无线通信原理与应用-4.6 地面反射(双线)模型
无线通信原理与应用期末考试题综述
第一章1 短距离无线通信的特点1)无线发射功率在uW到100mW量级2)通信距离在几厘米到几百米3)应用场景众多，特别是频率资源稀缺情况4)使用全向天线和线路板天线5)不需申请频率资源使用许可证6)无中心，自组网7)电池供电2 频分复用和时分复用的特点和区别？频分复用（FDD）同时为用户和基站提供了无线电传输信道，这样可以在发送信号的同时接收到来的信号。
在基站中，使用不同的发射天线和接收天线以对应分离的信道。
然而在用户单元中，使用单个天线来传输和接收信号，并使用一种称为双工器的设备来实现同一天线上的信号传输与接收。
对于FDD系统，发送和接收的信道频率至少要间隔标称频率的5%，以保证在廉价的制造成本下能够提供具备足够隔离度的双工器时分复用（TDD）方式即在时间上分享一条信道，将其一部分时间用于从基站向用户发送信息，而其余的时间用于从用户向基站发送信息。
如果信道的数据传输速率远大于终端用户的数据速率，就可以通过存储用户数据然后突发的方式来实现单一信道上的全双工操作。
TDD只在数字传输和数字调制时才可以使用，并且对定时很敏感。
3 蜂窝移动电话系统的结构和各部分的作用？蜂窝电话系统为在无线覆盖范围内的、任何地点的用户提供公用电话交换网的无线接入。
蜂窝系统能在有限的频带范围中于很大的地理范围内容纳大量用户，它提供了和有线电话系统相当的高通话质量。
获得高容量的原因，是由于它将每个基站发射站的覆盖范围限制到称为“小区”的小块地理区域。
这样，相距不远的另一个基站里可以使用相同的无线信道。
一种称为“切换”的复杂的交换技术，确保了当用户从一个小区移动到另一个小区时不会中断通话。
一个蜂窝移动电话系统包括移动台、基站和移动交换中心（MSC）。
移动交换中心负责在蜂窝系统中将所有的移动用户连接到公用电话交换网上，有时MSC也称为移动电话交换局（MTSO）。
每个移动用户通过无线链路和某一个基站通信，在通话过程中，可能会切换到其他任何一个基站。
无线通信技术-第三章
16
3.4 三种基本传播机制
• 反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体 时发生反射，如地球表面、墙面等；
• 绕射：当接收机和发射机之间的无线路径 被尖锐的边缘阻拦时发生绕射，由阻挡表 面产生的二次波散布于空间，甚至到达阻 挡体的背面，导致波围绕阻挡体产生弯曲；
• 散射：当波穿行的介质中存在小于波长的 物体并单位体积内阻挡体的个数非常巨大 时，将发生散射，如树叶、街道标志等；
2
远场电场辐射 部分的幅度
13
Pr d Pd Ae
2 PG G t t r
4 d
2
Gr 2 Ae 4
图3-4 在自由空间中，从一个 全向点源发出的能流密度情况
14
如果接收天线建模成接收机的一个匹配阻抗 负载，那么接收天线将会感应出一个均方根 电压进入接收机，它是天线中开路电压的一 半（没有负载时，均方根电压等于开路电 压）。接收功率为：
G
4 Ae
2
c 2 c f c
路径损耗：表示信号的衰减，定义为有效
发射功率与接收功率之间的比值，单dB 10log 10log t r 4 2 d 2 Pr
7
路径损耗也可以不包括天线增益，即假设天 线具有单位增益：
23
2. 布儒斯特角
P
r sini
r cos2i
r sini r cos2i
电磁波投射到介质分界面而不发生反射时的
角度，只发生在水平极化时，其反射系数为 0。 当第一介质为自由空间，第二介质相对介电 常数为εr时，布儒斯特角满足：
sin B
1
r 1
r sini r cos 2 i r cos 2i r cos 2i
无线通信系统的基本工作原理
前言：无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。
在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。
无线通信主要包括微波通信和卫星通信。
微波是一种无线电波，它传送的距离一般只有几十千米。
但微波的频带很宽，通信容量很大。
微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。
卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。
一、无线通信系统的类型二、按照无线通信系统中关键部分的不同特性, 有以下一些类型:三、1、按照工作频段或传输手段分类, 有中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和卫星通信等。
所谓工作频率, 主要指发射与接收的射频（RF）频率。
射频实际上就是“高频”的广义语, 它是指适合无线电发射和传播的频率。
无线通信的一个发展方向就是开辟更高的频段。
四、2、按照通信方式来分类, 主要有（全）双工、半双工和单工方式。
五、3、按照调制方式的不同来划分, 有调幅、调频、调相以及混合调制等。
六、4、按照传送的消息的类型分类, 有模拟通信和数字通信, 也可以分为话音通信、图像通信、数据通信和多媒体通信等。
七、各种不同类型的通信系统, 其系统组成和设备的复杂程度都有很大不同。
但是组成设备的基本电路及其原理都是相同的, 遵从同样的规律。
本书将以模拟通信为重点来研究这些基本电路, 认识其规律。
这些电路和规律完全可以推广应用到其它类型的通信系统。
八、无线通信系统的基本工作原理无线通信系统组成框图各部分作用：1信息源：提供需要传送的信息2变换器：待传送的信息（图像、声音等）与电信号之间的互相转换3发射机：把电信号转换成高频振荡信号并由天线发射出去4传输媒质：信息的传送通道（自由空间）5接收机：把高频振荡信号转换成原始电信号6受信人：信息的最终接受者九、发送设备的基本原理和组成1. 无线通信存在的问题信号直接以电磁波形式从天线辐射出去，存在以下问题：1）无法制造合适尺寸的天线。
第2章 无线通信基础 -3
2
（2-2-19）
以dB为单位表示的路径损耗计算公式为 PL(d)=40 lgd－(10lgGt+10 lgGr+20 lght+20 lghr)
40dB/10倍程
同理可得接收点处场强为
4πE0 d0 ht hr （2-2-18） E 2 d
【14】
第2章 无线通信基础
双线模型几个重要结论
第2章 无线通信基础
2. 地面反射对功率衰减的影响（地面反射双线模型）
在移动无线信道中，随着传播距离的增大，MS和BS之间
很少存在单一LOS传播，所以只考虑了直射波的自由空间 模型，这在很多情况下是不能准确地预测大尺度衰减情况。 在存在直射波的情况下，无线通信的双线模型能够准确 地预测几千米通信范围的大尺度信号衰落。适用于农村和 城郊等比较平坦、开阔的传播环境，并且对城区微蜂窝环 境下的LOS链路也比较准确。 该模型以几何光学为基础，考虑了直射、反射路径。并
且认为地面发生全反射，反射前后信号相位相差180°，反
射系数R=-1。 【6】
第2章 无线通信基础
假设发射机和接收机均处于地平线上，其中间是平坦的地面。 电磁波的传播路径有两条： 1、与自由空间传播相同的LOS（视线路径）， 2、经地面反射后到达接收机的路径。 这两条路径的传播距离是不相同的，使得同时到达接收机 的两路信号之间存在相位差，从而对传播衰减产生影响。
• 绕射损耗所研究的是以自由空间传播损耗为基础的附加 损耗。研究结果表明，随阻挡体高度（可以为负）的不 同，绕射损耗既可以为正，也可以为负。 【22】
第2章 无线通信基础
1） 刃形绕射模型 下面从单个障碍物绕射的简单情况入手介绍分析方法。 当绕射是由单个物体引起时，可以将障碍物看做刃形 边缘形成的半无限大阻挡屏来估计绕射损耗。 绕射增益G可以通过Fresnel积分计算。
无线通信原理与应用-4.2 自由空间传播模型
Wireless Communications Principles and Practice
第四章 移动无线电传播：大尺度路径损耗
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
§4.2 自由空间传播模型
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
例4.2：如果发射机发射50瓦的功率，将其换算成(a)dBm和(b)dBW。如果该发射 机为单位增益天线，并且载频为900MHz，求出在自由空间中距天线100m处接收 功率为多少dBm。10km处Pr为多少？假定接收天线为单位增益。 解： 已知： 发射功率，Pt= 50W，载频fc= 900MHz，使用公式(4.9) (a)发射功率
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
例题4.1：求解最大尺寸为1m，工作频率为900M Hz的天线的远场 距离。
解： 已知： 天线最大尺寸，D=1m 工作频率 f= 900MHz
使用公式(4.7a)可获得远地距离为：
自由空间中距发射机d处天线的接收功率由公式4.1给出（Friis公式 或自由空间公式）
其中：
Pt： 为发射功率；
Pr(d)：是接收功率，为T-R距离的函数；
Gt： 是发射天线增益；
Gr： 是接收天线增益；
D： 是T-R间距离，单位为米；
L： 是与传播无关的系统损耗因子（L大于等于1）；
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
“无线通信原理”课程实验环节设计
第 ５期
电气电子教学学报
Ｊ ＵＲＮＡＬ Ｏ Ｅ Ｏ Ｆ ＥＥ
Ｖ０ ． ３ ＮＯ ５ １３ ． ０ｅ ． ０１ ｔ２ １
２１ ０ １年 １ ０月
“ 线通 信 原 理 ＂ 程 实验环 节 设 计 无 课
卢 敏
（ 南京 邮 电大学 通信 与信 息 工程 学院 ，江 苏 南京 ２００ ） １０３
ｉ＝１
（） ３
利用 Ｍａａ ｔｂ面 向数 组 运算 的特 点 和功 能 ， ｌ 可计 算某 一频 域 范 围 内 的信 道 传 输 函 数 。 当频 率 范 围
（ ）信道 的分类——通过变换参数 ， ４ 理解信号
发 生 衰落 的原 因 以及 信 道 的分 类 。
３ 实验 内容 案例
内容 ： ①无线通信 的发展和技术标准 ； ②蜂 窝的概
念（ 系统设计基础） ③无线电传播的大尺度路径损 ；
耗模型 ； ④无线 电传播 的小尺度衰落模 型； 无线 ⑤ 通信多址接人技术 。 这五个 部分 相 对 独立 ， 又相 互 关联 。本课 程 以 “ 干扰” 衰落” 和“ 为关键词 ， 贯穿整个教学 内容。
（） ａ 发送信号
（ ） 时延扩展 ｂ小
（） ｃ 大时延扩展
图 １ 不同的多径参数条件下发收信号波形
整参数 ， 发现 问题并解决 问题。 利用 Ｍ ｔ ｂ 向数 ａａ 面 ｌ
组设 计 的运 算特 点 和信 号 处 理 函数 库 ， 简 洁 高 效 用
［ ２ 信 道 的频域 特性 例 ］
号失真 。
） ）＝∑ ａ ’ Ｈｗ ｅ ， （ ｉ 。 ＝ （） ｅ
ｉ ｌ ＝
（） ２
其 中 ，ｉ 第 ｉ 路 径 的幅度 ， 是第 ｉ ａ是 条 ｉ 条路 径 的 延
无线通信原理与应用
无线通信原理与应用
无线通信技术是在无线媒体上传送数据信号，实现无线信息传输的技术。
它是以无线电波的形式传输信息，能够在较远的距离传送信息，提供准确可靠的数据通信，是当今信息系统的重要组成部分。
无线通信的原理基于电磁场，它利用发射电磁波传播信息，接收电磁波接收信息，用特定的频率发射特定的信号，并利用接收设备接收信号，从而实现无线通信。
无线通信应用广泛，主要应用在以下几个领域：
1 .无线网络：无线网络是基于无线通信技术，利用无线电波传送数据，构建无线网络，实现宽带数据传输，为用户提供宽带网络服务。
2 .移动通信：移动通信是利用无线通信技术，构建移动网络，实现
无线电话的通信服务，为用户提供无线通信服务。
3 .广播：广播是指利用无线通信技术，发射电波，传播声音、图像
等信号，为用户提供广播服务。
4 .无线遥控：无线遥控是利用无线通信技术，实现远程控制设备的
功能，可以实现远程控制，为用户提供更便捷服务。
无线通信技术为信息传输和交流提供了更多的便利，在信息时代的发
展中发挥着重要作用。
它的优势在于可以在较远的距离传送数据,并具有准确可靠的特点，通过不断的发展，它将更加完善，为更多的用户提供更为全面的通信服务。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
d d ''d ' 2hr ht d
相位差和到达的时延如下：
2d
and
d
d c
注意当d变大 ， d’’和d’之差
变小
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
那么，ELOS 和 Eground 振幅基本相同，仅是相位不同
PTotal
E2 Total
120
Ae
PtGtGr
ห้องสมุดไป่ตู้
ht hr d4
(4.52)
双线模型的路径损耗单位是dB，表示为
PL(dB) 10 log Pt Pr ,total
40 log d {10 log Gt 10 log Gr
10 log ht
10 log hr )
(4.53)
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
(b) 由于 d hr ht
场强为：
Er (d )
2E0d0 d
2hr ht d
2
103 1103 5 103
•
2 50 1.5
0.333(5 103 )
113.1106V / m
图示
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
d d ''d ' (ht hr )2 d 2 (ht hr )2 d 2
当T-R距离d远远大于ht+hr时，使用泰勒(Taylor )进行近似化简：
d d ''d ' 2hr ht d
相位差和到达的时延如下：
2d
and
d
d c
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
d d ''d ' (ht hr )2 d 2 (ht hr )2 d 2 当T-R距离d远远大于ht+hr时，使用泰勒(Taylor )进行近似化简：
T (transmitter) ELOS
Ei ht
i
d
ETOT = ELOS +Eg
Er=Eg
0
R (receiver) hr
E(d,t)
E0d0 d
cos
wc
(t
d c
)
ELOS
(d ', t )
E0d0 d'
cos
wc
(t
d ') c
EGround
(d
'',t)
•
E0d0 d''
cos
wc
(t
d') c
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
T (transmitter)
Ei
ELOS
ht
i
d
ETOT = ELOS +Eg
Er=Eg
0
R (receiver) hr
根据反射定律有
i r , Er • Ei , Et (1 ) • Ei
直射与地面反射波的合成
ETotal (d , t)
E0d0 d
(1 cos )2 sin 2
E0d0 d
2(1 cos )
2 E0d0 sin
d
2
(4.48)
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
例 4.6
移动台距基站5km，使用垂直的λ/4 单极天线，增益为 2.55dB ， 距发射机1km 处的场强为 10-3V/m，载频为 900MHz a) 求解接收天线的长度和接收天线的有效半径。 b) 使用双线地面反射模型求解接收功率，假定发射天线距地面高度为50 m ，接收天线距地面高度为1.5 m。
假设电场水平极化和地面反射是理想的
1, Et 0
ETotal
(d , t )
E0d0 d'
cos
wc
(t
d ') 1• c
E0d0 d''
cos
wc
(t
d '') c
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
E0d0 E0d0 E0d0
d
d'
d''
当 t=d’’/c时，接收的E电场为
ETotal
(d , t )
E0d0 d'
cos
wc
(
d' c
'
d ') c
cos0
E0d0 d'
cos( )
1
(2.6 2)
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
解：已知：T-R距离 = 5km；1 km处场强 = 10-3V/m；工作频率 f = 900MHz， λ=c/f=3x108/(900x106)=0.333m (a) 天线长度，L= λ/4=0.333/4=0.0833m=8.33cm 天线有效孔径为 Ae=G* λ2/2π=0.016m2.
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
第四章 移动无线电传播：大尺度路径损耗
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
§ 4.6 地面反射（双线）模型
如果 2ht hr 0.3rad 2 d
化简4.48式可得公式4.50 d 20hthr 3
sin
22
只要 d 满足(4.50式)，接收电场近似为公式4.51
ETotal
E0d0 • 2ht hr
d
d
k d2
(V
/
m)
电气工程学院 通信工程系
无线通信原理与应用
Wireless Communications Principles and Practice
距离d处的接收功率：
Pr
(d )
(Er (d ))2
120
•
Ae
(113.1106 )2 270
1.8(0.333)2
4
5.4 1013W 122.68dBW or 92.68dBm
电气工程学院 通信工程系