接收点次级波路径长度比直接路径长度大 接收点信号的合成 Pn d+nλ/2 n为奇数时，两信号抵消 为奇数时， 为奇数时 P3 d+3λ/2 n为偶数时，两信号叠加 为偶数时， 为偶数时 d+2λ/2 菲涅尔区同心圆半径
衰落的分类 根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{ 根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{
大尺度衰落 小尺度衰落
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• 信号能量绕过障碍物 传播的机制称为绕射
• 若无视距传播 （LOS）,绕射可以帮 助覆盖
第三章移动信道中电波传播
2.2.3障碍物的影响与绕射损耗(2)
• 绕射由次级波的传播进 入阴影区而形成
• 阴影区的绕射波场强为 围绕阻挡物所有次级波 的矢量和
• 与LOS的路径差异导致 相移
• 用菲涅尔区表达不同高 度障碍物造成的相移
功率密度：
GT GR
PT (W) GT
d (m)
PR (W) GR
TX
RX
接收天线有效面积：
GT为TX的天线增益 GR为RX的天线增益
以上结论也适用于方向性天线(切下一块扇形的烧饼)，只 是天线增益GT、GR更大些第。三章移动信道中电波传播
2.2.1自由空间传播（4）
• 先只考虑理想全向天线： GT、GR = 1, 得自由空间传播损耗
实际电磁波在大气中传播会发生 折射弯曲，可实现超视线传播
相当地球半径R增大为等效半径
Re=8500km
(R=6400km)
第三章移动信道中电波传播
2.2.2 大气中的电波传播（3）
式中，单位为 [d]=km , [ht ,hr]=m
第三章移动信道中电波传播
2.2.3障碍物的影响与绕射损耗(1)
• 当波撞击在障碍物边 缘时发生绕射
第三章移动信道中电波传播
2.2.3障碍物的影响与绕射损耗(3)
菲涅尔区是以收、发天线为焦点并绕长轴旋转的椭球 球体 直射波与发射波在接收端有一个行程差，使行程差为 n/2的发射点所构成的面称为菲涅尔椭圆球面 菲涅尔区同心圆半径为：
X nd1d2
n
d1d2
一般来说，当阻挡体不阻挡第一菲涅尔区时绕射损失最 小，绕射的影响可以忽略不计。经验表明，在视距通信 链路设计时，只要55％的第一菲涅尔区无阻挡，其他菲 涅尔区的情况基本不影响绕射损耗
第三章移动信道中电波传播
2.2.2 大气中的电波传播（2）
地面直射波视线传播极限距离 无论如何提高PT 、GT 及GR地面直射波受地球曲率的遮挡， 传播距离也是有限的，如图所示。
容易求出直射波传播极限距离：
d d 1 d 22 Rh t h r
式中， R为地球等效半径， ht 、 hr 为TX及RX天线高度[m]
第三章移动信道中电波传播
2.2.3障碍物的影响与绕射损耗(4)
图中，
x 为菲涅尔余隙
通常用其相对值表示：
x/x1 x1= [λd1d2/(d1+d2)]1/2
为第一菲涅尔半径
第三章移动信道中电波传播
2.2.3障碍物的影响与射损耗(5)
讨论 选择基站天 线高度时，根 据地形尽可能 使服务区内各 处的余隙 X/X1>0.5 则绕射损耗 可不计。
第三章移动信道中电波传播
1.3 研究无线信道的方法
• 从接收信号的角度，进行统计分析
• 接收信号的幅度变化及分布 • 接收信号的到达角分布
• 从多径的数学表达式角度分析
• 研究多径中每径幅度和分布 • 研究每径的到达角度和分布 • 研究每径的时延特性和分布
• 从模型的角度
• 尺度不同（大尺度、小尺度） • 环境特征不同（室外、室外、陆地、海洋、空间） • 应用区域（宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝）
移动通信——5学时）
移动信道中的电波传播及分集接收
第三章移动信道中电波传播
主要内容
• 1 引言 • 2 无线电波传播特性分析 • 3 移动信道特征分析 • 4 陆地移动信道的场强估算 • 5 分集接收
第三章移动信道中电波传播
1.1 信道分类
有线信道 无线信道
。架空明线 。电缆 。光纤
。中、长波地表面波传播 。短波电离层反射传播 。移动通信使用的VHF、 UHF
讨论：(1). d↑ Lfs ↑, 能量扩散 (2). f↑ Lfs ↑, 接收天线有效面积减小
第三章移动信道中电波传播
2.2.2 大气中的电波传播（1）
• 折射定律：电波传播速度V与大气折射率 n成反比：
vc/n n r
地球等效半径
k Re 1
R0
1
R0
dn dh
标准大气折射情况下，地球等效半径为8500km
• 直射波按自由空间传播考虑：只有能量扩散， 没有其它损耗
• 考虑接收信号功率、空间传播损耗
第三章移动信道中电波传播
2.2.1自由空间传播（2）
球面波
全向天线 PT (W)
d (m)
TX
功率密度：
PR (W) RX
接收天线有效面积：
第三章移动信道中电波传播
2.2.1自由空间传播（3）
实际全向性天线： 辐射能量集中 (水平大烧饼)
第三章移动信道中电波传播
2.3反射波（1）
• 当电波信号传播碰撞到大大地大于信号波长地 障碍物时发生反射
良导体反射无衰减 绝缘体只反射入射波能 量地一部分
Grazing角：100％ 反射 直角入射，100％透 射 反射造成180度相移
第三章移动信道中电波传播
2.3反射波（2）
考虑地面对电波的反射时，按平面波处理，即电波 在反射点的反射角等于入射角
• 无线电波典型传播路径：
• 直射波－视距传播 • 反射波 • 翟表面波
第三章移动信道中电波传播
2.2 直射波（视距传播）
• 自由空间传播 • 大气中的电波传播
• 大气折射 • 视距传播极限距离
• 障碍物的影响与绕射损耗
第三章移动信道中电波传播
2.2.1自由空间传播（1）
• 即传播空间无限大且无吸收电波能量的介质、 无障碍物，电波不产生反射、折射、散射、吸 收、屏蔽等能量损耗，电波的衰减仅仅由能量 扩散所引起
第三章移动信道中电波传播
主要内容
• 1 引言 • 2 无线电波传播特性分析 • 3 移动信道特征分析 • 4 陆地移动信道的场强估算 • 5 分集接收
第三章移动信道中电波传播
2.1 电波传播方式
• 研究频段： • VHF（30-300MHz）、UHF（300-3000MHz）
• 移动通信常用频段为： • 150MHz (VHF) • 450MHz、900MHz、1.8GHZ、2.4GHz等 (UHF)
直射、反射及散射传播
恒参信道 变参信道
第三章移动信道中电波传播
1.2研究无线信道的意义
• 研究无线移动信道模型，预测接收信场强
• 衰减、吸收、折射、散射、绕射… • 移动环境 • 自然和人为无线电环境 • 接收信号场强情况如何？
• 信号带宽增加
• GSM均衡 • CDMA多径合并（RAKE接收） • 智能天线
• 若无视距传播 （LOS）,绕射可以帮 助覆盖
第三章移动信道中电波传播
2.2.3障碍物的影响与绕射损耗(2)
• 绕射由次级波的传播进 入阴影区而形成
• 阴影区的绕射波场强为 围绕阻挡物所有次级波 的矢量和
• 与LOS的路径差异导致 相移
• 用菲涅尔区表达不同高 度障碍物造成的相移
功率密度：
GT GR
PT (W) GT
d (m)
PR (W) GR
TX
RX
接收天线有效面积：
GT为TX的天线增益 GR为RX的天线增益
以上结论也适用于方向性天线(切下一块扇形的烧饼)，只 是天线增益GT、GR更大些第。三章移动信道中电波传播
2.2.1自由空间传播（4）
• 先只考虑理想全向天线： GT、GR = 1, 得自由空间传播损耗
实际电磁波在大气中传播会发生 折射弯曲，可实现超视线传播
相当地球半径R增大为等效半径
Re=8500km
(R=6400km)
第三章移动信道中电波传播
2.2.2 大气中的电波传播（3）
式中，单位为 [d]=km , [ht ,hr]=m
第三章移动信道中电波传播
2.2.3障碍物的影响与绕射损耗(1)
• 当波撞击在障碍物边 缘时发生绕射
第三章移动信道中电波传播
2.2.3障碍物的影响与绕射损耗(3)
菲涅尔区是以收、发天线为焦点并绕长轴旋转的椭球 球体 直射波与发射波在接收端有一个行程差，使行程差为 n/2的发射点所构成的面称为菲涅尔椭圆球面 菲涅尔区同心圆半径为：
X nd1d2
n
d1d2
一般来说，当阻挡体不阻挡第一菲涅尔区时绕射损失最 小，绕射的影响可以忽略不计。经验表明，在视距通信 链路设计时，只要55％的第一菲涅尔区无阻挡，其他菲 涅尔区的情况基本不影响绕射损耗
第三章移动信道中电波传播
2.2.2 大气中的电波传播（2）
地面直射波视线传播极限距离 无论如何提高PT 、GT 及GR地面直射波受地球曲率的遮挡， 传播距离也是有限的，如图所示。
容易求出直射波传播极限距离：
d d 1 d 22 Rh t h r
式中， R为地球等效半径， ht 、 hr 为TX及RX天线高度[m]
第三章移动信道中电波传播
2.2.3障碍物的影响与绕射损耗(4)
图中，
x 为菲涅尔余隙
通常用其相对值表示：
x/x1 x1= [λd1d2/(d1+d2)]1/2
为第一菲涅尔半径
第三章移动信道中电波传播
2.2.3障碍物的影响与射损耗(5)
讨论 选择基站天 线高度时，根 据地形尽可能 使服务区内各 处的余隙 X/X1>0.5 则绕射损耗 可不计。
第三章移动信道中电波传播
1.3 研究无线信道的方法
• 从接收信号的角度，进行统计分析
• 接收信号的幅度变化及分布 • 接收信号的到达角分布
• 从多径的数学表达式角度分析
• 研究多径中每径幅度和分布 • 研究每径的到达角度和分布 • 研究每径的时延特性和分布
• 从模型的角度
• 尺度不同（大尺度、小尺度） • 环境特征不同（室外、室外、陆地、海洋、空间） • 应用区域（宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝）
移动通信——5学时）
移动信道中的电波传播及分集接收
第三章移动信道中电波传播
主要内容
• 1 引言 • 2 无线电波传播特性分析 • 3 移动信道特征分析 • 4 陆地移动信道的场强估算 • 5 分集接收
第三章移动信道中电波传播
1.1 信道分类
有线信道 无线信道
。架空明线 。电缆 。光纤
。中、长波地表面波传播 。短波电离层反射传播 。移动通信使用的VHF、 UHF
讨论：(1). d↑ Lfs ↑, 能量扩散 (2). f↑ Lfs ↑, 接收天线有效面积减小
第三章移动信道中电波传播
2.2.2 大气中的电波传播（1）
• 折射定律：电波传播速度V与大气折射率 n成反比：
vc/n n r
地球等效半径
k Re 1
R0
1
R0
dn dh
标准大气折射情况下，地球等效半径为8500km
• 直射波按自由空间传播考虑：只有能量扩散， 没有其它损耗
• 考虑接收信号功率、空间传播损耗
第三章移动信道中电波传播
2.2.1自由空间传播（2）
球面波
全向天线 PT (W)
d (m)
TX
功率密度：
PR (W) RX
接收天线有效面积：
第三章移动信道中电波传播
2.2.1自由空间传播（3）
实际全向性天线： 辐射能量集中 (水平大烧饼)
第三章移动信道中电波传播
2.3反射波（1）
• 当电波信号传播碰撞到大大地大于信号波长地 障碍物时发生反射
良导体反射无衰减 绝缘体只反射入射波能 量地一部分
Grazing角：100％ 反射 直角入射，100％透 射 反射造成180度相移
第三章移动信道中电波传播
2.3反射波（2）
考虑地面对电波的反射时，按平面波处理，即电波 在反射点的反射角等于入射角
• 无线电波典型传播路径：
• 直射波－视距传播 • 反射波 • 翟表面波
第三章移动信道中电波传播
2.2 直射波（视距传播）
• 自由空间传播 • 大气中的电波传播
• 大气折射 • 视距传播极限距离
• 障碍物的影响与绕射损耗
第三章移动信道中电波传播
2.2.1自由空间传播（1）
• 即传播空间无限大且无吸收电波能量的介质、 无障碍物，电波不产生反射、折射、散射、吸 收、屏蔽等能量损耗，电波的衰减仅仅由能量 扩散所引起
第三章移动信道中电波传播
主要内容
• 1 引言 • 2 无线电波传播特性分析 • 3 移动信道特征分析 • 4 陆地移动信道的场强估算 • 5 分集接收
第三章移动信道中电波传播
2.1 电波传播方式
• 研究频段： • VHF（30-300MHz）、UHF（300-3000MHz）
• 移动通信常用频段为： • 150MHz (VHF) • 450MHz、900MHz、1.8GHZ、2.4GHz等 (UHF)
直射、反射及散射传播
恒参信道 变参信道
第三章移动信道中电波传播
1.2研究无线信道的意义
• 研究无线移动信道模型，预测接收信场强
• 衰减、吸收、折射、散射、绕射… • 移动环境 • 自然和人为无线电环境 • 接收信号场强情况如何？
• 信号带宽增加
• GSM均衡 • CDMA多径合并（RAKE接收） • 智能天线