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* 移动通信教学中心 * 移动通信教学中心 第二章 移动信道的电波传播 移 动 通 信 技术 蔡跃明、吴启晖、田华和高瞻．现代移动通信．北京：机械工业出版社，2007年8月版 第二章 移动信道的电波传播 本章要求：掌握移动通信电波传播方式与传播现象，了解移动信道常用的无线传播模型。 电波传播方式 　 电波传播方式 1) 直射波：电波传播过程中没有遇到任何的障碍物, 直接到达接收端的电波, 称为直射波。直射波更多出现于理想的电波传播环境中。 2) 反射波：电波在传播过程中遇到比自身的波长大得多的物体时, 会在物体表面发生反射, 形成反射波。 反射常发生于地表、 建筑物的墙壁表面等。 3) 绕射波：电波在传播过程中被尖利的边缘阻挡时, 会由阻挡表面产生二次波, 二次波能够散布于空间, 甚至到达阻挡体的背面, 那些到达阻挡体背面的电波就称为绕射波。 由于地球表面的弯曲性和地表物体的密集性, 使得绕射波在电波传播过程中起到了重要作用。  4) 散射波：电波在传播过程中遇到障碍物表面粗糙或者体积小但数目多时, 会在其表面发生散射, 形成散射波。 散射波可能散布于许多方向, 因而电波的能量也被分散于多个方向。 电波传播现象 　 电波传播现象 移动通信电波传播最具特色的现象是多径衰落, 或称多径效应。无线电波在传输过程中会受到地形、地物的影响而产生反射、绕射、散射等, 从而使电波沿着各种不同的路径传播, 这称为多径传播。由于多径传播使得接收端接收到的信号也是在幅度、相位、频率和到达时间上都不尽相同的多条路径上信号的合成信号, 因而会产生信号的频率选择性衰落和时延扩展等现象, 这些被称为多径衰落或多径效应。  所谓频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与频率有关, 即传输信道对信号中不同频率成分有不同的、随机的响应。由于信号中不同频率分量衰落不一致, 因此衰落信号波形将产生失真。 电波传播现象所谓时延扩展是指由于电波传播存在多条不同的路径, 路径长度不同, 且传输路径随移动台的运动而不断变化, 因而可能导致发射端发一个较窄的脉冲信s0(t)=a0δ(t)在到达接收端时变成了由许多不同的时延脉冲构成的一组信号。时延扩展可直观地理解为在一串接收脉冲中, 最大传输时延和最小传输时延的差值, 即最后一个可分辨的延时信号与第一个延时信号到达时间的差值, 记为Δ,Δ就是脉冲展宽的时间。 电波传播现象移动台接收信号的强度随移动台的运动产生随机变化(即衰落), 这种变化的周期从几分之一秒至几小时不等。因此移动通信电波传播中的衰落又分为慢衰落和快衰落两种。 慢衰落(也称长期衰落或大尺度衰落)指的是接收信号强度随机变化缓慢, 具有十几分钟或几小时的长衰落周期。慢衰落主要是由电波传播中的阴影效应以及能量扩散所引起的, 具有对数正态分布的统计特性。 快衰落(也称短期衰落或小尺度衰落、多径衰落)指的是接收信号强度随机变化较快, 具有几秒钟或几分钟的短衰落周期。快衰落主要是由电波传播中的多径效应所引起的, 具有莱斯分布或瑞利分布的统计特性。当发射机和接收机之间有视距路径时一般服从莱斯分布, 无视距路径时一般服从瑞利分布。 电波传播现象 　　路径损耗是上述现象的一个综合结果, 指的是信号从发射天线经无线路径传播到接收天线时的功率损耗, 可以用发射天线的绝对功率电平与接收天线的绝对功率电平之差值来表示。路径损耗的一个主要原因是电波会随着距离而扩散, 从而使接收机的接收功率随着传输距离的增加而减小; 路径损耗的另一个原因是地表以及地表上的各种障碍物的影响。因而, 影响路径损耗的几点要素是: 传输距离、天线高度和电波频率等。典型电波传播的分析 自由空间电波传播损耗自由空间是指相对介电常数和导磁率为1的均匀介质所存在的空间, 该空间具有各向同性、电导率为零的特点, 它是一种理想的传播环境。 电波在自由空间传播时与在真空中传播一样, 只有直线传播的扩散损耗。 对于移动通信系统而言, 其自由空间路径损耗Lbs仅与传输距离d和电波频率f有关, 而与收、发天线增益无关。可用下式来表示: Lbs=32.44+20lgd+20 lgf 式中, 传输距离d的单位为km, 电波频率f的单位为MHz，Lbs单位为dB。 电波传播的估算对移动环境中电波传播特性的研究, 可以采用两种方法: 理论分析方法和实测分析方法。理论分析方法通常用射线表示电磁波的传播, 在确定收发天线的高度、位置和周围环境的具体特征后, 可根据直射、折射、反射、散射、透射等波动现象, 用电磁波理论计算电波传播路径损耗及有关信道参数。实测分析方法是在典型的传输环境中进行现场测试, 并用计算机对大量实测数据进行统计分析。 这两种方法最终都是要建立有普遍适用性的数学模型, 以进行传播预测。