第2章 移动信道电波传播及无线链路计算.ppt

第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 第第2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1 VHF、UHF频段电波传播特性频段电波传播特性 2.2 移动通信环境中的电波传播特性移动通信环境中的电波传播特性 2.3 多径传播与数字信号传输多径传播与数字信号传输 2.4 电波传播特性的估算电波传播特性的估算 2.5 无线链路计算无线链路计算(一一)2.6 无线链路计算无线链路计算(二二)2.7 分集接收技术分集接收技术 习题习题 第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1 VHF、UHF频段电波传播特性频段电波传播特性 移动通信中，移动台是处在运动状态之中的，电波传播的条件随着移动而发生较大的变化，接收信号的场强起伏也很大，可达几十分贝，极易出现严重的衰落现象。图2-1示出了一个场强的实测记录。由此可见，接收信号出现严重的衰落现象是移动通信电波传播的一个基本特点。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-1移动通信场强实测记录(f=160MHz)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1.1电波传播方式现代移动通信已广泛使用150MHz(VHF)、450MHz、900MHz(UHF)频段，因此，必须熟悉它们的传播方式和特点。发射机天线发出的无线电波，通过不同的路径到达接收机，当频率f30MHz时，典型的传播通路如图2-2所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-2典型的传播通路第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1.2自由空间的传播损耗直射波传播可按自由空间传播来考虑。自由空间是一个理想的空间，在自由空间中，电波沿直线传播，不发生反射、折射、绕射、散射和吸收等现象。在图2-3所示的自由空间中，设在原点O有一辐射源，均匀地向各方向辐射，辐射功率为PT。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 经辐射后，能量均匀地分布在以O点为球心，d为半径的球面上。已知球面的表面积为4d2，因此，在球面单位面积上的功率应为PT/4d2。若接收天线所能接收的有效面积取为A=2/4，则接收功率为第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-3自由空间传播损耗第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 通常，定义发射功率与接收功率的比值为传播损耗。所以，自由空间传播损耗Lbs为若以dB表示，则有(2-1)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1.3大气中的电波传播1.大气折射在不考虑传导电流和介质磁化的情况下，介质折射率n与相对介电系数r的关系为第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 众所周知，大气的相对介电系数与温度、湿度及气压有关。大气高度不同，r也不同，即dndh是不同的。根据折射定律，电波传播速度v与大气折射率n成反比，即第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 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行进，只是地球的实际半径Ro(6.37106m)变成了等效半径Re，Re与Ro之间的关系为第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.视线传播极限距离视线传播的极限距离可由图2-4计算。天线高度分别为ht和hr，两个天线顶点的连线AB与地面相切于C点。由于地球等效半径Re远远大于天线高度，因此，自发射天线顶点A到切点C的距离d1为同理，由切点C到接收天线顶点B的距离d2为第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-4视线传播的极限距离第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 所以，视线传播的极限距离为在标准大气折射情况下，Re=8500km，故第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1.4障碍物的影响与绕射损耗实际情况中，电波在直射传播中存在各种障碍物，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如图2-5所示。图中，x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离，称作菲涅尔余隙。规定阻挡时余隙为负，如图2-5(a)所示；无阻挡时余隙为正，如图2-5(b)所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系如图2-5(c)所示。图中，纵坐标为绕射引起的附加损耗，即相对于自由空间传播的分贝数。横坐标xx1中的x1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径，它由下列关系式求得(2-2)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-5障碍物与余隙绕射及损耗菲涅尔余隙的关系(a)负余隙；(b)正余隙；(c)绕射损耗与余隙关系第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 例2.1设在图2-5(a)所示的传播路径中，菲涅尔余隙x=-82m，d1=5km，d2=10km，工作频率为150MHz。试求电波传播损耗。解先由式(2-1)求出自由空间传播损耗：Lbs=32.45+20lg(5+10)+20lg150=99.5dB由式(2-2)求第一菲涅尔区半径：由图2-5(c)查得附加损耗(xx1-1)为17dB，所以电波传播的损耗为L=Lbs+17=116.5dB第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1.5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2-6所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-6反射波与直射波第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 不同界面的反射特性用反射系数R表征，它定义为反射波场强与入射波场强的比值，可表示为 R=|R|e-j式中，|R|为反射点上反射波场强与入射波场强的振幅比，代表反射波相对于入射波的相移。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 对于水平极化波和垂直极化波的反射系数Rh和Rv，分别由下列公式计算：(2-3)(2-4)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 式中，c是反射媒质的等效复介电常数，它与反射媒质的相对介电常数r、电导率和工作波长有关，即 c=r-j60对于地面反射，当工作频率高于150MHz(2m)时，1，由式(2-3)和式(2-4)可得Rv=Rh=-1即反射波场强的幅度等于入射波场强的幅度，相差为180。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 在图2-6中，由发射点T发出的电波分别经过直射线(TR)与地面反射路径(TOR)到达接收点R，由于两者的路径不同，因此会产生附加相移。由图2-6可知，反射波与直射波的路径差为(2-5)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 通常，(ht+hr)d，故上式中每个根号均可用二项式定理展开，并且只取展开式中的前两项，例如：由此可得到(2-6)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 由路径差d引起的附加相移为(2-7)式中，2/称为传播相移常数。这时，接收场强E可表示为(2-8)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.2 移动通信环境中的电波传播特性移动通信环境中的电波传播特性2.2.1场强测试曲线显示的电波传播特性1.固定通信环境中的电波传播特性 固定无线通信的接收点测试的模拟信号的场强特性如图2-7所示。接收点的信号场强值(dB)是时间t的函数。其信号场强值取决于发、收间的自由空间距离和地形地物对传播路径的阻挡程度。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-7固定点测试与模拟信号的场强特性第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.移动通信环境中的电波传播特性移动无线通信的接收点测试的场强特性可分作以下几种情况：(1)定点移动测试的场强特性。在给定接收点移动中对模拟信号进行场强测试，其信号场强与时间的关系特性如图2-8所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-8给定点移动测试与模拟信号的场强特性第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (2)由近及远移动测试的场强特性。沿路移动测试并记录不同距离接收点的模拟信号的电平，其场强特性如图2-9所示。接收点的信号场强值(dB)是距离d的函数，并随距离的增加而呈下降的总趋势。分析表明，它受到自由空间传播距离、阴影效应(阻挡)、多径效应、移动体的移动速度等因素的影响。图2-10所示为图2-9的移动场强特性的细部，它可显示出信号起伏的严重性。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-9移动场强测试与模拟信号的场强特性第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-10移动场强特性的细部第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (3)移动体测试的场强特性。移动体变速运动时的场强特性。图2-11所示为移动体变速运动时的场强的变化曲线。移动体恒速运动时的场强特性。图2-12所示为移动体恒速运动时的场强变化曲线。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-11变速运动时的场强的变化曲线第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-12恒速运动时的场强的变化曲线(a)高速；(b)低速第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 由上述移动条件下获得的场强特性曲线可以归纳出如下重要结论：(1)移动通信环境电波传播的场强特性曲线的起伏现象加剧；(2)场强特性曲线的平均值随距离的增加而衰减；(3)场强特性曲线的中值呈慢速起伏变化，即慢衰落；(4)场强特性曲线的瞬时值呈快速或起伏变化，即快衰落。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 因此，对移动条件下的场强特性进行分析可知，移动通信环境电波传播特性有如下特点：(1)自由空间传播损耗。(2)阴影衰落(效应)。(3)多径效应。(4)多普勒效应。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.2.2电波传播的衰落特性1.慢衰落特性1)慢衰落的原因电波传播慢衰落有两个主要原因：阴影效应和大气折射。(1)阴影效应。移动台在运动过程中，周围地形地物造成对电波传播路径的阻挡，形成电磁场的阴影，这种随移动台运动而不断变化的电磁阴影引起接收点场强中值起伏变化的现象叫做阴影效应。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (2)大气折射。当移动台处于静止状态时，由于气象条件的平缓变化使大气相对介电常数发生变化，导致大气折射率的变化，从而引起接收点场强中值缓慢变化，这种现象叫做大气折射。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2)慢衰落的统计特性因为接收点的信号电平的随机性，在讨论其信号电平特性时，需采用统计的方法。慢衰落的统计特性是指接收信号的局部平均值。(1)局部均值。局部均值的概念如图2-13所示。图中，横坐标x为距离，且有x=vt，纵坐标为场强。距离x1点处的场强局部均值定义为(2-9)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-13场强局部均值第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 若将接收信号r(x)表示成慢衰落m0(x)和快衰落r0(x)两部分，则可写作r(x)=m0(x)r0(x)(2-10)代入式(2-9)，有第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 当x=x1，并假定m0(x1)是实际的局部均值时，则有m(x1)=m0(x1)，x1-Lxx1+L因此，对场强实测曲线做统计处理时，应选择适当的L以满足下列关系：r(t)=m0(t)r0(t)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (2)对数正态分布。基于位置函数，对表征慢衰落的局部均值的统计规律分析表明，慢衰落符合对数正态分布。即有同理，基于时间函数的对数正态分布为(2-11)(2-12)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (3)联合分布的标准离差。当L和t是统计独立的正态分布的标准离差时第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2电波传播的快衰落特性1)快衰落的原因移动台附近的散射体(地形、地物和移动体等)引起的多径传播信号在接收点相叠加，造成接收信号快速起伏的现象叫快衰落。具体来说，快衰落可分为以下4种典型情况。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (1)移动台保持静止，周围是移动体。接收信号的衰落取决于周围移动体的流量和与移动台的距离。(2)移动台以速度v运动，周围无散射体。由于移动台的运动产生多普勒效应，因此会引起接收信号电平的起伏。接收信号可表示为(2-13)或写作第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 其中，=2/，x=vt,x为位移，v为速度；为电波传播方向与移动台运动方向的夹角；A为信号幅度；f0为发送信号的载波频率。若定义多普勒频率为(2-14)由(2-13)式可知，多普勒效应使接收信号的载波频率变为 fR=f0-fD第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (3)移动台以速度v在基站和一个反射体间运动。移动台收到来自基站的直射波和反射波。因为当=0时，式(2-13)即为直射波信号；当=180时，式(2-13)即为反射波信号，所以接收点的信号为其信号包络为一驻波，即第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (4)移动台以速度v运动，接收来自N个方向的反射波而无直射波。接收点的信号为N个路径信号的和，即第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2)快衰落的统计特性快衰落的统计特性包括信号包络统计特性和瞬时幅度特性两方面。(1)快衰落信号包络统计特性。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 移动台远离基站的情况下，快衰落信号包络统计特性是指在无直射波的N个路径传播时，接收信号的包络统计特性。若每条路径的信号幅度为高斯分布，相位在02内为均匀分布，则合成信号的包络分布为瑞利(Raleigh)分布(可参见图2-14(a)，且有如下概率密度函数(ProbabilityDensityFunction)表达式：(2-15)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-14概率密度函数第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 而合成信号的相位分布为均匀分布，即(2-16)合成信号包络的累积概率分布(CumulativeProbabilityDistribution)为(2-17)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 一阶矩(均值)为二阶矩为第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 利用式(2-17)表示的信号包络的累积分布，可定义信号包络样本区间的中值(场强中值)是满足下式的rm值，即 P(rrm)=0.5(2-18)可求得rm=1.77。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 移动台靠近基站的情况下，快衰落信号包络统计特性是指在含有一个强直射波的N个路径传播时，接收信号的包络统计特性。若每条路径的信号幅度为高斯分布，相位在02内为均匀分布，则合成信号的包络分布为莱斯(Rician)分布(可参见图2-14(b)，且有如下概率密度函数表达式：(2-19)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 当 时，式(2-19)可简化为(2-20)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (2)快衰落瞬时幅度特性。快衰落瞬时幅度特性可用电平通过率(Level Crossing Rate)、衰落速率(FadingRate)、衰落深度(DeepofFading)和衰落持续时间(FadedDuration)来表征。电平通过率LCR(LevelCrossingRate，)是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。若时间T内发生N次则有第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图(2-15)中所示的A为给定电平，在时间T内以正斜率通过A电平的次数为4次，所以其电平通过率等于4/T。因为电平通过率是随机量，所以多用平均电平通过率来描述，它与移动体运动速度v、工作波长有关，可表示为(2-21)式中第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-15电平通过率和平均衰落持续时间第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 衰落速率是指在单位时间内信号电平以正斜率通过中值电平的次数。它等于某一给定电平为中值电平时的电平通过率。中值电平满足式(2-18)的rm值。衰落速率与信号波长、运动速度v和多径数目有关。由经验数据可得到平均衰落率(AverageFadingRate)为第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 衰落持续时间是指信号电平低于某一电平(门限电平)的持续时间。它是随机量。因此，可定义平均衰落持续时间AFD(AverageFadedDuration)：信号电平低于某一规定电平值A的概率与该规定电平值的电平通过率之比，即有第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.3 多径传播与数字信号传输多径传播与数字信号传输 多径衰落信道对模拟信号传输的影响已为人们所熟悉。其信道特性可由信号在自由空间传播损耗、信号衰落深度、信号衰落次数等参数来表征。这些参数决定了电波传播的覆盖范围和场强分布图。但是，对数字信号的传输来说，仅有这些参数是不够的。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 在图2-16中，示出了信号的时延扩展的情况。当工作频率为850MHz、移动台速度为15kmh时，信号衰落次数为16次/s，衰落持续时间为6ms。局部散射体引起的近区时延扩展在市区为3s，在郊区为0.3s。远区高层建筑物引起的信号时延约为20s，远山区引起的多径时延约为100s。下面将重点讨论多径时延扩展对数字通信的影响。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-16移动通信多径传播时延扩展第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.3.1多径时延扩展若已知多径时延的分布为p()，则有平均时延(一阶矩)为二阶中心矩(方差)为定义多径时延扩展为，且有表达式(2-22)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-17多径时延统计参量的物理意义第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.3.2相关带宽和相关时间1.信道相关带宽信道相关带宽是表征载波频率不同的信号其包络衰落的相关性。相关带宽Bc与多径扩展有关，它反映信道的时间散布。当相关系数取0.5时，相关带宽可有如下表达式：(2-23)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.信道相关时间信道相关时间t与信道多普勒扩展Bd有关，它反映信道的频率散布。可表示为(2-24)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.3.3多径衰落信道对数字信号传输的影响1.幅度衰落特性对数字信号的影响1)幅度衰落特性多径传播将引起接收信号呈现幅度(包络)衰落和频率选择性衰落。多径信号的包络衰落分为慢衰落(短期衰落)和快衰落(长期衰落)。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 可得到如下的统计规律：(1)无直射波的移动通信环境下的快衰落符合瑞利分布。(2)有直射波的移动通信环境下的快衰落符合莱斯分布。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2)幅度衰落的影响幅度慢衰落表现为接收信噪比的缓慢变化，它将影响数字信号传输的误码率。为保证传输误码率小于给定值，要求接收点处的信号电平高于门限值。快衰落瞬时幅度特性是用电平通过率、衰落速率、衰落深度和衰落持续时间以及衰落持续时间的分布来表征的。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.选择性衰落信道1)时间选择性信道时间选择性信道是指在时间(0，T)内，信号的包络、频率和相位均随时间而变化。2)频率选择性信道频率选择性信道对不同频率的信号具有不同的增益和相移，这将对数字信号产生波形失真，甚至造成信号的重叠，引起符号间干扰。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 3)频率非选择性慢衰落信道频率非选择性慢衰落信道是指信号带宽W满足条件WBc，信号持续时间T满足条件Tt的信道。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.4 电波传播特性的估算电波传播特性的估算 2.4.1市区传播损耗中值在城市街道地区，电波传播损耗取决于传播距离d、工作频率f、基地站天线有效高度hb，移动台天线高度hm以及街道的走向和宽窄等。OM模型中，给出了准平滑地形市区传播损耗中值的预测曲线簇，如图2-18所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-18测准平滑地形大城市地区的电波传播损耗中值第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 若基地站天线有效高度不是200m，可利用图2-19查出修正因子Hb(hb，d)，对基本损耗中值加以修正，它称为基地站天线高度的增益因子。图2-20是以hb=200m，hm=3m作为0dB参考的。Hb(hb，d)反映了由于基地站天线高度变化，使图2-19的预测值产生的变化量。同样，若移动台天线高度不等于3m时，可利用图2-20查出修正因子Hm(hm，f)，对基本损耗中值进行修正，它称为移动台天线高度的增益因子。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-19基地站天线高度增益因子第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-20移动台天线高度增益因子第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 在考虑基地站天线高度增益因子与移动台天线高度增益因子的情况下，式(2-25)所示的准平滑地形市区路径传播损耗中值应为LT=Lbs+Am(f，d)-Hb(hb，d)-Hm(hm，f)(2-26)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.4.2郊区和开阔区的传播损耗中值郊区的建筑物一般是分散、低矮的，电波传播条件优于市区，故其损耗中值必然低于市区损耗中值。市区损耗中值与郊区损耗中值之差称为郊区修正因子kmr，所以，kmr为增益因子。它随工作频率和传播距离变化的关系示于图2-21中。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-21郊区修正因子第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 开阔区、准开阔区(开阔区与郊区之间的过渡地区)的损耗中值相对于市区损耗中值的修正曲线如图2-22所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-22开阔区、准开阔区修正因子第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.4.3不规则地形上的传播损耗中值1.丘陵地的修正因子丘陵地的地形参数可用“地形起伏”高度h表示。其定义是：自接收点向发射点延伸10km范围内，地形起伏的90与10处的高度差，如图2-23所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-23丘陵地的修正因子第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 在丘陵地中，由于起伏的顶部与谷部的损耗中值相差较大，为此有必要进一步加以修正，如图2-23所示。图2-24中给出了丘陵地上起伏的顶部和谷部的微小修正值khf，它是在kh的基础上，进一步修正的微小修正值。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-24丘陵地形微小修正值第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.孤立山岳地形的修正因子当电波传播路径上有近似刃形的单独山岳时，若求山背后的场强，则应考虑绕射损耗、阴影效应、屏蔽吸收等附加损耗。这时，可用孤立山岳修正因子kjs加以修正，其曲线如图2-25所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-25孤立山岳地形的修正因子第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 3.斜坡地形的修正因子斜坡地形系指在510km内倾斜的地形。若在电波传播方向上，地形逐渐升高，称为正斜坡，倾角为+m；反之为负斜坡，倾角为-m，如图2-26所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-26斜坡地形修正因子第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 4.水陆混合地形的修正因子在电波传播路径上，如遇有湖泊或其它水域，接收信号的路径损耗中值比单纯陆地传播时要低。不难想像，水路混合地形修正因子ks亦应为增益因子。图2-27（c）中的横坐标用水面距离dSR与全部距离d之比(dSRd)作为地形参数，纵坐标为水陆混合地形修正因子ks，其值还与水面所处的位置有关。图中，曲线A表示水面位于移动台一方时，水陆混合地形的修正值(图2-27(a)；曲线B表示水面位于基地站一方时的修正值图(2-27(b)。当水面在传播路径的中间时，则取上述两曲线的中间值。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-27水陆混合地形的修正因子第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.4.4任意地形、地物的传播损耗 1.计算自由空间的传播损耗根据式(2-1)，自由空间的传播损耗Lbs为Lbs=32.45+20lgd(km)+20lgf(MHz)2.准平滑地形市区的信号中值根据式(2-26)，准平滑地形市区的传播损耗中值LT为LT=Lbs+Am(f，d)-Hb(hb，d)-Hm(hm，f)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 如果发射机送至天线的发射功率为PT，则准平滑地形市区接收信号功率中值Pp为Pp=PT-LT=PT-Lbs-Am(f，d)+Hb(hb，d)+Hm(hm，f)(2-27)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 3.任意地形、地物情况下的信号中值任意地形、地物情况下的传播损耗中值LA为LA=LT-KT(2-28)式中，LT为准平滑地形市区的传播损耗中值；KT为地形、地物修正因子，它由如下项目构成：KT=kmr+Qo+Qr+kh+khf+kjs+ksp+ks(2-29)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 式中：kmr郊区修正因子，可由图2-21查得；Qo、Qr开阔区、准开阔区修正因子，可由图2-22查得；kh、khf丘陵地形修正因子及丘陵地微小修正值，可由图2-23、图2-24查得；第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 任意地形、地物情况下，接收信号的功率中值Ppc是以准平滑地形市区的接收功率中值Pp为基础，加上地形、地物修正因子KT，即Ppc=Pp+KT(2-30)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 例2.2 某一移动电话系统，工作频率为450MHz，基地站天线高度为70m，移动台天线高度为1.5m，在市区工作，传播路径为准平滑地形，通信距离为20km，求传播路径的损耗中值。例2.3 若上题改为在郊区工作，传播路径是正斜波，且m=15mrad，其它条件不变，再求传播路径的损耗中值。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 4.奥村(Okumura)传播路径损耗经验公式根据奥村的各种传播路径损耗经验曲线，可归纳出一个传播路径损耗经验公式：Lp=69.55+26.16lgfc-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)lgd(dB)(2-31)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 中小城市的修正因子a(hm)为a(hm)=(1.1lgfc-0.7)hm-(1.56lgfc-0.8)(2-32)大城市的修正因子a(hm)为a(hm)=3.2(lg11.57hm)2-4.97，fc400MHz(2-33)a(hm)=8.29(lg1.54hm)2-1.1，fc200MHz(2-34)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.4.5其它因素的影响1.街道走向的影响电波传播的损耗中值与街道的走向(相对于电波传播方向)有关，特别是在市区，当街道走向与电波传播方向平行(纵向)或垂直(横向)时，在离开基地站同一距离上，接收的场强中值相差很大。图2-28给出了它们相对于基本损耗中值的修正曲线。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-28市区街道走向修正值因子第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.建筑物的穿透损耗各个频段的电波穿透建筑物的能力是不同的，一般来说波长越短，穿透能力越强，如表2-1所示。同时，各个建筑物对电波的吸收能力也是不同的。不同的材料、结构和楼房层数，其吸收损耗的数据都不一样。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 表2-1建筑物的穿透损耗(地面层)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 一般介绍的经验传播模型都是以在街心或空阔地面为假设条件，故如果移动台要在室内使用，在计算传播损耗和场强时，需把建筑物的穿透损耗也计算过去，才能保持良好的可通率。即Lb=L0-Lp式中，Lb为实际路径损耗中值，L0为在街心的路径损耗中值，Lp为建筑物的穿透损耗。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 3.植被损耗树木、植被对电波有吸收作用。在传播路径上由树木、植被引起的附加损耗不仅取决于树木的高度、种类、形状、分布密度、空气湿度及季节的变化，还取决于工作频率、天线极化、通过树林的路径长度等多方面因素。在城市中，由于树林、绿地与建筑物往往是交替存在着，所以，它对电波传播引起的损耗与大片森林对电波传播的影响是不同的。大片森林对电波传播产生的附加损耗可参看图2-30。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-29信号损耗值与楼层高度第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-30森林地带的附加损耗第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-31电波在隧道中的传播损耗第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 4.隧道中的传播移动通信的空间电波传播在遇到隧道等地理障碍时，将受到严重衰落而不能通信。如地下铁道中的无线调度系统，汽车移动电话在公路穿越河流或山脉的地下通道中，均需解决隧道或地下通道中的传播问题。空间电波在隧道中传播时，由于隧道壁的吸收及电波的干涉作用而受到较大的损耗。在图2-31中，曲线A是频率为160MHz时，隧道内两半波偶极子天线之间的电波传播损耗。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 *2.5 无线链路计算无线链路计算(一一)2.5.1信噪比和语音质量标准信噪比的定义是：在接收机的输出端，低频信号+噪声+失真与噪声的功率比值，即信号+噪声+失真噪声第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 这一比值有时也称为收信机的输出信噪比。在没有特定干扰时，它对语音而言即为信纳比：信纳比(SINAD)=信号+噪声+失真噪声+失真第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 在移动通信系统中，信噪比的数值是根据语音质量的要求来确定的。语音质量的合格标准对不同使用对象是不相同的，因而其对应的信噪比数值也不相同。语音质量的评定往往采用主观评定的办法，CCITT把语音质量划分为五级进行评分，如表2-2所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 表2-2CCITT语音质量五级评分标准第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.5.2接收机允许的最小输入载噪比在模拟移动电话系统中，语音信号多采用调频制。当调频波用鉴频器解调时，解调器输出的信号和噪声电平随输入电平而变化，其变化特性如图2-32所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-32调频接收机输出端信噪比与输入电平的关系第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 在模拟制移动通信系统中，语音信号的调制多采用调频(相)制而不采用其它连续波调制，这是因为调频制的抗噪声能力较强，这一点可以从调频解调器输出信噪比的改善得以反映。由调制解调的理论分析可知，调频接收机输出信噪比与输入载噪比有如下的关系：(2-35)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 在工程上，多使用式(2-6)的改写形式，即调频接收机的信噪比改善度GFM：(2-36)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.5.3噪声和衰落的影响由于噪声和衰落的存在将导致信息传输质量的下降，即造成信息的损伤或恶化，所以，在讨论系统质量指标时，必须研究噪声和衰落的影响。在移