第移动通信-章-移动信道的传播特性优选ppt资料.ppt

第移动通信章移动信道(xìndào)的传播特性3.1无线电波(wúxiàndiànbō)传播特性图3-1典型的传播(chuánbō)通路3.1.2直射波直射波传播可按自由空间传播来考虑，是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。实际情况下，只要地面上空的大气层是各向同性的均匀媒质，其相对介电常数εr和相对导磁率μr都等于1，传播路径上没有障碍物阻挡(zǔdǎng)，到达接收天线的地面反射信号场强可以忽略不计，这种情况下，电波可视作在自由空间传播。当电波经过一段路径传播之后，由于辐射能量的扩散(kuòsàn)，电波能量仍会受到衰减。由电磁场理论可知，若各向同性天线的辐射功率为PT瓦，则距辐射源d处的天线的接收功率为：自由空间传播(chuánbō)损耗Lfs可定义为：3.1.3大气中的电波传播1.大气折射在实际移动通信中，电波在低层大气中传播。但低层大气并不是均匀介质，它的温度(wēndù)、湿度即气压均随时间和空间变化，因而会产生折射及吸收现象，在VHF、UHF波段折射现象尤为突出，它将直接影响视线传播的极限距离。当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，从而使电波束发生弯曲，弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度。大气折射对电波传播的影响，在工程上通常用地球等效半径来表征，即认为电波依然按直线方向(fāngxiàng)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：图3–2视线(shìxiàn)传播极限距离(3-19)3.1.4障碍物的影响与绕射损耗在实际情况下，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。设障碍物与发射点和接收点的相对位置(wèizhi)如图3-3所示。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，如图3-3(a)所示；无阻挡时余隙为正，如图3-3(b)所示。由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系如图3-4所示。图3-3障碍物与余隙(a)负余隙；(b)正余隙图3–4绕射损耗(sǔnhào)与余隙关系图3-4中，纵坐标为绕射引起的附加损耗，即相对于自由空间传播损耗的分贝数。横坐标为x/x1，其中x1是第一(dìyī)菲涅尔区在P点横截面的半径，它由下列关系式可求得：由图3-4可见，当x/x1＞0.5时，附加损耗约为0dB，即障碍物对直射波传播基本上没有影响。在选择天线高度时，根据地形(dìxíng)尽可能使服务区内各处的菲涅尔余隙xx1；当x＜0，即直射线低于障碍物顶点时，损耗急剧增加；当x=0时，即TR直射线从障碍物顶点擦过时，附加损耗约为6dB。3.1.5反射波当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果界面尺寸(chǐcun)比电波波长大得多，就会产生镜面反射。由于大地和大气是不同的介质，所以入射波会在界面上产生反射，如图3-5所示。图3-5反射(fǎnshè)波与直射波在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。不同界面的反射特性用反射系数R表征，定义为反射波场强与入射波场强的比值(bǐzhí)，R可表示为R=|R|e-jψ(3-22)其中，|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。对于水平极化波和垂直极化波的反射系数Rh和Rv分别由下列(xiàliè)公式计算：其中εc是反射媒质的等效复介电常数(jièdiànchánɡshù)，它与反射媒质的相对介电常数(jièdiànchánɡshù)εr、电导率δ和工作波长λ有关，即在图3-5中，由于(yóuyú)反射波与直射波两者的路径不同，从而会产生附加相移。经计算，二者的路径差可以近似为：由路径差Δd引起(yǐnqǐ)的附加相移Δφ为：3.2移动信道(xìndào)的特征图3-6移动信道的传播(chuánbō)路径图中，hb为基站天线高度(gāodù),hm为移动台天线高度(gāodù)。直射波的传播距离为d,地面反射波的传播距离为d1，散射波的传播距离为d2。移动台接收信号的场强由上述三种电波的矢量合成。为分析简便，假设反射系数R=-1(镜面反射)，则合成场强E为式中，E0是直射波场强，λ是工作波长，α1和α2分别是地面(dìmiàn)反射波和散射波相对于直射波的衰减系数，而图3-7典型信号衰落(shuāiluò)特性3.2.2多径效应与瑞利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(bùtónɡ)传播路径的信号之和，如图3-8所示。假设基站发射的信号为图3–8移动台接收N条路径(lùjìng)信号式中，ω0为载波角频率，φ0为载波初相。经反