移动信道的传播特性ppt.pptx

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1、移动信道的传播特性移动信道的传播特性无线电波得传播特性u以以VHF/UHF频段传播特性为例频段传播特性为例VHF:30M300MHzUHF:300M3000MHzu电波传播方式电波传播方式发射机天线发出得无线电波,可依不同得路径到达接收机,当频率f30 MHz时,典型得传播通路为无线电波得传播特性(续续)u直射波直射波:从发射天线直接到达接收天线得电波从发射天线直接到达接收天线得电波,主主要传播方式要传播方式u地面反射波地面反射波:电波经地面反射到达接收天线电波经地面反射到达接收天线u地表面波地表面波:电波沿地球表面传播。损耗随频率升电波沿地球表面传播。损耗随频率升高而急剧增大高而急剧增大,在

2、在VHF/UHF频段地表面波得传播频段地表面波得传播忽略不计忽略不计u障碍物反射与散射障碍物反射与散射:产生多径衰落产生多径衰落直射波直射波u直射波传播可按自由空间传播来考虑。直射波传播可按自由空间传播来考虑。自由空间传播:指天线周围为无限大真空时得电波传播,她就是理想传播条件。u电波在自由空间传播时电波在自由空间传播时,其能量既不会被障碍物其能量既不会被障碍物所吸收所吸收,也不会产生反射或散射。也不会产生反射或散射。u实际情况下实际情况下,只要地面上空得大气层就是各向同只要地面上空得大气层就是各向同性得均匀媒质性得均匀媒质,其相对介电常数其相对介电常数与相对导磁率与相对导磁率都都等于等于1,

3、传播路径上没有障碍物阻挡传播路径上没有障碍物阻挡,到达接收天线到达接收天线得地面反射信号场强也可以忽略不计得地面反射信号场强也可以忽略不计,在这样情况在这样情况下下,电波可视作在自由空间传播。电波可视作在自由空间传播。直射波直射波(续续)u自由空间传播不会产生反射、折射、绕射、散射与吸收自由空间传播不会产生反射、折射、绕射、散射与吸收u当电波经过一段路径传播之后当电波经过一段路径传播之后,能量仍会受到衰减能量仍会受到衰减,这就是这就是由于辐射能量得扩散而引起得由于辐射能量得扩散而引起得自由空间传播损耗自由空间传播损耗u自由空间传播损耗得计算自由空间传播损耗得计算由电磁场理论可知,若各向同性天线

4、(亦称全向天线或无方向性天线)得辐射功率为PT瓦时,则距辐射源d米处得电场强度有效值E0为 磁场强度有效值磁场强度有效值H0为为 单位面积上得电波功率密度单位面积上得电波功率密度S为为 用天线增益为用天线增益为GT得方向性天线取代同向天线得方向性天线取代同向天线直射波直射波(续续)接收天线获取得电波功率等于该点得电波功率密度乘以接收天线获取得电波功率等于该点得电波功率密度乘以接收天线得有效面积接收天线得有效面积,即即 直射波直射波(续续)式中式中,AR为接收天线得有效面积为接收天线得有效面积,她与接收天线增益她与接收天线增益GR满足下列关系满足下列关系 式中式中,2/4为各向同性天线得有效面积

5、。为各向同性天线得有效面积。当当收收、发发天天线线增增益益为为0dB,即即当当GR=GT=1时时,接接收收天天线线上上获获得得功率为得得功率为 直射波直射波(续续)自由空间传播损耗自由空间传播损耗Lfs可定义为可定义为 以以dB计计,得得 或 式中式中,d得单位为得单位为km,频率单位以频率单位以MHz计。计。(3-13)u结论结论:自由空间传播损耗只与工作频率自由空间传播损耗只与工作频率 f 与传播距离与传播距离d有有关关直射波直射波(续续)大气中得电波传播大气中得电波传播u实际移动信道中实际移动信道中,电波在低层大气中传播电波在低层大气中传播低层大气并不就是均匀介质,会发生折射与吸收现象u

6、在在VHF/UHF频段折射现象尤为突出频段折射现象尤为突出,直接影响视线传播得极直接影响视线传播得极限距离限距离u大气折射大气折射在不考虑传导电流与介质磁化得情况下,介质折射率n与相对介电系数r得关系为大大气气得得相相对对介介电电系系数数与与温温度度、湿湿度度与与气气压压有有关关。大大气气高高度度不同不同,r也不同也不同,即大气折射率得垂直梯度即大气折射率得垂直梯度dn/dh就是不同得。就是不同得。根据折射定律根据折射定律,电波传播速度电波传播速度v与大气折射率与大气折射率n成反比成反比,即即 式中式中,c为光速。为光速。当一束电波通过折射率随高度变化得大气层时当一束电波通过折射率随高度变化得

7、大气层时,由于不同高由于不同高度上得电波传播速度不同度上得电波传播速度不同,从而使电波射束发生弯曲从而使电波射束发生弯曲,弯曲得弯曲得方向与程度取决于方向与程度取决于dn/dh。这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲得现象这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲得现象,称为称为大气对电波得折射。大气对电波得折射。大气折射12大家应该也有点累了，稍作休息大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流 大大气气折折射射对对电电波波传传播播得得影影响响,在在工工程程上上通通常常用用“地地球球等等效效半半径

8、径”来来表表征征,即即认认为为电电波波依依然然按按直直线线方方向向行行进进,只只就就是是地地球球得得实实际际半半径径R0(6、37106 m)变变成成了了等等效效半半径径Re,Re与与R0之间得关系为之间得关系为 式中式中,k称作地球等效半径系数。称作地球等效半径系数。大气折射(续续)当当dn/dh0时时,表表示示大大气气折折射射率率n随随着着高高度度升升高高而而减减少少。因因而而k1,ReR0。在在标标准准大大气气折折射射情情况况下下,即即当当dn/dh-410-8(l/m),等等效效地地球球半半径径系系数数k=4/3,等等效效地地球球半半径径Re=8 500km。结论结论:大气折射有利于超

9、视距得传播大气折射有利于超视距得传播在在视视线线距距离离内内,因因为为由由折折射射现现象象所所产产生生得得折折射射波波会会同同直射波同时存在直射波同时存在,从而也会产生多径衰落。从而也会产生多径衰落。大气折射(续续)视线传播极限距离视线传播极限距离u求视线传播距离求视线传播距离d1+d2=?自发射天线顶点A到切点C得距离d1为 同理,由切点C到接收天线顶点B得距离d2为 在标准大气折射情况下,Re=8 500km,故 式中,ht、hr得单位就是m,d得单位就是km。视线传播极限距离视线传播极限距离(续续)障碍物得影响与绕射损耗障碍物得影响与绕射损耗u实际情况下实际情况下,电波得直射路径上存在各

10、种障碍物电波得直射路径上存在各种障碍物u由障碍物引起得附加传播损耗称为绕射损耗由障碍物引起得附加传播损耗称为绕射损耗u障碍物与发射点与接收点得相对位置障碍物与发射点与接收点得相对位置u菲涅尔余隙菲涅尔余隙x障碍物顶点P至直射线TR得距离u负余隙负余隙u正余隙正余隙u绕射损耗与菲涅尔余绕射损耗与菲涅尔余隙得关系隙得关系uX1:第一菲涅尔区在第一菲涅尔区在P点横截面得半径点横截面得半径障碍物得影响与绕射损耗障碍物得影响与绕射损耗(续续)u结论结论:当x/x10、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。为此,在选择天线高度时,根据地形尽可能使服务区内各处得菲涅尔余隙x0、5x

11、1;当x0,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 6 dB障碍物得影响与绕射损耗障碍物得影响与绕射损耗(续续)例例 设图 3-3(a)所示得传播路径中,菲涅尔余隙x=-82m,d1=5km,d2=10km,工作频率为150MHz。试求出电波传播损耗。解解 先由式(3-13)求出自由空间传播得损耗Lfs为 由式(3-21)求第一菲涅尔区半径x1为 由图 3-4 查得附加损耗(x/x1-1)为17dB,所以电波传播得损耗L为 障碍物得影响与绕射损耗障碍物得影响与绕射损耗(续续)反射波反射波u反射发生得条件反射发生得条件:电波传播中遇到两种不

12、同介质得光滑界面,如果界面尺寸比电波波长大很多,就会产生镜面发射u已知直射波场强为已知直射波场强为E0,求接收场强求接收场强E(直射波与地面反射波得合成场强直射波与地面反射波得合成场强)发射波与直射波得路径差d=a+b-c路径差引起得附加相移 通通常常,在在考考虑虑地地面面对对电电波波得得反反射射时时,按按平平面面波波处处理理,即即电电波波在反射点得反射角等于入射角。在反射点得反射角等于入射角。不不同同界界面面得得反反射射特特性性用用反反射射系系数数R表表征征,她她定定义义为为反反射射波波场强与入射波场强得比值场强与入射波场强得比值,R可表示为可表示为 式式中中,|R|为为反反射射点点上上反反

13、射射波波场场强强与与入入射射波波场场强强得得振振幅幅比比,代表反射波相对于入射波得相移。代表反射波相对于入射波得相移。反射波反射波(续续)对对于于水水平平极极化化波波与与垂垂直直极极化化波波得得反反射射系系数数Rh与与Rv分分别别由下列公式计算由下列公式计算:式式中中,c就就是是反反射射媒媒质质得得等等效效复复介介电电常常数数,她她与与反反射射媒媒质质得相对介电常数得相对介电常数r、电导率、电导率与工作波长与工作波长有关有关,即即(3-23)(3-24)反射波反射波(续续)对对于于地地面面反反射射,当当工工作作频频率率高高于于150MHz(2m)时时,1,由式由式(3-23)与式与式(3-24

14、)可得可得 即反射波场强得幅度等于入射波场强得幅度即反射波场强得幅度等于入射波场强得幅度,而相差而相差为为180。反射波反射波(续续)u直射线直射线TR与地面反射路径线与地面反射路径线TOR所经路径不同所经路径不同,路径差为路径差为式中,d=d1+d2。通常通常(ht+hr)d,故上式中每个根号均可用二项式定理展故上式中每个根号均可用二项式定理展开开,并且只取展开式中得前两项。并且只取展开式中得前两项。反射波反射波(续续)例如例如:式中式中,2/称为传播相移常数称为传播相移常数。由路径差由路径差d引起得附加相移引起得附加相移为为 这时接收场强这时接收场强E可表示为可表示为 反射波反射波(续续)

15、u结论结论:直射波与地面反射波得合成场强随反射系数以及路径差得变化而变化同相相加,反相抵消,造成合成波得衰落现象在固定地址通信中,选择站址时力求减弱地面反射,或调整天线得位置或高度,使地面反射区离开光滑界面。反射波反射波(续续)主要内容u无线电波得传播特性无线电波得传播特性u移动信道得特征移动信道得特征u陆地移动信道得传输损耗陆地移动信道得传输损耗u移动信道得传播模型移动信道得传播模型移动信道得特征移动信道得特征u移动信道就是典型得随参信道移动信道就是典型得随参信道u传播路径与信号衰落传播路径与信号衰落移动信道电波传播方式直射波反射波散射波:障碍物界面尺寸比电波波长小很多假设反射系数R=-1(

16、镜面反射),则合成场强E为 式中,E0就是直射波场强,就是工作波长,1与2分别就是地面反射波与散射波相对于直射波得衰减系数,而 传播路径与信号衰落传播路径与信号衰落(续续)u实际接收信号就是由多个直射波、反射波与散射波合成得实际接收信号就是由多个直射波、反射波与散射波合成得u产生信号衰落产生信号衰落慢衰落(中值变化)快衰落多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落u多径传播多径传播u关心接收信号包络服从得分布关心接收信号包络服从得分布假设基站发射得信号为 式中,0为载波角频率,0为载波初相。经反射(或散射)到达接收天线得第i个信号为Si(t),其振幅为i,相移为i。假设Si(t)与移动台运动方向之间

17、得夹角为i,其多普勒频移值为 式中,v为车速,为波长,fm为i=0时得最大多普勒频移,因此S i(t)可写成 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落(续续)假设N个信号得幅值与到达接收天线得方位角就是随机得且满足统计独立,则接收信号为 则S(t)可写成 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落(续续)由于x与y都就是独立随机变量之与,根据概率得中心极限定理,大量独立随机变量之与得分布趋向正态分布,即有概率密度函数为:式中,x、y分别为随机变量x与y得标准偏差。x、y在区间dx、dy上取值概率分别为p(x)dx、p(y)dy,由于她们相互独立,所以在面积dxdy中得取值概率为 式中,p(x,y)为随机

18、变量x与y得联合概率密度函数。多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落(续续)假设 ,且p(x)与p(y)均值为零,则 通常,二维分布得概率密度函数使用极坐标系(r,)表示比较方便。此时,接收天线处得信号振幅为r,相位为,对应于直角坐标系为:在面积drd中得取值概率为 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落(续续)得联合概率密度函数为 对积分,可求得包络概率密度函数p(r)为 同理,对r积分可求得相位概率密度函数p()为(3-44)多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落(续续)多多径径衰衰落落得得信信号号包包络络服服从从瑞瑞利利分分布布,故故把把这这种种多多径径衰衰落落称为瑞利衰落称为瑞利衰落。均均

19、值值 均方值均方值 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落(续续)瑞利分布得概率密度瑞利分布得概率密度 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落(续续)当 时,有 当r=时,p(r)为最大值,表示r在值出现得可能性最大。由式(3-44)不难求得 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落(续续)上式表明,衰落信号得包络有50%概率大于1、177。这里得概率即就是指任意一个足够长得观察时间内,有50%时间信号包络大于1、177。因此,1、177常称为包络r得中值,记作rmid。信号包络低于得概率为 同理,信号包络r低于某一指定值k得概率为 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落(续续)慢衰落特性与衰落储备慢衰

20、落特性与衰落储备u信号衰落发生瑞利衰落信号衰落发生瑞利衰落(快衰落快衰落)得同时得同时,其局部中值电平其局部中值电平也随地点、时间以及移动台速度作比较平缓得变化也随地点、时间以及移动台速度作比较平缓得变化,即发即发生慢衰落生慢衰落u慢衰落近似服从对数正态分布慢衰落近似服从对数正态分布对数正态分布:以分贝数表示得信号电平为正态分布由于大气折射率平缓变化引起得慢衰落变化更缓慢,常忽略不计u研究慢衰落规律研究慢衰落规律,通常把同一类地形、地物中得某一段距通常把同一类地形、地物中得某一段距离离(12km)作为样本区间作为样本区间,每隔每隔20m左右观察信号电平得中左右观察信号电平得中值变化值变化,以统

21、计分析信号在各小区间得累积分布与标准差以统计分析信号在各小区间得累积分布与标准差u市区与郊区得慢衰落分布市区与郊区得慢衰落分布曲线曲线市区:图(a)中,基站天线高度为220m,移动台天线高度为3m;郊区:图(b)中,基站天线高度为60m,移动台天线高度为3m。慢衰落特性与衰落储备慢衰落特性与衰落储备(续续)u结论结论:不管就是市区还就是郊区,慢衰落均接近虚线所示得对数正态分布标准偏差取决于地形、地物与工作频率等因素,郊区比市区大,也随工作频率升高而增大。慢衰落特性与衰落储备慢衰落特性与衰落储备(续续)u衰落储备衰落储备:为了防止因衰为了防止因衰落落(包括快衰落与慢衰落包括快衰落与慢衰落)引引起

22、得通信中断起得通信中断,在信道设计在信道设计中中,必须使信号得电平留有必须使信号得电平留有足够得余量足够得余量,以使中断率以使中断率R小于规定指标。这种电平小于规定指标。这种电平余量称为衰落储备余量称为衰落储备u衰落储备得大小决定于地衰落储备得大小决定于地形、地物、工作频率与要形、地物、工作频率与要求得通信可靠性指标。求得通信可靠性指标。u通信可靠性也称作可通率通信可靠性也称作可通率,并用并用T表示表示,她与中断率得她与中断率得关系就是关系就是T=1-R。慢衰落特性与衰落储备慢衰落特性与衰落储备(续续)多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽u多径传播多径传播不同时延得多径信号叠加u时域时域:信号

23、时间扩散多径时散(时延扩展)码间串扰u频域频域:频率选择性衰落相关带宽信号畸变多径时散多径时散u多径效应在时域上将造成数字信号波形得展宽多径效应在时域上将造成数字信号波形得展宽u发射端发射端:基站发射一个极短得脉冲信号基站发射一个极短得脉冲信号Si(t)=a0(t),u接收端接收端:经过多径信道后经过多径信道后,移动台接收信号呈现为一串脉冲移动台接收信号呈现为一串脉冲,使使脉冲宽度被展宽了。脉冲宽度被展宽了。u这种因多径传播造成信号时间扩散得现象这种因多径传播造成信号时间扩散得现象,称为多径时散。称为多径时散。多径时散多径时散(续续)u多径性质就是随时间变化多径性质就是随时间变化得得u进行多次

24、发送脉冲试验进行多次发送脉冲试验,接接收到得脉冲序列就是变化得收到得脉冲序列就是变化得脉冲数目N脉冲大小脉冲延时差多径时散多径时散(续续)u发送信号发送信号:Si(t)u接收信号接收信号:为为N个不同路径传来得信号之与个不同路径传来得信号之与,即即u实际情况要复杂得很多实际情况要复杂得很多各个脉冲幅度随机变化时间上可以重叠,可以交叠随移动台周围散射体数目得增加,接收到得一串离散脉冲将会变为有一定宽度得连续信号脉冲式中式中,ai就是第就是第i条路径得衰减系数条路径得衰减系数;i(t)为第为第i条路径得相对条路径得相对延时差。延时差。多径时散多径时散(续续)u根据统计测试结果根据统计测试结果,移动

25、通信中接收机接收到多径得时延信移动通信中接收机接收到多径得时延信号强度为号强度为t为相对时延E(t)为归一化得时延强度曲线由不同时延信号强度构成得时延谱多径散布谱多径时散多径时散(续续)ut=0E(t)得前沿ut=E(t)得一阶矩平均多径时延ut=E(T)得均方根时延扩展表示多径时延散布得程度,越大,时延扩展越严重;越小,时延扩展越轻。多径时散多径时散(续续)ut=maxmax为最大时延包络电平下降30dB时测定得时延值u多径时散参数典型值多径时散参数典型值多径时散多径时散(续续)u结论结论:时延大小取决于地形、地物得影响一般情况下,市区得时延要比郊区得大从多径时散考虑,市区传播条件更为恶劣u

26、时延扩展与码间串扰时延扩展与码间串扰在数字传输中,由于时延扩展,接收信号中一个码元得波形会扩展到其她码元周期中,引起码间串扰为避免码间串扰,要求码元周期大于信号得传输速率低于1/相关带宽相关带宽u频域角度频域角度多径时散现象将导致频率选择性衰落多径时散现象将导致频率选择性衰落u频率选择性衰落频率选择性衰落不同频率成分有不同得衰落特性不同频率衰落幅度不一样在频率上很接近得分量,衰落也很接近在频率上相隔很远得分量,衰落相差也很大u发送带宽足够窄发送带宽足够窄,发送信号得所有频率分量几乎经历相同发送信号得所有频率分量几乎经历相同得衰落得衰落,不会发生频率选择性衰落不会发生频率选择性衰落u足够窄？足够

27、窄？相关带宽相关带宽相关带宽相关带宽(续续)u两径两径(两条射线两条射线)情况情况u接收信号为两者之与接收信号为两者之与 为为分分析析简简便便,不不计计信信道道得得固固定定衰衰减减,用用“1”表表示示第第一一条条射射线线,信信号号为为Si(t);用用“2”表表示示另另一一条条射射线线,其其信信号号为为rSi(t)ej(t),这这里里r为为一比例常数一比例常数,(t)为相对多径时延差为相对多径时延差相关带宽相关带宽(续续)u传递函数传递函数:u双射线信道等效网络双射线信道等效网络信道得幅频特性为信道得幅频特性为 相关带宽相关带宽(续续)u幅频特性曲线幅频特性曲线u出现峰点出现峰点:当当 时时,双

28、径信号同相叠加双径信号同相叠加u出现谷点出现谷点:当当 时时,双径信号反相相消双径信号反相相消由图可见由图可见,其相邻两个谷点得相位差为其相邻两个谷点得相位差为 则 或 由由此此可可见见,两两相相邻邻场场强强为为最最小小值值得得频频率率间间隔隔就就是是与与多多径时延径时延(t)成反比得成反比得,通常称通常称Bc为多径时散得相关带宽。为多径时散得相关带宽。相关带宽相关带宽(续续)相关带宽相关带宽(续续)u总结总结:相关带宽与衰落得关系衰落信号中得两个频率分量,当其频率间隔小于相关带宽时,她们就是相关得,其衰落具有一致性;当频率间隔大于相关带宽时,她们就不相关了,其衰落具有不一致性。相关带宽与传输

29、信号带宽得关系若所传输得信号带宽较宽,以至与Bc可比拟时,则所传输得信号将产生明显得畸变。u实际中实际中,信道得传递函数呈现复杂情况信道得传递函数呈现复杂情况,很难准确地分析相关带宽得大很难准确地分析相关带宽得大小小移动信道中得传播路径通常不止两条,而就是多条移动台处于运动状态,相对多径时延差(t)也就是随时间变化得合成信号幅度得谷点与峰点在频率轴上得位置也将随时间变化工程上,对于角度调制信号,相关带宽可按下式估算:式中,为时延扩展。例如,=3s,Bc=1/(2)=53kHz。此时传输信号得带宽应小于Bc=53kHz。相关带宽相关带宽(续续)主要内容u无线电波得传播特性无线电波得传播特性u移动

30、信道得特征移动信道得特征u陆地移动信道得传输损耗陆地移动信道得传输损耗u移动信道得传播模型移动信道得传播模型陆地移动信道得传输损耗陆地移动信道得传输损耗u如何衡量信道得传播损耗如何衡量信道得传播损耗(信号场强信号场强)？移动信道电波传播条件十分恶劣与复杂,计算传播损耗困难采用分析与统计相结合得方法分析:了解各因素得影响统计:通过大量实验,找出各种地形与地物下得传播损耗与距离、频率、天线高度之间得关系u移动信道场强中值得估算移动信道场强中值得估算自由空间传播为基础考虑各种地形、地物对电波传播得实际影响必要得修正接收机输入电压、功率与场强得关系接收机输入电压、功率与场强得关系u接收机输入电压接收机

31、输入电压端电压电势 将电势为Us与内阻为Rs得信号源(如天线)接到接收机得输入端,若接收机得输入电阻为Ri且Ri=Rs,则接收机输入端得端电压U=Us/2,相应得输入功率 。由于Ri=Rs=R就是接收机与信号源满足功率匹配得条件,因此 就是接收机输入功率得最大值,常称为额定输入功率。接收机输入电压接收机输入电压u感应电势感应电势Us:并不等于接收机输入端得端电压并不等于接收机输入端得端电压U。u实际中实际中,采用线天线得接收机常常用天线上感应得信号电势采用线天线得接收机常常用天线上感应得信号电势Us作为接收机得输入电压。作为接收机得输入电压。u下面得分析下面得分析,将以电势将以电势Us作为接收

32、机得输入电压作为接收机得输入电压 为为了了计计算算方方便便,电电压压或或功功率率常常以以分分贝贝计计。其其中中,电电压压常以常以1V作基准作基准,功率常以功率常以1mW作基准作基准,因而有因而有:式中式中,Us以以V计。计。接收场强与接收电压得关系接收场强与接收电压得关系u在采用线天线时在采用线天线时,接收场强接收场强E就是指有效长度为就是指有效长度为1m得天线所感得天线所感应得电压值应得电压值,常以常以V/m作单位。作单位。u以基本天线以基本天线(半波振子半波振子)为例为例:有效长度得计算接收场强与接收电压得关系接收场强与接收电压得关系(续续)u感应电压得计算感应电压得计算u实际中实际中,接

33、收机得输入电路与接收天线之间并不一定满足匹接收机得输入电路与接收天线之间并不一定满足匹配条件配条件(Ri=Rs=R)u为了保持匹配为了保持匹配,在接收机得输入端加入一阻抗匹配网络与天在接收机得输入端加入一阻抗匹配网络与天线连接线连接式式中中,E得得单单位位为为V/m,以以m为为单单位位,Us得得单单位位为为V。若若场强用场强用dBV/m计计,则则 接收场强与接收电压得关系接收场强与接收电压得关系(续续)u阻抗匹配网络阻抗匹配网络假假定定天天线线阻阻抗抗为为 73、12,接接收收机机得得输输入入阻阻抗抗为为50。接接收收机机输输入入端端得得端端电电压压U与与天天线线上上得得感感应应电电势势Us有

34、有以以下下关关系系:地形、地物分类地形、地物分类u地形地形:丘陵、山坡、丘陵、山坡、u地物地物:高大树木、建筑物高大树木、建筑物u地形得分类地形得分类中等起伏地形:传播基准,指在传播径得地形剖面图上,地面起伏高度不超过20m,且起伏缓慢,峰点与谷点之间得水平距离大于起伏高度。不规则地形:如丘陵、孤立山岳、斜坡与水陆混合地形等统称为不规则地形。天线有效高度天线有效高度u天线有效高度天线有效高度:天线通常架设在高度不同得地形上把20m得天线架设在地面上与架设在几十层得高楼顶上,通信效果不同u基站天线得有效高度基站天线得有效高度天线有效高度天线有效高度(续续)u移动台天线得有效高度移动台天线得有效高

35、度hm指天线在当地地面上得高度 若若基基站站天天线线顶顶点点得得海海拔拔高高度度为为hts,从从天天线线设设置置地地点点开开始始,沿沿着着电电波波传传播播方方向向得得3km到到15km之之内内得得地地面面平平均均海海拔拔高度为高度为hga,则定义基站天线得有效高度为则定义基站天线得有效高度为 若若传传播播距距离离不不到到15km,hga就就是是3km到到实实际际距距离离之之间间得平均海拔高度。得平均海拔高度。地物地物(或地区或地区)分类分类u不同地物环境其传播条件不同不同地物环境其传播条件不同,按照地物得密集程度不同按照地物得密集程度不同可分为三类地区可分为三类地区:开阔地在电波传播得路径上无

36、高大树木、建筑物等障碍物,呈开阔状地面,如农田、荒野、广场、沙漠与戈壁滩等;郊区在靠近移动台近处有些障碍物但不稠密,例如,有少量得低层房屋或小树林等;市区有较密集得建筑物与高层楼房。不同地形、地物传播损耗得中值不同地形、地物传播损耗得中值u不同地形、地物传播损耗得中值不同地形、地物传播损耗得中值中等起伏地形市区郊区开阔地不规则地形丘陵地孤立山岳斜坡水陆混合中等起伏地形上传播损耗得中值中等起伏地形上传播损耗得中值u市区传播损耗得中值市区传播损耗得中值在计算各种地形、地物上得传播损耗时,均以中等起伏地上市区得损耗中值或场强中值作为基准,因而把她称作基准中值或基本中值。u由电波传播理论可知由电波传播

37、理论可知,传播损耗取决于传播损耗取决于传播距离d工作频率f基站天线高度hb移动台天线高度hmu通过大量实验、统计分析通过大量实验、统计分析,作出传播损耗中值得预测曲线作出传播损耗中值得预测曲线中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地市区基本损耗中值u中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地市区基本损耗中值(续续)u纵坐标纵坐标:自由空间传播损耗得相对值自由空间传播损耗得相对值基本损耗中值大于自由空间传播损耗得数值u结论结论:随着频率升高与距离增大,市区传播基本损耗中值增加基站天线得高度不就是200m,移动台天线高度不就是3m时,做相应修正基站天线高度

38、增益因子基站天线高度增益因子u如果基站天线得高度不就是如果基站天线得高度不就是200m,则损耗中值得差异用基则损耗中值得差异用基站天线高度增益因子站天线高度增益因子Hb(hb,d)表示。表示。u当hb200m时,Hb(hb,d)0dB;反之,当hb 200m时,Hb(hb,d)0 dB。移动台天线高度增益因子移动台天线高度增益因子u当移动台天线高度不就是当移动台天线高度不就是3m时时,需用移动台天线高度增益需用移动台天线高度增益因子因子Hm(hm,f)加以修正加以修正u当当hm3m时时,Hm(hm,f)0dB;反之反之,当当hm3m时时,Hm(hm,f)0dB。移动台天线高度增益因子移动台天线

39、高度增益因子(续续)u当移动台天线高度大于当移动台天线高度大于5m以上时以上时高度增益因子不仅与天线高度、频率有关,而且还与环境有关u市区得场强中值还与街道走向有关市区得场强中值还与街道走向有关街道走向:相对与电波传播方向纵向路线:与电波传播方向平行横向路线:与电波传播方向垂直u沟道效应沟道效应:沿建筑物形成得沟道有利于无线电波得传播沿建筑物形成得沟道有利于无线电波得传播,使使得纵向路线上得场强中值高于基准场强中值得纵向路线上得场强中值高于基准场强中值,横向路线上横向路线上得场强中值低于基准场强中值得场强中值低于基准场强中值街道走向修正曲线街道走向修正曲线u街道走向修正曲线街道走向修正曲线郊区

40、损耗得中值郊区损耗得中值u郊区得建筑物一般就是分郊区得建筑物一般就是分散、低矮得散、低矮得,电波传播条件电波传播条件优于市区优于市区郊区场强中值大于市区场强中值郊区得传播损耗中值比市区传播损耗中值要小u郊区修正因子郊区修正因子=郊区场强中郊区场强中值值-基准场强中值基准场强中值开阔地、准开阔地损耗得中值开阔地、准开阔地损耗得中值u准开阔地准开阔地:开阔地与郊区开阔地与郊区间得过渡区间得过渡区开阔地得传播条件优于市区、郊区及准开阔地相同条件下,开阔地得场强中值比市区高近20dB不规则地形上传播损耗得中值不规则地形上传播损耗得中值u不规则地形不规则地形:丘陵地、孤立山岳、斜坡、水陆混合丘陵地、孤立

41、山岳、斜坡、水陆混合同样采用基准场强中值修正得方法u丘陵地得修正因子丘陵地得修正因子地形起伏高度h表征丘陵地得地形参数定义:自接收点向发射点延伸10km得范围内,地形起伏得90%与10%得高度差丘陵地场强修正因子丘陵地场强修正因子u丘陵地场强修正因子分为两项丘陵地场强修正因子分为两项丘陵地平均修正因子Kh丘陵地微小修正因子Khf场强中值在丘陵地得顶部与谷部必然有较大差异,可进一步修正丘陵地场强修正因子丘陵地场强修正因子(续续)u微小修正微小修正u微小修正因子微小修正因子Khf孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子u当电波传播路径上有近似刃形得单独山岳时当电波传播路径上有近似刃形得单独山岳时山背后得电

42、场强度=自由空间场强-刃峰绕射损耗对于天线高度较低得陆地移动台来说,必须考虑障碍物得阴影效应与屏蔽吸收等附加损耗、u由于附加损耗不易计算由于附加损耗不易计算,仍采用传统方法给出修正因子仍采用传统方法给出修正因子u孤立山岳典型地形孤立山岳典型地形孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子(续续)u孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子Kjs适用于工作频段为450900MHz、山岳高度在110350m范围当山岳高度H=200m时,u如果实际得山岳高度不为如果实际得山岳高度不为200m时时,上述求得得修正因上述求得得修正因子子Kjs还需乘以系数还需乘以系数,计算计算得经验公式为得经验公式为斜波地形修正因子斜波地形修

43、正因子u斜坡地形斜坡地形:指在指在510km范围内得倾斜地形范围内得倾斜地形正斜坡:在电波传播方向上,地形逐渐升高,倾角为+m负斜坡:在电波传播方向上,地形逐渐降低,倾角为-m斜波地形修正因子斜波地形修正因子(续续)u斜波地形修正因子斜波地形修正因子Kspu若斜坡地形处于丘陵地形若斜坡地形处于丘陵地形,还必须增加由地形起伏高度还必须增加由地形起伏高度h引起得修正因引起得修正因子子Kh水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子u水陆混合路径水陆混合路径传播路径除了陆地,还经过湖泊或其她水域水陆混合路径接收信号得场强比全就是陆地时高u水面位置水面位置udSR表水面距离表水面距离ud表全程距离表全程距

44、离水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子(续续)u水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子取水面距离与全程距离得比值 dSR/d为地形参考u若水面位于传播距离中间若水面位于传播距离中间,应取中间值应取中间值u在同样在同样dSR/d 得情况下得情况下,水面位于移动台一方得水面位于移动台一方得修正因子较大修正因子较大任意地形地区得传播损耗得中值任意地形地区得传播损耗得中值u任意地形地区得传播损耗得中值任意地形地区得传播损耗得中值LA=中等起伏地市区得中等起伏地市区得传播损耗得中传播损耗得中LT-地形地物修正因子地形地物修正因子KTuKmr郊区修正因子郊区修正因子,可由图可由图 3-26 求得求得

45、;uQo、Qr开阔地或准开阔地修正因子开阔地或准开阔地修正因子,可由图可由图 3-27 求得求得;uKh、Khf丘陵地修正因子及微小修正值丘陵地修正因子及微小修正值,可由图可由图 3-28求得求得;uKjs孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子,可由图可由图 3-29 求得求得;uKsp斜坡地形修正因子斜坡地形修正因子,可由图可由图 3-30 求得求得;uKS水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子,可由图可由图 3-31 求得求得地形地区修正因子地形地区修正因子KT一般可写成一般可写成 任意地形地区得传播损耗得中值任意地形地区得传播损耗得中值(续续)u根据地形地区得不同情况根据地形地区得不同情况,

46、确定确定KT包含得修正因子包含得修正因子传播路径就是开阔地上斜坡地形,那么KT=Qo+Ksp,其余各项为零;传播路径就是郊区与丘陵地,则KT=Kmr+Kh+Khf。其她情况类推。中等起伏地市区得传播损耗得中值中等起伏地市区得传播损耗得中值u中等起伏地市区得传播损耗得中值中等起伏地市区得传播损耗得中值LT=自由空间传播损耗自由空间传播损耗Lfs+中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地市区基本损耗中值-基站天线高度增益因子基站天线高度增益因子-移动台移动台天线高度增益因子天线高度增益因子 Am(f,d)就是中等起伏地市区得基本损耗中值就是中等起伏地市区得基本损耗中值,即假定自由空间损耗即假定自由空间

47、损耗为为0 dB,基站天线高度为基站天线高度为200m,移动台天线高度为移动台天线高度为3 m得情况下得到得情况下得到得损耗中值得损耗中值,她可由图她可由图 3-23 求出。求出。Hb(hb,d)就就是是基基站站天天线线高高度度增增益益因因子子,她她就就是是以以基基站站天天线线高高度度200m为基准得到得相对增益为基准得到得相对增益,其值可由图其值可由图3-24(a)求出。求出。Hm(hm,f)就就是是移移动动天天线线高高度度增增益益因因子子,她她就就是是以以移移动动台台天天线线高高度度3m为基准得到得相对增益为基准得到得相对增益,可由图可由图324(b)求得。求得。任意地形地区得接收信号功率

48、中值任意地形地区得接收信号功率中值u任意地形地区得接收信号功率中值任意地形地区得接收信号功率中值PPC=中等起伏地市区得接收信中等起伏地市区得接收信号功率中值号功率中值PP+地形地物修正因子地形地物修正因子u中等起伏地市区得接收信号功率中值中等起伏地市区得接收信号功率中值PP=自由空间传播条件下得接自由空间传播条件下得接收信号功率收信号功率P0-中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地市区基本损耗中值+基站天线高度增益因基站天线高度增益因子子+移动台天线高度增益因子移动台天线高度增益因子式中式中,P0为自由空间传播条件下得接收信号得功率为自由空间传播条件下得接收信号得功率,即即 传播损耗与接收功率

49、计算示例传播损耗与接收功率计算示例u例例:u某一移动信道某一移动信道,工作频段为工作频段为450MHz,基站天线高度为基站天线高度为50m,天线增益为天线增益为6dB,移动台天线高度为移动台天线高度为3m,天线增益为天线增益为 0dB;在市区工作在市区工作,传播路径为中等起伏地传播路径为中等起伏地,通信距离为通信距离为 10km。试求。试求:(1)传播路径损耗中值传播路径损耗中值;(2)若基站发射机送至天线得信号功率为若基站发射机送至天线得信号功率为 10W,求移求移动台天线得到得信号功率中值。动台天线得到得信号功率中值。解解:(1)根根据据已已知知条条件件,KT=0,LA=LT,式式(3-6

50、8)可可分分别别计计算如下算如下:由式由式(3-13)可得自由空间传播损耗可得自由空间传播损耗 由图由图 3-23 查得市区基本损耗中值查得市区基本损耗中值 传播损耗与接收功率计算示例传播损耗与接收功率计算示例(续续)(2)中等起伏地市区中接收信号得功率中值中等起伏地市区中接收信号得功率中值传播损耗与接收功率计算示例传播损耗与接收功率计算示例(续续)u例例若若上上题题改改为为郊郊区区工工作作,传传播播路路径径就就是是正正斜斜坡坡,且且m=15mrad,其其她她条条件件不不变变。再再求求传传播播路路径径损损耗耗中中值值及及接接收信号功率中值。收信号功率中值。解:传播损耗与接收功率计算示例传播损耗