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第3章 移动信道中电波传播与分集接收课件
第3章 移动信道中的电波传播与分集接收 ;3.1 VHF、UHF电波传播特性 ;3.1.2 直射波 ; 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。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 ; 若用天线增益为GT的方向性天线取代各向同性天线,则上述公式应改写为: ; 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 ;由上式可见,自由空间传播损耗Lfs可定义为 ;3.1.3 大气中的电波传播 ; 当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时,由于不同高度上的电波传播速度不同,从而使电波射束发生弯曲, 弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度dn/dh。这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象,称为大气对电波的折射。
大气折射对电波传播的影响,在工程上通常用“地球等效半径”来表征,即认为电波依然按直线方向行进,只是地球的实际半径R0(6.37×106 m)变成了等效半径Re, Re与R0之间的关系为 ; 当dn/dh<0时,表示大气折射率n随着高度升高而减少。因而k>1, Re>R0。 在标准大气折射情况下,即当dn/dh≈-4×10-8(l/m),等效地球半径系数k=4/3,等效地球半径Re=8 500km。
由上可知,大气折射有利于超视距的传播,但在视线距离内,因为由折射现象所产生的折射波会同直射波同时存在,从而也会产生多径衰落。 ;2. 视线传播极限距离 ;自发射天线顶点A到切点C的距离d1为 ;3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 ; 图中,x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离,称为菲涅尔余隙。规定阻挡时余隙为负,如图 3 - 3(a)所示;无阻挡时余隙为正,如图 3 - 3(b)所示。由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系如图 3 - 4 所示。图中,纵坐标为绕射引起的附加损耗,即相对于自由空间传播的分贝数。横坐标为x/x1,其中x1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径,它由下列关系式可求得: ;图 3 – 4 绕射损耗与余隙关系; 由图3 - 4 可见,当x/x1>0.5 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的菲涅尔余隙x>0.5x1; 当x<0,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。 ; 例 3 – 1 设图 3 - 3(a)所示的传播路径中, 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 先由式(3 - 13)求出自由空间传播的损耗Lfs为 ;3.1.5 反射波 ; 通常,在考虑地面对电波的反射时,按平面波处理,即电波在反射点的反射角等于入射角。不同界面的反射特性用反射系数R表征,它定义为反射波场强与入射波场强的比值,R可表示为 ; 对于水平极化波和垂直极化波的反射系数Rh和Rv分别由下列公式计算:; 对于地面反射,当工作频率高于150MHz(λ<2m)时,θ<1°,由式(3- 23)和式(3 - 24)可得 ; 通常(ht+hr)d, 故上式中每个根号均可用二项式定理展开, 并且只取展开式中的前两项。例如: ;3.2 移动信道的特征 ;假设反射系数R=-1(镜面反射), 则合成场强E为 ;图 3 – 7 典型信号衰落特性 ;3.2.2 多径效应与瑞利衰落 ;假设基站发射的信号为 ; 假设N个信号的幅值和到达接收天线的方位角是随机的且满足统计独立, 则接收信号为 ;由于x和y都是独立随机变量之和,根据概率的中心极限定理,大量独立随机变量之和的分布趋向正态分布,即有概率密度函数为: ;假设 ,且p(x)和p(y)均值为零,则;得联合概率密度函数为 ; 多径衰落的信号包络服从瑞利分布, 故把这种多径衰落称为瑞利衰落。 ;图 3 – 9 瑞利分布的概率密度 ;当 时, 有 ; 上式表明,衰落信号的包络有50%概率大于1.177σ。这里的概率即是指任意一个足够长的观察时间内,有50%时间信号包络大于1.177σ。因此,1.177σ常称为包络r
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