15121-第2章移动通信信道的电波传播解答.ppt

第2章 移动通信信道的电波传播 本章提示 ? 无线移动信道是一种很不良好的信道。视距、衰落、多径和随机变化是移动信道的基本特征。 ? 载有信息的无线电波在无线移动信道中的传播损耗，不但会随传播距离的增加，电波的损耗以传播距离的四次方增大；同时会产生阴影效应和多径传播，使电波的包络产生大幅度起伏且随机变化，这就是电波的衰落。 本章提示 ? 衰落既有慢衰落，同时产生快衰落；多径时延扩展，使信道对信号产生频率选择性衰落，使信号发生波形畸变而引起符号间干扰（ISI）。 ? 多普勒效应在移动通信中普遍存在。多普勒效应使信道对信号产生随机调频和频谱扩展，对信号产生时间选择性衰落，使数字信号误码性能变坏。 本章提示 ? 对接收点信号场强的预测估算，是通信工程设计中的重要环节。由于信道传播特性的随机变化，不可能用一两个公式对其进行计算；必须依据实际环境，选用不同的数学模型进行预测估算，再经实际电测才能确定。 第2章 移动通信信道的电波传播 2.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 2.2 阴 影 效 应 2.3 移动信道的多径传播特性 2.4 多径衰落的时域特征和频域特征 2.5 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测 2.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 当前陆地移动通信主要使用的频段为VHF和UHF，即150MHz，450MHz、900MHz和1 800MHz。 移动通信中的传播方式主要有直射波、反射波、地表面波等传播方式，由于地表面波的传播损耗随着频率的增高而增大，传播距离有限。 2.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 图2-1 典型的移动信道电波传播路径 2.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 2.1.1 自由空间电波传播方式 2.1.1 自由空间电波传播方式 自由空间电波传播是指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。 电波在自由空间传播时，可以认为是直射波传播，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。 2.1.1 自由空间电波传播方式 只要地面上空的大气层是各向同性的均匀介质，其相对介电常数?r和相对导磁率μr都等于1，传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计，在这种情况下，电波可视作在自由空间传播。 2.1.1 自由空间电波传播方式 虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不产生反射、折射、绕射、散射和吸收，但是，当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由于辐射能量的扩散而引起的。 2.1.1 自由空间电波传播方式 由电磁场理论可知，若各向同性天线（亦称全向天线或无方向性天线）的辐射功率为PT瓦时，则距辐射源d米处的电场强度有效值E0为 2.1.1 自由空间电波传播方式 磁场强度有效值H0为 2.1.1 自由空间电波传播方式 单位面积上的电波功率密度S为 2.1.1 自由空间电波传播方式 若用天线增益为GT的方向性天线取代各向同性天线，则式（2-1）、式（2-2）、式（2-3）应分别改写为 2.1.1 自由空间电波传播方式 接收天线获取的电波功率等于该点的电波功率密度乘以接收天线的有效面积，即 2.1.1 自由空间电波传播方式 式中，AR为接收天线的有效面积，它与接收天线增益GR满足下列关系： 式中， 为各向同性天线的有效面积。 2.1.1 自由空间电波传播方式 由式（2-6）至式（2-8）可得 2.1.1 自由空间电波传播方式 当收、发天线增益为0dB，即当GR?=?GT?=1时，接收天线上获得的功率为 2.1.1 自由空间电波传播方式 由上式可见，自由空间传播损耗Lbs可定义为 2.1.1 自由空间电波传播方式 以dB计，得 或 式中，d是距离的千米数，f是频率的兆赫数。 2.1.1 自由空间电波传播方式 由上式可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率f和传播距离d有关，当f或d增大一倍时，［Lbs］将分别增加6dB。 2.1.2 视距传播的极限距离 图2-2 视距传播的极限距离 由于地球是球形的，凸起的地表面会挡住视线。 视线所能到达的最远距离称为视线距离d0（见图2-2）。 2.1.2 视距传播的极限距离 图2-2 视距传播的极限距离 2.1.2 视距传播的极限距离 已知地球半径为R?=?6 370km，设发射天线和接收天线高度分别为hT和hR（单位为m），理论上可得视距传播的极限距离d0为 由此可见，视距决定于收、发天线的高度。天线架设越高，视线距离越远。 2.1.2 视距传播的极限距离 实际上，当考虑了空气的不均匀性对电波传播轨迹的影响后，在标准大气折射情况下，等效地球半径R