补充 移动通信的电波传播与干扰.pptx

直射波及地面反射波（最一般的传播形式）对流层反射波（传播具有很大的随机性）山体绕射波（阴影区域信号来源）电离层反射波（超视距通讯途径）传播途径传播途径第1页/共156页地波传播：是一种沿着地球表面传播的电磁波，称为地面波或表面波传播，简称地表波。天波传播：电波向天空辐射并经电离层反射回到地面的传播方式称为天波传播，也称电离层传播。直射波传播：电波从发射天线直射到接收天线的传播方式，称为直射波传播，有时也称视距传播或视线传播。散射传播：这种传播主要是由于电磁波投射到大气层（如对流层）中的不均匀气团时产生散射，其中一部分电磁波到达接收地点。电磁波的波长不同，传播方式与特点也不一样。但电磁波在传播过程中有些特性，主要有下列几点：第2页/共156页1.电波在均匀媒质中沿直线传播一般辐射到空间的电磁波都是球面波，即以场源为中心的球面上电场的大小、相位都相同。但是当我们仅考虑离开场源很远的一小部分空间范围内的波面时，可以近似地看成均匀平面波。在均匀媒质中，电波的各射线的传播速度相同，传播过程中各射线互相平行，电磁场方向不变，所以传播方向不变，即按原先的方向直线向前传播。2.能量的扩散与吸收当电磁波离开天线以后，向四面八方扩散，随着传播距离的增加，电磁波能量分布在越来越大的面积上，由于天线辐射的总能量一定，因此分布的面积越大，则通过第3页/共156页单位面积上的能量就越小。所以离开天线的距离越远，空间的电磁场就越来越弱。假若发射天线置于自由空间（一个无任何能反射或吸收电磁波物体的无穷大空间）中，若此天线无方向性，辐射功率为Pr瓦，则距辐射天线d米处的电场强度E0为：（V/m）（3-1）式(3-1)表明，电场强度与传播距离成反比，这种随着传播距离的增加而电场强度逐渐减弱的现象，完全是由电波在自由空间中能量的扩散而引起的。第4页/共156页实际情况下，电磁波在大气中传播时，会遇到各种有损耗的介质、导体或半导体，因而损耗了一部分能量。这种现象叫做电磁波能量吸收。因此当考虑了电波吸收后，空间任一点场强的大小将小于(3-1)式的值。3.反射与折射当电波由一种媒质传到另一种媒质时，在两种媒质的分界面上，传播方向要发生变化，产生反射与折射现象。AC入射波入射波反射波反射波媒质媒质1媒质媒质2B(a)反射反射入射波入射波折射波折射波媒质媒质1媒质媒质2(b)折射折射图图3.2电波的反射与折射电波的反射与折射12BAC12第5页/共156页当电波在两种媒质分界面上改变传播方向以后，又返回到原来的媒质，这种现象称为反射，如图3.2（a）所示。电磁波的反射和光的反射一样，符合反射定律，即入射角等于反射角，即电波在分界面改变传播方向进入第二种媒质中传播，这种现象称为折射，如图3.2（b）所示，它同样遵守光学折射定理，即（3-2）上式中，v1、v2分别为电波在媒质1和媒质2中的传播速度，和是媒质1和媒质2的介电常数。因此，当两种媒质的介电常数相差越大时，电波在它们中传播速度相差也就越大，引起的电波传播方向的变化也就越大。第6页/共156页4.电波的干涉由同一波源所产生的电磁波，经过不同的路径到达某接收点，则该接收点的场强由不同路径来的电波合成。这种现象称为波的干涉，也称作多径效应。图3.3中示出的接收点C的场强是由直射波和地面反射波合成的，形成干涉。合成电场强度与各射线电场的相位有密切关系，当它们同相位时，合成场强最大；当它们反相时，合成场强最小。所以当接收点不同时，合成场强也是变化的。第7页/共156页5.绕射现象 电波在传播过程中有一定绕过障碍物的能力，这种现象称为绕射。由于平面波有一定的绕射能力，所以能够绕过高低不平的地面或有一定高度的障碍物，然后到达接收点。这也就是在障碍物后面有时仍能收到无线电信号的原因。电波的绕射能力与电波的波长有关，波长越长，绕射能力越强，波长越短，则绕射能力越弱。第8页/共156页几个常用各词的含义几个常用各词的含义1.分贝（dB）分贝（dB）是一个相对计量单位。其实，其基本单位是贝尔，它是一个以10为底的对数，但由于其单位较大，故我们常以它的1/10的值来作常用单位，这就是分贝。首先来讨论功率分贝。图3.4（a）所示网络，它的输入功率Pi为1瓦，输出功率Po为2瓦，亦即功率放大倍数为2，以贝尔表示的增益则为 增益lg(Po/Pi)lg(2/1)0.30103（贝尔）第9页/共156页由于1贝尔10分贝，故P i=1W网络络Po=2W（a）3dB增益P i=2W网络络Po=1W（b）3dB衰耗图3.4网络增益与衰耗增益（dB）10lg(Po/Pi)3.0103（dB）或近似为3分贝的增益。图3.4（b）所示网络，输入功率是2瓦，输出功率是1瓦，则网络衰耗为衰耗（dB）10lg(Pi/Po)3.0103（dB）在图（b）所示情况下，网络衰耗约3dB或者说增益为-3dB。第10页/共156页由于功率PU2/R，所以增益10lg(Po/Pi)20lg(Uo/Ui)。推而广之，此式也适用于任何两点上的电压，上式可写成：（3-3）需要指出的是：当使用上面公式时，应记住它们必须在相同阻抗情况下才有意义，也就是说，这两式虽以电压或电流的形式出现，但其本质上还是表示了两点的功率差异。因为其分子、分母中的电阻R值相同，被约掉了。2.分贝毫瓦（dBm）与分贝瓦（dBW）前面所述的分贝（dB）是一个相对的单位。不能表示绝对电平，例如不能说一个放大器的输出是20dB，但可以第11页/共156页说放大器增益为20dB。为了给出绝对电平的概念，采用了分贝毫瓦（dBm）和分贝瓦（dBW）的单位。为相对于1毫瓦的功率电平，即以1毫瓦的功率为参考的分贝，10lgPo/Pi中的Pi固定等于1mW，故dBm公式可写为 功率（dBm）10lg（3-4）若Po为lmW，以dBm表示时即为0dBm。有时也采用分贝瓦（dBW），它定义以1瓦为参考的分贝值，dBW公式可写为 功率（dBW）10lg（3-5）第12页/共156页3.分贝毫伏（dBmV）与分贝微伏（）分贝毫伏（dBmV）是绝对分贝计量单位，广泛用在视频传输中。一个电压可以用高于或低于1毫伏电压的分贝数来表示，此分贝数可以说成是以分贝毫伏（dBmV）计的电平。需要指出的是该电压是在标准电阻75上测得的电压有效值，即电压电平（dBmV）（3-6）或dBmV=20lgU，U是75上以毫伏表示的电压。在高频传输中，有时用分贝微伏来表示电压电平，用公式可写成电压电平（）（3-7）或20lgU，U是75上以微伏表示的电压。第13页/共156页4.接收机输入电压与输入功率 如图3.5所示，若把内阻为RS的高频信号发生器接到接收机输入端，若接收机输入电阻Ri与RS相等，即RS=Ri=R，则接收机输入端上的实际电压为信号源电压Us之半。但是接收机输入电压却定义为Us，亦即是信号发生器输出端的开路电压。在信道计算中，常以来表示电压，如果图中Us单位为伏，以表示时为图3.5接收机输入电压与输入功率含义Us/2Ri=RsRsUsRi信号产生器接收机Us()20lg20lg Us+120（3-8）而接收机输入功率PR为（3-9）第14页/共156页若以dBm表示则为 PR(dBm)10lg20lg Us-10lgR+24上式中Us单位是伏，R单位是欧姆。5.电场强度与电压移动通信系统中大多采用线天线，其接收的电场强度是指有效长度为1米的天线所感应的电压值，单位为V/m。为了求出半波振子所产生的电压，必须先求出其天线的有效长度。半波振子天线上的电流分布如图3.6所示，呈余弦分布（点划线所示），中心馈电点电流最大。如果另有一个假设天线，它的电流分布是均匀的，而且等于半波振子天线电流的最大值，它形成图中虚线所示的第15页/共156页矩形。如令矩形面积等于半波振子天线余弦曲线围绕的面积，则这个假设天线的长度就是半波振子天线的有效长度，计算结果等于/。由半波振子感应电压Us等于天线有效长度与电场强度之乘积，即（3-11）图3.6半波振子天线的有效长度第16页/共156页因为半波振子的阻抗是73.1，所以半波振子天线（简称半波天线）可以与一个电压为Us，内阻为73.1的信号源相等效。而接收机的输入阻抗通常是50，它们并不完全匹配，为此要加入一阻抗匹配网络，如图3.7所示。接收机输入端电压为 ，用开路电压表示为，即（V）（3-12）上式中E单位为V/m，单位为米。图3.7使用半波天线时接收机输入电路第17页/共156页6.场强中值场强中值在移动信道计算或场强测试中非常有用，因为接收信号的场强是随机变化的，即使是在同一地点接收同一信号，场强瞬时值也是变化的，如图3.8所示。图中E0为场强中值，即高于E0的时间总和与低于E0时间总和相等，即满足：T1+T3+T5+T7+T9=T2+T4+T6+T8+T10这样，在观察时间T足够长，E0为E1或E2场强中值，即具有50%概率的场强值称为场强中值。图3.8 场强中值第18页/共156页7.衰落深度仅用场强中值不足以反映电场强度随机起伏情形，例如图3.8中E1和E2两条曲线，它们中值相等，但起伏的高度不同，很明显，E1比E2起伏大，也称E1衰落深度较大。通常定义接收场强值与中值电平之差为衰落深度，即以中值为参考电平，实际中常用分贝数表示，用公式表示为：衰落深度(dB)20lg（3-14）式中：E1接收场强值、E0场强中值。一般在移动信道中，衰落深度达2030dB。是描述衰落严重程度的物理量 第19页/共156页移动环境中电波传播特点移动环境中电波传播特点移动通信与固定通信的不同即在于通信时电台所处的环境是移动的，这时电台天线所收到的电磁波场强有着严重的衰落和相当大的多径时延以及多普勒频移。它对移动通信影响很大，分别叙述如下：1.1.电波信号的衰落通过实际测量，可以发现所收到的场强振幅有着迅速的随机变化，它的变化速率与车速及电波波长有关，其变化范围可达到数十分贝，如图3.9所示。第20页/共156页图3.9移动台天线所接收的信号振幅图上的信号是移动台工作于900MHz，在1秒内行进10.7米时所收到的情况。这种起伏称为信号的衰落。振幅每起伏一次称为衰落一次，衰落的平均速度为2v/，（v为车速，为波长），衰落一次的平均距离为/2。这种衰落称为快速第21页/共156页衰落。从图3.9中可以看出衰落的幅度（起伏的差值）可达10分贝以上，在某些环境甚至可高达30分贝。快衰落是由于接收天线收到来自同一发射源，但经周围地形地物的反射或散射而从各方向来的不同路径的电波，当天线移动时，这些电波之间的相对相位（即相位差）要发生变化，因而总合成的振幅就发生了起伏，所以也称为多径衰落。在车辆行进时，还会发现信号的振幅除了快衰落以外，还有一种较缓慢地起伏，即快衰落叠加于这一缓慢起伏之上。这慢起伏称为慢衰落。它是由于地形地物的沿途变化，车行到某处，电波的一部分受到遮挡，或由于某些强烈的反射出现或消失而产生的。因此这种慢衰落又称为阴影衰落。它们对移动通信的影响是很大的，不论模拟信号或数字信号都必须考虑这两种衰落的影响。第22页/共156页距离距离(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落第23页/共156页2.电波信号的多径时延移动台所收到的是多径信号，它是同一信号通过不同路径而到达接收天线的，因而它到达的时间先后和强度会有所不同（电波走的路程长短不同，所以到达时间有先后，遭到的衰减也不同）。当发射台发送一个脉冲信号时，收到的可以是多个脉冲的综合结果，如图3.10所示。不同路径传来的脉冲到达接收天线时，相对于路径最短的那个脉冲（往往也是最强的）有着不同的时间差，这个差值称为多径时延，或叫差分时延。多个不同的时延构成了多径时延的扩展，如图3.10（b）所示。这里的多径时延扩展只是从概念第24页/共156页上说的，后面还将讨论它的严格定义。时延扩展的数值在陆地环境下约为数微秒，随环境地形地物的状况而不同，一般它与频率无关，它对数字移动通信有着极其重要的影响。3.多普勒效应当移动台对于基站有相对运动时，收到的电波将发生频率的变化，此变化称为多普勒频移。频移之值f=（v/）cos，它与车速v成正比，与波长成反比，为车运动的方向与指向基站的直线所成的夹角。当运动方向朝向基站时，f为正；反之为负。f的最大值为v/，记为fm，称为最大多普勒频偏。如果车速不高，则此值不大，一般小于设备的频率稳定度，影响可以忽略。但对于一些高速的移动体，例如在航空移动通信中由于飞机速度很高，必须考虑它的一些。第25页/共156页需指出的是：以上叙述虽然是基站发射、移动台接收的情况，但根据互易原理，当移动台发射、基站接收时，所讨论的结果是一样的。还需指出的是：当固定通信时（或移动台静止时通信），虽然多径传播仍然存在，但由于静止，所收到的信号没有快衰落的现象，只有由于大气参数（如温度、湿度、压力等）的缓慢变化而引起折射的变化，也可能构成电波幅度对时间作缓慢地慢衰落（注意，它不同于前述移动地点而变得阴影衰落）。唯一的例外是当有强烈反射的移动体经过附近（例如，会反射电波的车辆或飞机等），且干扰到接收机的电波时，会有短暂的快衰落。多径时延扩展在固定通信时当然存在，但它这时是固定数值而不再随机变化了。多普勒频移则不再存在。因此固定通信的情况比移动通信的简单得多。第26页/共156页陆地移动通信的场强计算陆地移动通信的场强计算1.地形、地物分类（1）地形的分类与定义为了计算移动信道中信号电场强度中值(或传播损耗中值)，可将地形分为两大类，即中等起伏地形和不规则地形，并以中等起伏地形作传播基准。所谓中等起伏地形是指在传播路径的地形剖面图上，地面起伏高度不超过20m，且起伏缓慢，峰点与谷点之间的水平距离大于起伏高度。其它地形如丘陵、孤立山岳、斜坡和水陆混合地形等统称为不规则地形。由于天线架设在高度不同的地形上，天线的有效高度是第27页/共156页不一样的。（例如，把20m的天线架设在地面上和架设在几十层的高楼顶上，通信效果自然不同。）因此必须合理规定天线的有效高度，其计算方法参见图3.11。若基站天线顶点的海拔高度为hts，从天线设置地点开始，沿着电波传播方向的3km到15km之内的地面平均海拔高度为hga，则定义基站天线的有效高度为 hb=htshga（315）若传播距离不到15km,hga是3km到实际距离之间的平均海拔高度。移动台天线的有效高度hm总是指天线在当地地面上的高度。第28页/共156页（2）地物(或地区)分类不同地物环境其传播条件不同，按照地物的密集程度不同可分为三类地区：开阔地。在电波传播的路径上无高大树木、建筑物等障碍物，呈开阔状地面，如农田、荒野、广场、沙漠和戈壁滩等；郊区。在靠近移动台近处有些障碍物但不稠密，例如，有少量的低层房屋或小树林等；市区。有较密集的建筑物和高层楼房。基站天线的有效高度第29页/共156页当然，上述三种地区之间都是有过渡区的，但在了解以上三类地区的传播情况之后，过渡区的传播情况就可以大致地估计出来。2.中等起伏地形上传播损耗的中值（1）市区传播损耗的中值在计算各种地形、地物上的传播损耗时，均以中等起伏地上市区的损耗中值或场强中值作为基准，因而把它称作基准中值或基本中值。第30页/共156页由电波传播理论可知，传播损耗取决于传播距离d、工作频率f、基站天线高度hb和移动台天线高度hm等。在大量实验、统计分析的基础上，可作出传播损耗基本中值的预测曲线。如图3.12给出了典型中等起伏地上市区的基本中值Am(f,d)与频率、距离的关系曲线。图上，纵坐标刻度以dB计，是以自由空间的传播损耗为0dB的相对值。换言之，曲线上读出的是基本损耗中值大于自由空间传播损耗的数值。由图可见，随着频率升高和距离增大，市区传播基本损耗中值都将增加。图中曲线是在基准天线高度情况下测得的，即基站天线高度hb200m，移动台天线高度hm3m。第31页/共156页图3.12 典型中等起伏地上市区的基本损耗中值第32页/共156页如果基站天线的高度不是200m,则损耗中值的差异用基站天线高度增益因子Hb(hb,d)表示。图3.13(a)给出了不同通信距离d时，Hb(hb,d)与hb的关系。显然，当hb200m时，Hb(hb,d)0dB；反之，当hb200m时，Hb(hb,d)0dB。第33页/共156页 基站天线有效 高度增益因子 Hb(hb,d)第34页/共156页同理，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3.13(b)。当hm3m时，Hm(hm,f)0dB；反之，当hm3m时，Hm(hm,f)0dB。由图3.13(b)还可见，当移动台天线高度大于5m以上时，其高度增益因子Hm(hm,f)不仅与高度、频率有关，而且还与环境条件有关。例如，在中小城市，因建筑物的平均高度较低，它的屏蔽作用较小，当移动台天线高度大于4m时，随天线高度增加，天线高度增益因子明显增大；当移动台天线高度在14m范围内，Hm(hm,f)受环境条件的影响较小，移动台天线高度增加一倍时，Hm(hm,f)变化约为3dB。第35页/共156页 MS天线有效 高度增益因子 Hm(hm,f)第36页/共156页此外，市区的场强中值还与街道走向（相对于电波传播方向）有关。纵向路线（与电波传播方向相平行）的损耗中值明显小于横向路线（与电波传播方向相垂直）的损耗中值。这是由于沿建筑物形成的沟道有利于无线电波的传播（称为沟道效应），使得在纵向路线上的场强中值高于第37页/共156页基准场强中值，而在横向路线上的场强中值低于基准场强中值。图3.14给出了它们相对于基准场强中值的修正曲线。街道走向修正因子Kaf/Kac第38页/共156页（2）郊区和开阔地损耗中值郊区的建筑物一般是分散、低矮的，故电波传播条件优于市区。郊区场强中值与基准场强中值之差称为郊区修正因子，记作Km，它随频率和距离的关系如图3.15所示。由图可知，郊区场强中值大于市区场强中值。或者说，郊区的传播损耗中值比市区传播损耗中值要小。第39页/共156页郊区、开阔地的衰减中值的预测L郊区=Ls市区-Kmr 郊区修正因子Kmr 第40页/共156页图3.16给出的是开阔地、准开阔地（开阔地与郊区间的过渡区）的场强中值相对于基准场强中值的修正曲线。Q0表示开阔地修正因子，表示准开阔地修正因子。显然，开阔地的传播条件由于市区、郊区及准开阔地，在相同条件下，开阔地上场强中值比市区高达20dB。第41页/共156页开阔地衰减中值的预测L开阔地=Ls市区-Qo(或Qr)Qo为开阔地修正因子Qr为准开阔地的修正因子第42页/共156页为了求出郊区、开阔地及准开阔地的损耗中值，应先求出相应的市区传播损耗中值，然后再减去由图3.15或图3.16查得的修正因子即可。第43页/共156页（3）.不规则地形上传播损耗的中值对于丘陵、孤立山岳、斜坡及水陆混合等不规则地形，其传播损耗计算同样可以采用场强中值修正的办法。下面分别予以介绍。第44页/共156页（a）丘陵地的修正因子Kh丘陵地的地形参数用地形起伏高度h表征。它的定义是：自接收点向发射点延伸10km的范围内，地形起伏的90%与10%的高度差(参见图3.17(a)上方)即为h。这一定义只适用于地形起伏达数次以上的情况，对于单纯斜坡地形将用后述的另一种方法处理丘陵地的场强中值修正因子分为两项：一是丘陵地平均修正因子Kh；二是丘陵地微小修正因子Khf。由图3.17（a）是丘陵地平均修正因子Kh（简称丘陵地修正因子）的曲线，它表示丘陵地场强中值与基准场强中值之差。由图可见随着丘陵地起伏高度（h）的增大，由于屏蔽影响的增大，传播损耗随之增大，因而场强中值随之减小。此外，可以想到在丘陵地中，场强中值在第45页/共156页起伏地的顶部与谷部的微小修正值曲线。图中，上方画出了地形起伏与电场变化的对应关系，顶部处修正值Khf（以dB计）为正，谷部处修正值Khf为负。第46页/共156页（b）孤立山岳修正因子Kjs当电波传播路径上有近似刀刃形的单独山岳时，若求山背后的电场强度，一般可从相应的自由空间场强中减去刃峰绕射损耗即可。但对天线高度较低的陆地上移动台来说，还必须考虑障碍物的阴影效应和屏蔽吸收等附加损耗。由于附加损耗不易计算，故仍采用统计方法给出的修正因子Kjs曲线。图3.18给出的是适用于工作频段为450900MHz、山岳高度在110350m范围，由实测所得的弧立山岳地形的修正因子Kjs的曲线。其中，d1是发射天线至山顶的水平距离，d2是山顶至移动台的水平距离。图中，Kjs是针对山岳高度H=200m所得到的场强中值与基准场强的差值。如果实际的山岳高度不为200m时，上述求得的修正因子Kjs还需乘以系数，计算的经验公式为（316）式中，H的单位为m。第47页/共156页孤立山岳的修正因子Kjs第48页/共156页（c）斜波地形修正因子Ksp斜坡地形系指在510km范围内的倾斜地形。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3.19的下部所示。图3.19给出的斜坡地形修正因子的Ksp曲线是在450MHz和900MHz频段得到的，横坐标为平均倾角，以毫弧度（mrad）作单位。图中给出了三种不同距离的修正值，其它距离的值可用内插法近似求出。此外，如果斜坡地形处于丘陵地带时，还必须增加由h引起的修正因子Kh。第49页/共156页斜坡地形的修正因子Ksp。在510km内地形倾斜正斜坡，倾角为+m负斜坡，倾角为-m第50页/共156页（d）水陆混合路径修正因子KS在传播路径中遇到有湖泊或其它水域，接收信号的场强往往比全是陆地时要高。为估算水陆混合路径情况下的场强中值，用水面距离dSR与全程距离d的比值作为地形参数。此外，水陆混合路径修正因子的KS大小还与水面所处的位置有关。图3.20中，曲线A表示水面靠近移动台一方的修正因子，曲线B（虚线）表示水面靠近基站一方时的修正因子。在同样dSR/d 情况下，水面位于移动台一方的修正因子KS较大，即信号场强中值较大。如果水面位于传播路径中间时，应取上述两条曲线的中间值。第51页/共156页水陆混合路径修正因子KS第52页/共156页(4).任意地形地区的传播损耗中值我们已经分别阐述了各种地形地区情况下信号的传播损耗中值与距离、频率及天线高度等的关系，利用上述各种修正因子就能较准确地估算各种地形地物条件下的传播损耗中值，进而求出信号的功率中值。（a）中等起伏地市区中接收信号的功率中值PP中等起伏地市区接收信号的功率中值PP(不考虑街道走向)可由下式确定：（317）式中，P0为自由空间传播条件下的接收信号的功率，即第53页/共156页（318）式中：PT发射机送至天线的发射功率；工作波长；d收发天线间的距离；Gb基站天线增益；Gm移动台天线增益。Am(f,d)是中等起伏地市区的基本损耗中值，即假定自由空间损耗为0dB，基站天线高度为200m,移动台天线高度为3m的情况下得到的损耗中值，它可由图3.12求出。第54页/共156页 Hb(hb,d)是基站天线高度增益因子，它是以基站天线高度200m为基准得到的相对增益，其值可由图3.13(a)求出。Hm(hm,f)是移动天线高度增益因子，它是以移动台天线高度3m为基准得到的相对增益，可由图3.13(b)求得。若需要考虑街道走向时，式（317）还应再加上纵向和横向路径的修正值。（b）任意地形地区接收信号的功率中值PPC 任意地形地区接收信号的功率中值是以中等起伏地市区接收信号的功率中值PP为基础，加上地形地区修正因子KT，即（319）第55页/共156页地形地区修正因子KT一般可写成（320）式中：Kmr郊区修正因子，可由图3.15求得；Qo、Qr开阔地或准开阔地修正因子，可由图3.16求得；Kh、Khf丘陵地修正因子及微小修正值，可由图3.17求得；Kjs孤立山岳修正因子，可由图3.18求得；Ksp斜坡地形修正因子，可由图3.19求得；KS水陆混合路径修正因子，可由图3.20求得。第56页/共156页根据地形地区的不同情况，确定KT包含的修正因子，例如传播路径是开阔地上斜坡地形，那么KT=Qo+Ksp，其余各项为零；又如传播路径是郊区和丘陵地，则KT=Kmr+Kh+Khf。其它情况类推。任意地形地区的传播损耗中值（321）式中，LT为中等起伏地市区传播损耗中值，即（322）第57页/共156页例例3-1某一移动信道，工作频段为450MHz，基站天线高度为50m，天线增益为6dB，移动台天线高度为3m，天线增益为0dB；在市区工作，传播路径为中等起伏地，通信距离为10km。试求：(1)传播路径损耗中值；(2)若基站发射机送至天线的信号功率为10W，求移动台天线得到的信号功率中值。解：解：(1)根据已知条件，KT=0,LA=LT，式(3.22)可分别计算如下：由式第58页/共156页可得自由空间传播损耗dB由图3.12查得市区基本损耗中值Am(f,d)=27dBHb(hb,d)=-12dBHm(hm,f)=0dBLA=LT=105.5+27+12=144.5dB(2)中等起伏地市区中接收信号的功率中值第59页/共156页10lg2060144.5128.5dBW98.5dBm例例3-2若上题改为郊区工作，传播路径是正斜坡，且m=15mrad,其它条件不变。再求传播路径损耗中值及接收信号功率中值。KT Kmr+KspKmr 12.5dBKsp 3dBLA LT -KT LT -（Kmr+Ksp）144.5 15.5 129dB第60页/共156页PPCPTGbGm-LA 106 129-113dBW-83dBm或PPCPPKT 98.5dBm15.5dB83dBm第61页/共156页补充内容(至88页)第62页/共156页其他因素对电波传播的影响 街道走向修正因子Kaf/Kac 当电波传播方向与街道走向平行在纵向路线上修正因子Kaf为正值，表示场强中值高于基准场强中值当电波传播方向与街道走向垂直在横向路线上修正因子Kac为负值，表示场强中值低于基准场强中值 第63页/共156页建筑物的穿透衰耗Lp各个频段的电波穿透建筑物的能力不同不同材料、结构和楼房层数，其吸收衰耗不同室内传播衰耗：Lb=L0+LpLb为实际路径衰耗中值；L0为街心的路径衰耗中值；Lp为建筑物的穿透损耗Lp随楼层增高而近似下降 第64页/共156页植被衰耗由树木、植被对电波的吸收作用引起植被衰耗取决于树木的高度、种类、形状、分布密度、空气湿度、季节变化、工作频率、天线极化、通过树林的路径长度等多方面的因素大片森林对电波传播产生的附加衰耗一般垂直极化波比水平极化波的衰耗要稍大些 在城市中对电波传播引起的衰耗与大片森林不同第65页/共156页植被衰耗第66页/共156页隧道中的传播衰耗由于隧道壁的吸收及电波干涉而产生隧道中，中等功率通信设备间的通信距离，在通常情况下为200m左右，在理想条件下不超过300m当通信系统中的一方天线在隧道外时，通信距离还要大大缩短电波在隧道中的衰耗还与工作频率有关频率越高，衰耗越小当隧道出现分支或转弯时，衰耗会急剧增加，弯曲度越大，衰耗越严重 第67页/共156页隧道中的传播衰耗曲线A为160MHz时隧道内两半波偶极子天线间传输衰耗曲线B为200平衡波导线的衰耗 第68页/共156页任意地形地物信号中值的预测给定发射功率，准平滑市区接收功率中值PP=Po-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm,f)Po为自由空间传播条件下的接收信号功率 传播路径不是准平滑的市区，根据地形地物修正 Ppe=PP+KT KT=Kmr+Q0+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+Ks根据地形地物，KT可能是一项或多项 任意地形地物时，收发天线间的信号传播衰减中值 LA=LT+KT LT=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)第69页/共156页补例1：设基站天线有效高度为60m，移动台天线高度为1.5m，工作频率为900MHz，在准平滑市区，通信距离为20km时，其传播路径上的衰减中值为多少？解：自由空间传播衰耗Lbs=32.45+20lgf+20lgd =32.45+20lg900+20lg20 =117.56dB 查图得Am(f,d)=33dB，Hb(hb,d)=-11dB，Hm(hm,f)=-2.5dB 根据已知条件，KT=0，则传播衰耗中值为：LA=LT=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)=117.56+33-(-11)-(-2.5)=164.06dB 第70页/共156页补例2：若将例1中的地形改为郊区，正斜坡地形，且m=15mrad，其他条件不变，则传播衰耗中值为多少？解：查图得Kmr=9dB，Ksp=4dB 根据地形可得KT=Kmr+Ksp，则传播衰耗中值为：LA=LT-Kmr-Ksp =164.06-9-4=151.06dB 第71页/共156页陆地移动通信电波传播特性 场强变化的原因场强瞬时值：快衰落多径衰落引起快速、大幅度的变化统计特性满足瑞利分布，又称为瑞利衰落场强中值：慢衰落阴影效应、气象条件变化引起 变化缓慢服从对数正态分布第72页/共156页场强中值变动分布场强瞬时值在障碍物均匀的城市街道地区或森林小区间，变动分布近似服从瑞利分布在郊区和不规则地形上，近似于对数正态分布，其标准偏差=67dB 场强中值在市区，累积分布近似服从对数正态分布，标准偏差取决于地形地物、工作频率等因素随时间变化标准偏差t和随位置变化标准偏差L v标准偏差第73页/共156页随通信概率变化的归一化对数正态分布 第74页/共156页补例3：设通信概率为50%时，路径损耗中值为140dB，要提高通信概率到90%，则路径损耗为？解：查曲线得x值为1.28 标准偏差为=8.25dB 路径损耗变化量为x=10.56dB Lm=140dB-1.28=129.44dB 第75页/共156页电波传播电路的计算计算步骤根据业务性质和用户要求，初步确定服务区及无线区域组成、话音质量、可靠通信概率预定无线设备方案并进行电波传播电路计算，即考虑噪声、衰减等因素后计算区域覆盖或天线高度综合考虑技术、成本、使用，对设备方案及无线区域组成进行调整，以获得最佳设计 第76页/共156页话音质量标准 主观评定试听确定分为五个等级5级(优)：几乎无噪声 4级(良)：有轻微噪声 3级(中)：有使人烦恼的噪声 2级(差)：有非常烦人的噪声 1级(劣)：话音几乎不可懂 话音的可懂度随级别的降低而降低 话音质量标准要求移动通信网音频带内信噪比不小于29dB 第77页/共156页接收机允许的最小输入信噪比鉴频器解调输出输入信噪比 第78页/共156页接收机允许的最小输入信噪比无线接力传输系统终端输出噪声是多次转发信号所产生噪声按功率叠加接收机允许的最小输入信噪比(Si/Ni)FM(So/No)FM-GFM+10lg(r+1)vGFM：调频接收机的信噪比改善度vr：最大可能转发次数在工程上，必须将计算出的(Si/Ni)FM与门限信噪比比较大于门限值时可用，否则，应取门限值作接收机允许的最小输入信噪比普通鉴频器，一般为9dB；如果采用锁相环解调器，门限值将比普通鉴频器下降35dB 第79页/共156页接收机允许最小输入功率中值Pmin和移动台、基站间电波传播衰减中值的计算 接收机允许的最小输入功率中值Pmin NF为接收机噪声系数；K为波尔兹曼常数；T为绝对温度；Bi为接收机带宽；D为恶化量；C为中值变动量 第80页/共156页电波传播衰减中值LA的计算 LA=Pm+Gm+Gb-LC-Lf-Pmin Pm为移动台发射功率（dBW）；Gm为移动台天线增益（dB）；Gb为基站天线增益（dB）；LC为基站天线共用器总衰耗（dB）；Lf为基站、移动台馈线衰耗（dB）第81页/共156页通信概率通信概率：移动台在无线覆盖区边缘进行满意通话的成功概率，包括位置概率和时间概率接收信号的中值电平概率密度Pmin为接收机输入要求的最小功率电平；aL为平均值；Pmin与aL的差值为系统余量SM；阴影部分即为其通信概率 第82页/共156页通信概率与 系统余量间的关系第83页/共156页可根据给定的通信概率和值确定系统余量；也可根据给定的系统余量和值获得通信概率值增大发射功率的方法增加无线覆盖区边缘的通信概率到90%缩短通信距离为可减小路径衰耗中值，提高系统的通信概率，减小的衰耗中值即为系统余量系统以减小传播距离为代价提高通信概率 第84页/共156页补例4：在准平滑市区，当无线覆盖区域边缘的通信概率为50%时，所需的发射机输入功率为8.5dBW（7W）。若要求其它参数不变，以增大发射功率的方法增加无线覆盖区边缘的通信概率到90%，则系统余量为多大，发射机功率应增加到多少？解：查表8-3得，准平滑市区的位置标准偏差L=6dB 查图8-50得通信概率为90%时，系统余量为SM=7.5dB 由于其它参量不变，通信概率的提高只依赖于发射功率的提高 所需发射机输出功率的增加量PT=8.5+SM=16dBW（40W）若要求在无线区覆盖边缘90%的位置上和90%的时间里达到规定的话音质量，则L用代替。L与t可查表8-3得到 第85页/共156页补例5：在郊区，通信概率为50%时，路径衰耗中值为140dB，若要求通信概率提高到90%，其它参数与例1相同，通信距离应为多少 解：查表得，郊区地形的位置标准偏差为L=7.5dB 查图8-50得通信概率为90%时，系统余量为SM=9.5dB 要求通信概率为90%时，路径衰耗中值LA=140-9.5=130.5dB 再按OM模型计算可得通信距离d 第86页/共156页限定空间的电波传播这里所说的限定空间是指无线电不能穿透的场所。在限定空间中，因为电波传播损耗很大，因而通信距离很短。例如，一般VHF或UHF电台，在矿井巷道或在直径为3m左右隧道中的通信距离只有几百米。图3.21给出的是在长约2km的隧道内实测得到的电波传播特 性，其工作频率为400MHz，发射机位于隧道入口处，天线的高度为4m，发射机功率为4W。由图可见，400MHz频率的电波在隧道内的传输损耗大约为4050dB/km；当传播路径上出 第87页/共156页现障碍物（如车辆等）或通道弯曲时，损耗也越大，如150MHz频率的电波，在隧道内的损耗约为100150dB/km。在限定空间内，为了增加通信距离，常用导波线传输方式。这种传输方式最先应用于列车无线电系统，即在隧道内敷设能导引电磁波的导波线，借助导波线，电磁波能量一面向前方传输，一面泄漏出部分能量，以便与隧道内的行驶车辆进行通信。第88页/共156页常见的导波线有两种：平行双导线和泄漏同轴电缆。平行双导线在传送高频能量时具有开放式电磁场分布，即电磁波能量分布在传输线附近的空间，为增加传输的纵向通信距离，应尽量减小传输的固有损耗。它的辐射性能易受敷设条件和周围物体的影响，尤其是当其表面潮湿或覆盖灰尘时，损耗会急剧增大。图3.22为泄漏同轴电缆的结构示意图。在同轴电缆的外导体上按一定节距开槽是为了泄漏电磁波。开槽形状有多种，如八字槽式、椭圆孔式和纵槽等。图中的开槽形状是八字槽式。第89页/共156页泄漏同轴电缆的主要技术特性有：波段、特性阻抗、传播损耗和耦合损耗等。其中，耦合损耗和传输损耗是两个主要的性能参数，它们是影响横向和纵向通信距离的主要因素。耦合损耗是表征泄漏同轴电缆辐射能力强弱的物理量，耦合损耗越小辐射能力越强。它通常定义为电缆内所传输的信号功率与在距离电缆r（如1.5m）处用半波偶极天线接收到的信号功率之差，即耦合损耗（以dB计）为(3-23)第90页/共156页式中，Pt是电缆内所传输的信号功率；Pr是在距电缆为r米处用半波偶极天线接收的信号功率。当接收天线与电缆之间的距离r变化时，耦合损耗也必然变化，当r由R0增大到R时，耦合损耗的增量LC为()(3-24)其关系曲线如图3.23所示。第91页/共156页 由于泄漏同轴电缆在传输能量的过程中不断向外辐射能量，因而要产生辐射损耗，并限制泄漏同轴电缆的纵向传播距离。泄漏同轴电缆的传输损耗包括电缆的固有损