第2章无线通信基础-3祥解.ppt

2.2.4 电磁波基本传播机制　　 自由空间传播是电磁波传播的最简单情况。 实际情况下，电磁波传播路径上一般存在不同的障碍物，发生反射、透射、绕射（也叫衍射）和散射等。 　　1. 电磁波的反射和透射　　反射的条件：当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果界面的尺寸远大于电波的波长时，产生反射。  假设平面波入射到两种电介质的交界面，会发生反射和透射： a)若第二介质为理想导体，则仅有反射，无透射，无损耗；b)若是非理想电介质，则有能量损耗。  反射波与传输波的电场强度取决于反射系数R和透射系数Γ；反射系数与介质的属性有关，并且与电波的极化方式、入射角、频率有关。 2. 地面反射对功率衰减的影响（地面反射双线模型） 假设发射机和接收机均处于地平线上，其中间是平坦的地面。电磁波的传播路径有两条：1、与自由空间传播相同的LOS（视线路径），2、经地面反射后到达接收机的路径。 这两条路径的传播距离是不相同的，使得同时到达接收机的两路信号之间存在相位差，从而对传播衰减产生影响。 并参考式（2-2-5）中引入参考点距离d0的思想，可以导出经直射路径到达接收机的信号电场强度为 式中，k=2π/λ，为自由空间波数； E0为距发射机参考距离d0处的电场强度。 　　则经反射路径到达接收机的信号电场强度可以表示为 由于反射系数R=－1，因此接收信号总的电场强度为 将d2=d1+Δd代入式（2-2-14）得到： 式中， φΔ=kΔd为两个到达信号之间的相位差。 　根据式（2-2-15）可以得到接收信号电场强度的包络为 无线传播功率衰减的影响：1、传播功率的快速衰减限制了一个小区的覆盖范围；弊2、这种衰减也降低了不同小区之间存在的相互干扰。利  随着用户量和用户密度快速增加，小区尺寸主要取决于网络的用户容量，而不是小区覆盖半径。 为了不断提高网络的用户容量，小区覆盖半径将不断减小，同时小区之间的干扰又会增大。在这种情况下，传播功率衰减速度的增大对减小不同小区基站之间的同频干扰是有利的。 　　例2-4 GSM系统的工作频率为900 MHz，基站天线高度为50 m，距离发射机1 km处的场强为10－3 V/m。一个GSM移动台距离基站5 km，使用垂直的λ/4单极天线，增益为2.55 dB，接收天线高度为1.5 m。试计算： （1） 接收天线的有效长度和有效接收面积； （2） 使用双线地面反射模型的情况下，该GSM移动台的接收功率。 　　解：已知接收机与发射机之间的距离d=5 km， ht=50 m， hr=1.5 m，接收天线增益为Gr=2.55 dB=1.799, 距发射天线1 km处的参考场强为E0=10－3 V/m, 系统工作频率f=900 MHz，得　　(1) 　天线长度L=λ/4=0.833 m。　　接收天线的有效面积为 　　(2) 由于所以使用双线模型的条件。 　　根据式（2-2-18），接收点的场强为 　　由式（2-2-8）得到距离d处的接收功率为 　　4. 电磁波的绕射　 定义：电磁波被尖锐障碍物的边缘阻挡时，阻挡面产生的二次波传播到障碍物之后的现象。 原理（波动理论）：电波撞击障碍物的边缘，形成新的振源，其产生的次级波将传播到阻挡物的阴影区，这就是阴影区仍然可能收到信号的原因。阴影区绕射波的电场强度为所有次级波矢量和。 　　1） 刃形绕射模型下面从单个障碍物绕射的简单情况入手介绍分析方法。　　当绕射是由单个物体引起时，可以将障碍物看做刃形边缘形成的半无限大阻挡屏来估计绕射损耗。绕射增益G可以通过Fresnel积分计算。 Fresnel参数νF的计算。 由于Fresnel积分的计算比较复杂。通常先确定Fresnel参数νF，然后利用图2-16查得绕射损耗。 实际环境：单个障碍物（如：山岳、高大建筑物） 刃形绕射的三种情况： 一个障碍物对信号的影响可根据Fresnel区直观地估算出来。空间菲涅尔区：以发射机和接收机为焦点的椭球面所包含的空间区域。 Fresnel区是一些次级波传输路径相差nλ/2的椭球区域组成。即次级波通过相邻的两个Fresnel区的路径差是λ/2。 Fresnel区的特点：第一Fresnel区的附加路径为λ/2，第二Fresnel区的附加路径为2λ/2，第三Fresnel区的附加路径为3λ/2，依次类推。附加路径会导致一个附加相移。 费涅尔区特性： 当Δr是半波长的奇数倍时，反射波和直射波在接收点的作用相同，此时的场强得到加强； 当Δr为半波长的偶数倍时，反射波和直射波在接