無線電波傳播基礎(chǔ)移動研究所網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)部課程?

學(xué)習(xí)完本課程，你將能夠：?了解電磁波的相關(guān)基本概念?掌握無線電波的幾種實際傳播途徑?掌握無線電波的衰落特性?了解菲涅爾區(qū)和多普勒頻移現(xiàn)象?了解常用的宏蜂窩及微蜂窩模型電磁波基礎(chǔ)無線電波的傳播無線電波傳播模型⑨電磁波基礎(chǔ)電磁波的傳播電磁波基礎(chǔ)電磁波波段劃分提綱電磁波的產(chǎn)生相關(guān)基本概念□麥克斯韋電磁理論○在時變電磁場中，變化的磁場激發(fā)旋渦電場；而變化的電場同樣可以激發(fā)渦旋磁場?！痣妶雠c磁場的相互聯(lián)系，相互激發(fā)，時間上周而復(fù)始，空間上交鏈重復(fù)。磁場

磁場電場

電場

電場電波傳輸方向電磁波的產(chǎn)生

電磁波基礎(chǔ)□

TEM波的傳播形式○電場和磁場在空間是相互垂直的，同時這兩者又都垂直于傳播方向

。E方向傳播方向電磁波的傳播

電磁波基礎(chǔ)電磁波的相關(guān)基本概念

電磁波基礎(chǔ)電磁波的頻率電磁波的波長電磁波的相關(guān)基本概念相

關(guān)的單位dB/dBm/dBuv/dBi/dBd等電磁波的傳播速基本概念-傳播速度v

電磁波基礎(chǔ)□電磁波的速度只隨介質(zhì)的電和磁的性質(zhì)而變化□電磁波在真空中的傳播速度等于光速□在其他媒質(zhì)中的傳播速度為：Vε=C/sqrt(e)ε為傳播媒質(zhì)的介電常數(shù)基本概念-波長λ

電

磁波基

礎(chǔ)□電

磁波的傳播具有周期性，這又包括時間周期性和空間周期性○在任意時刻，波長在空間的分布具有周期性，即物理量在空間周期分布，這種周期性用波長入來描述?！痣姶挪ǖ牟ㄩL是指電磁波在介質(zhì)中傳播時，相鄰兩個波峰與波峰之間，或者波谷與波谷之間的距離，單位為米E(二，)λ□電磁波的傳播具有周期性，這又包括時間周期性和空間周期性○在波場中任一位置(點),該點的物理量經(jīng)過

一定的時間后又恢復(fù)原來的數(shù)

值

，具有時間周期性。○這種周期性可以用振動的周期T來描述，振動的頻率為周期的倒數(shù)，表示為f=1/T,單

位

為Hz。□波長、頻率和傳播速度的關(guān)系：λ=v/fE(z,1)T基本概念-頻率f

電磁波基礎(chǔ)基本概念-幾個相關(guān)單位

電磁波基礎(chǔ)□W

與dBmOP(dBm)=10lg(P(W)/10^-3)□dBi與dBdodBi-天線相對于理想電源的增益odBd-天線相對于單一對稱半波振子的增益odBi=2.15+dBd□dBOG(dB)=10lgG(G為增益，倍數(shù))O3dBm-1dBm=2dB□dBuvodBuv

為電壓特定的分貝單位，dBm

為功率特定的分貝單位。波段頻率范圍波長范圍極

長

波(

E

F

L

,

極

低

頻

)3～30Hz10?~104km特長波

(S

L

F

,

特

低

頻

)30～300Hz10?~103km超

長

波(

U

L

F

,

超

低

頻

)300～3000Hz103~102km甚

長

波(

V

L

F,甚低頻)3～30KHz102~10km長

波

(

L

F

,

低

頻

)30～300KHz10～1km中

波

(MF,

中

頻

)300～3000KHz103~102m短

波

(HF,

高

頻

)3～30MHz102~10m超短波

(VHF

,

甚

高

頻

)30～300MHz10～1m微波分

米

波

(

U

H

F

,

超

高

頻

)300~3000MHz102~10cm厘米

波

(SHF

,

特

高

頻

)3～30GHz10～1cm毫

米

波

(

E

H

F,極

高

頻

)30～300GHz10～1mm亞毫米波(超級高頻)300～3000GHz1～0.1mm電磁波的波段劃分

電磁波基礎(chǔ)

?電磁波基礎(chǔ)

?

無線電波的傳播

?

無線電波傳播模型自由空間中的無線電波傳播菲涅爾區(qū)、多普勒頻移和時間色散無線電波的傳播電磁波的波段劃分

無線電波的傳播陸地移動通信環(huán)境的特點無線電波的實際傳播途徑無線電波的衰落特性視距與非視距傳播□自由空間中的電波傳播公式為：OPL(dB)=32.44+20lgf(MHz)+20lgd(km)●

其中，PL

為自由空間的路損，單位是dB;○f為載波的頻率，單位是MHz;●d為發(fā)射源與接收點的距離，單位是km?！醍?dāng)f和d擴(kuò)大一倍時，Ls

均增加6dBoGSM1800

基站傳播損耗在自由空間就比

GSM900

基站大6

dB。自由空間中的電波傳播

無線電波的傳播視距傳播

無線電波的傳播○受地球曲率半徑的影響，已知地球半徑為

R=6370km,

極限直視距離

Rmax

與HT

和

HR

間的關(guān)系為：Rmax=3.57(√

HT(m)+√

HR(m))(km)○考慮到大氣層的不均勻性對電波傳播的影響，等效為地球半徑R=8500km,

極限直視距離應(yīng)修正為：Rmax=4.12{√

HT(m)+VHR(m)}(km)視距傳播

無線電波的傳播非視距傳播

無線電波的傳播對流層反射波電離層反射波繞射波繞射接收信號強(qiáng)度時間發(fā)射信號反射衍射直射無線電波的實際傳播途徑

無線電波的傳播□

直射□

反射□

繞射

□散射

□

穿透□直射○在自由空間中，電波沿直線傳播而不被吸收，也不發(fā)生反射、折射和散射等現(xiàn)象而直接到達(dá)接收點的傳播方式?！鹬鄙洳▊鞑p耗可看成自由空間的電波傳播損耗，公式同自由空間中的路損公式，如下：PL(dB)=32.44+20lgf(MHz)+20lgd(km)無線電波的實際傳播途徑

無線電波的傳播口反射和折射○電磁波在不同介質(zhì)的交界處會

發(fā)生反射和折射，這個介質(zhì)物體遠(yuǎn)大于電波波長；○對于良導(dǎo)體而言，反射不帶來衰減；○對于絕緣體而言，只反射入射

波能量的一部分，剩下的被折射入新的介質(zhì)繼續(xù)傳播；○對于非理想介質(zhì)，會吸收電磁波的能量，產(chǎn)生貫穿衰落無線電波的實際傳播途徑

無線電波的傳播口繞射○在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間有邊

緣光滑且不規(guī)則的阻擋物體，該物體的尺寸與電波波長接近，電波可以從該物體的邊緣繞射過去；○當(dāng)波撞擊在障礙物邊緣時發(fā)生繞射，“次級球面波”傳播進(jìn)入陰影區(qū)?！鸪鲋鄙渎窂降拈L度導(dǎo)致相移，費涅爾區(qū)表達(dá)了相對于障礙物位置的相移?！鹑魺o

LOS,

繞射可幫助覆蓋。無線電波的實際傳播途徑

無線電波的傳播障礙物口散射○當(dāng)電磁波的傳播路由上存在小于波長的物體、并且單位體積內(nèi)這種障礙物體的數(shù)目非常巨大時，發(fā)生散射?！鹕⑸浒l(fā)生在粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則物體，如：樹葉、街道標(biāo)志和燈柱等。無線電波的實際傳播途徑

無線電波的傳播無線電波的實際傳播途徑

無線電波的傳播口穿透○電磁波在不同介質(zhì)的交界處會發(fā)生反射和折射，這個介質(zhì)物體遠(yuǎn)大于電波波長。對于非理想介質(zhì)

，電波可能會貫穿介質(zhì)，產(chǎn)生貫穿損耗?！鸫┩笓p耗大小不僅與電磁波頻率有關(guān)，而且與穿透物體的材料、尺寸有關(guān)

。○室內(nèi)的電波分量是穿透分量和繞射分量的疊加，而繞射分量占絕大部分，所以總的看來高頻信號(如1800M)室內(nèi)外電平差比低頻信號(如900M)室內(nèi)外電平差要大。TR傳播環(huán)境的復(fù)雜性波導(dǎo)效應(yīng)陸地移動通信環(huán)境的特點人為噪聲嚴(yán)重移動臺的隨機(jī)移動性信號電平隨機(jī)變化陸地移動通信環(huán)境的特點

無線電波的傳播傳播的開放性無線電波的衰落特性

無線電波的傳播大尺度---中值信號衰落特性小尺度---

快衰落中尺度

-

-

-陰影衰落微小區(qū)間變動(瑜利衰落)短區(qū)間中心值距離短區(qū)間中心值變動

(對數(shù)正態(tài)衰落)長區(qū)間中心值距離無線電波的衰落特性

無線電波的傳播2

5距離d(km)長區(qū)間中心值

(dBμVm)□快衰落的瑞利分布◎瑞利分布：指在無直射波的N個路徑中，若每條路徑的信號幅度均為高斯分布、相位均為0~2π均勻分布，則合成信號包絡(luò)分布為瑞利分布○標(biāo)準(zhǔn)偏差σ取決于不同的應(yīng)用環(huán)境?？焖ヂ?/p>

無線電波的傳播11.177口快衰落惡化量儲備○快衰落惡化量儲備是指存在多徑傳播效應(yīng)及人為噪聲(主要是汽車火花干擾)的情況下，為了達(dá)到只有接收機(jī)內(nèi)部噪聲條件下的同樣的話音質(zhì)量所必需的接收電平的增加量。○多徑傳播效應(yīng)對于進(jìn)行中的車載臺和對于停著的車載臺及手持機(jī)所造成的惡化量是不同的?！鸩叫袟l件下：2.0--5.0dB○高速移動條件下：OdB○在GSM

系統(tǒng)中，語音和數(shù)據(jù)兩種業(yè)務(wù)的快衰落量均取3

dB?？焖ヂ?/p>

無線電波的傳播口菲涅爾區(qū)○電波在空中傳播的波面是以收發(fā)二點為焦點的旋轉(zhuǎn)橢球面，橢球面所包含的空間叫菲涅爾區(qū)?！鸱颇鶢枀^(qū)表示從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)次級波路徑比

LOS

路徑長n

N/2的連續(xù)區(qū)域?！鹣噜彿颇鶢枀^(qū)之間的相位差為180度。路徑1菲涅爾區(qū)與菲涅爾余隙

無線電波的傳播費涅爾區(qū)是以T&R點為焦點的橢圓，

L?=L?+2路徑2口菲涅爾區(qū)○假設(shè)h<<d1

、d2,

并

且h>>入，@

和B

很小，則菲涅爾區(qū)同心圓半徑Rn為：ahos-hRh一hg菲涅爾區(qū)與菲涅爾余隙

無線電波的傳播RY口多普勒效應(yīng)○由于波源和接收者之間存在著相互運動而造成接收者接收到的頻率與波源發(fā)出的頻率之間發(fā)生變化?！鸬湫同F(xiàn)象：火車由遠(yuǎn)及近開過，聲調(diào)的變化多普勒頻移

無線電波的傳播口多普勒頻移

(Doppler

Shift)○多普勒頻移是多普勒效應(yīng)在無線電領(lǐng)域的

一種體現(xiàn)?！鸲x：由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間的相對運動，接收機(jī)接收到的信號頻率將與

發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號頻率之間產(chǎn)生一個差值，該差值就是多普勒頻移?！鸲嗥绽疹l移符合下面的公式：f=f0-fdcosθ=f0-(v/λ)cosθ○當(dāng)移動臺快速遠(yuǎn)離基站時為f=f0-fd;當(dāng)移動臺快速靠近基站時為f=f?+fd。多普勒頻移

無線電波的傳播口時間色散○

時間色散起源于反射，其反射信號來自遠(yuǎn)離接收天線的物體約在幾千米遠(yuǎn)處?！鸫a間干擾○采用自適應(yīng)均衡技術(shù)可減少時間色散的影響。時間色散和均衡

無線電波的傳播口均衡的兩個基本途徑○頻域均衡：●

它使包括均衡器在內(nèi)的整個系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)滿足無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件。它往往是分別校正幅頻特性和群時延特性，序列均衡通常采用這種頻域均衡法?！饡r域均衡：●直接從時間響應(yīng)考慮，使包括均衡器在內(nèi)的整個系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無碼間串?dāng)_的條件。○目前我們面臨的信號是時變信號，因此需要采用時域均衡來達(dá)到整個系統(tǒng)無碼間串?dāng)_。時間色散和均衡

無線電波的傳播電磁波基礎(chǔ)無線電波的傳播

無線電波傳播模型無線電波傳播模型oCOST-231-HATA-宏蜂窩模型-1800M常用傳播模型oCOST231-Walfish-lkegami-微蜂窩模型提綱OOkumura-HATA-宏蜂窩模型-900M○通用模型-宏蜂窩模型-900M、1800MOKUMURA-HATA模型

無線電波傳播模型□

HATA的三點假設(shè)○作為兩個全向天線之間的傳播損耗處理；○作為準(zhǔn)平滑地形而不是不規(guī)則地形處理；○以城市市區(qū)的傳播損耗公式作為標(biāo)準(zhǔn)，其他地區(qū)采用校正公式進(jìn)行修正?？谶m用條件of為150~1500MHz;○基站天線有效高度為30~200米；○移動臺天線高度為1~10米；○通信距離為1~35km;口傳播損耗公式

.55+26.161gf-13.821gh?-a(h?)+(44.9-6.551gh,)(lgd)○移動臺天線高度修正因子OKUMURA-HATA模型

無線電波傳播模型○遠(yuǎn)距離傳播修正因子大城市OKUMURA-HATA模型

無線電波傳播模型口各種修正因子的組合使用情況下的總體路損COST-231-HATA模型

無線電波傳播模

型□

COST-231模型○思想與Okumura-Hata

模型一樣，也是利用測試數(shù)據(jù)擬合的結(jié)果；○在1800頻段比Okumura-Hata模型更合適；○修正因子同OKUMURA-HATA模型口傳播損耗公式L城=46.3+33.91gf-13.821gh?-a(hm)+(44.9-6.551gh)(lg

d)'通用模型

無線電波傳播模型□適用條件OGSM900/1800○基站天線有效高度為30~200米；○移動臺天線高度為1~10米；○通信距離為1~35km;□基本思想○統(tǒng)一Okumura-Hata模型和Cost-231模型的公式