移动通信技术课件.ppt

1、移动通信技术移动通信技术通信工程学院通信工程学院 闫海煜闫海煜模块二：移动信道中的电波传播模块二：移动信道中的电波传播单元单元1：天线的基本知识：天线的基本知识 单元单元2：移动通信的电波传播特性：移动通信的电波传播特性 单元单元3：移动通信信道特征：移动通信信道特征 单元单元4：电波传播的路径损耗预测：电波传播的路径损耗预测 天线认知实训天线认知实训 单元单元5：噪声与干扰：噪声与干扰 教学单元引入教学单元引入 通过上一次课的讲解，我们对移动通信天线基础通过上一次课的讲解，我们对移动通信天线基础知识进行了深入的学习，而现代移动通信的天线辐射知识进行了深入的学习，而现代移动通信的天线辐射信号广

2、泛的使用信号广泛的使用150MHz、450MHz、900MHz、1800MHz频段作为无线通信系统信号传播的频段，那频段作为无线通信系统信号传播的频段，那么学习移动通信必须对无线通信系统信号传播的特征么学习移动通信必须对无线通信系统信号传播的特征做进一步了解，分析无线通信系统信号传播的特征等做进一步了解，分析无线通信系统信号传播的特征等效为分析其载波在各种地形地物气候等条件下传播特效为分析其载波在各种地形地物气候等条件下传播特征。征。单元单元2 2 移动通信的电波传播特性移动通信的电波传播特性 无线电波传播机制无线电波传播机制1 1主要内容主要内容2 2直射波传播直射波传播 反射、绕射与散射反

3、射、绕射与散射3 34 4大气中的电波传播大气中的电波传播学习目标学习目标l了解无线电波的传播机制。了解无线电波的传播机制。l理解无线电波的直射、反射、绕射、散射传播机理。理解无线电波的直射、反射、绕射、散射传播机理。l熟悉视线传播最大距离的计算。熟悉视线传播最大距离的计算。l学生团队协作能力得到锻炼。学生团队协作能力得到锻炼。l学生沟通能力学生沟通能力 表达能力得到锻炼。表达能力得到锻炼。重点与难点重点与难点l重点重点: 无线电波的直射、反射、绕射、散射传播无线电波的直射、反射、绕射、散射传播机理及视线传播最大距离机理及视线传播最大距离l难点：难点：无无。1 1. .无线电波传播机制无线电波

4、传播机制 移动通信的电波传播方式有哪些？移动通信的电波传播方式有哪些？1 1. .无线电波传播机制无线电波传播机制 1、移动通信的电波传播方式、移动通信的电波传播方式电波传播方式与电波频率有关电波传播方式与电波频率有关主要类型：直射、反射、绕射、散射。如图主要类型：直射、反射、绕射、散射。如图2-23所示。所示。1 1. .无线电波传播机制无线电波传播机制反射波反射波直射波直射波电离层反射波电离层反射波绕射波绕射波散射波散射波电离层电离层天天线线图图2-23 传播方式传播方式1 1. .无线电波传播机制无线电波传播机制 在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的机制为在移动通信系统中，影响传播的

5、三种最基本的机制为反射、绕射和散射。反射、绕射和散射。 当电磁波遇到比波长大得多的物体当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射。当接收机和发射机之间的无线路径被尖利时发生反射。当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。当电波穿行的介质中存在小于的边缘阻挡时发生绕射。当电波穿行的介质中存在小于波长的物体，且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，波长的物体，且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。发生散射。1 1. .无线电波传播机制无线电波传播机制对于移动通信系统来说，接收机接收对于移动通信系统来说，接收机接收到的实际信号到的实际信号, ,是一个什么样的信号？是一个什么样的信号

6、？1 1. .无线电波传播机制无线电波传播机制三种基本传播机制三种基本传播机制对于移动通信系统来说，接收机接收到的实际是直射对于移动通信系统来说，接收机接收到的实际是直射波和经地形地物反射散射绕射衍射后的合成信号。波和经地形地物反射散射绕射衍射后的合成信号。2.2.直射波传播直射波传播 直射波的传播可按用自由空间传播模型来分析衰减特直射波的传播可按用自由空间传播模型来分析衰减特性自由空间：均匀无损耗的无限大空间，其电波传播具有各性自由空间：均匀无损耗的无限大空间，其电波传播具有各向同性自由空间特点：电波传播时能量不会被障碍物吸收、向同性自由空间特点：电波传播时能量不会被障碍物吸收、反射、散射而

7、产生损耗反射、散射而产生损耗2.2.直射波传播直射波传播自由空间损耗的根本原因自由空间损耗的根本原因是什么？是什么？2.2.直射波传播直射波传播自由空间损耗自由空间损耗 球面波在传播过程中，球面波在传播过程中，随着传播距离增大，球面单位随着传播距离增大，球面单位面积上的能量减小了，而接收面积上的能量减小了，而接收天线的有效截面积是一定的，天线的有效截面积是一定的，因而接收天线所捕获的信号功因而接收天线所捕获的信号功率减小了，这就是自由空间损率减小了，这就是自由空间损耗。耗。 d自由空间损耗的根本自由空间损耗的根本原因原因能量扩散能量扩散3.3.反射、绕射与散射反射、绕射与散射反射反射l电波传播

8、中遇到两种不同介质的介面时，会产生镜面反电波传播中遇到两种不同介质的介面时，会产生镜面反射；射；l按平面波处理，电波的反射角等于入射角；按平面波处理，电波的反射角等于入射角；l镜面反射时，反射波场强幅度等于入射波场强幅度，而镜面反射时，反射波场强幅度等于入射波场强幅度，而相位发生反向。相位发生反向。3.3.反射、绕射与散射反射、绕射与散射 直射波与地面反射波存在相位差，如图直射波与地面反射波存在相位差，如图2-242-24所示，使所示，使得它们的合成场强有时会同相相加，有时会反相抵消，这得它们的合成场强有时会同相相加，有时会反相抵消，这就造成了合成波的衰落现象。就造成了合成波的衰落现象。图图2

9、-24 直射波与地面反射波存在相位差直射波与地面反射波存在相位差3.3.反射、绕射与散射反射、绕射与散射绕射绕射l电波在传播过程中有一定绕过障碍物的能力，这种现象电波在传播过程中有一定绕过障碍物的能力，这种现象称为绕射如图称为绕射如图2-25所示。所示。l电波的绕射能力与电波的波长有关，波长越长，绕射能电波的绕射能力与电波的波长有关，波长越长，绕射能力越强；波长越短，则绕射能力越弱。力越强；波长越短，则绕射能力越弱。图图2-25 电波的绕射电波的绕射3.3.反射、绕射与散射反射、绕射与散射l由于平面波有一定的绕射能力，所以能够绕过高低不平的由于平面波有一定的绕射能力，所以能够绕过高低不平的地面

10、或障碍物，然后到达接收点。地面或障碍物，然后到达接收点。l绕射会使部分信号偏转，致使绕射信号与直达信号之间有绕射会使部分信号偏转，致使绕射信号与直达信号之间有相位差，干扰了直达信号。因此如果树林或山丘突入绕射相位差，干扰了直达信号。因此如果树林或山丘突入绕射区，此时尽管收发信机处于视距内，也并不表示信号传输区，此时尽管收发信机处于视距内，也并不表示信号传输良好。良好。3.3.反射、绕射与散射反射、绕射与散射l由障碍物引起的附加传播损耗称为由障碍物引起的附加传播损耗称为绕射损耗绕射损耗；l绕射损耗的取值与传播路径的菲涅尔余隙有关，一般可绕射损耗的取值与传播路径的菲涅尔余隙有关，一般可通过查表获得

11、；通过查表获得；l当菲涅尔余隙为零时，其附加损耗约为当菲涅尔余隙为零时，其附加损耗约为6dB，即信号减即信号减弱为弱为1/4。3.3.反射、绕射与散射反射、绕射与散射散射散射l电波遇到粗糙表面时，会发生散射而散布于各个方向；电波遇到粗糙表面时，会发生散射而散布于各个方向；l实际移动无线环境的接收信号比单独绕射和反射模型预测的实际移动无线环境的接收信号比单独绕射和反射模型预测的信号强；信号强；l对于阻挡面起伏远大于波长的平滑表面可建模成反射面，而对于阻挡面起伏远大于波长的平滑表面可建模成反射面，而对于颗粒小于波长的粗糙表面，反射系数需乘以一个散射损对于颗粒小于波长的粗糙表面，反射系数需乘以一个散

12、射损耗系数，以代表减弱的反射场。耗系数，以代表减弱的反射场。4.4.大气中的电波传播大气中的电波传播大气折射大气折射 电波通过折射率不同电波通过折射率不同的大气层时，由于不同高的大气层时，由于不同高度的电波传播速率不同，度的电波传播速率不同，使电波射束发生弯曲。使电波射束发生弯曲。图图2-26 大气的折射大气的折射4.4.大气中的电波传播大气中的电波传播图图2-27 2-27 大气折射使得直射电波也能够实现超视距传播大气折射使得直射电波也能够实现超视距传播发射天线发射天线接收天线接收天线折射线折射线发射天线发射天线将折射线拉成直线将折射线拉成直线接收天线接收天线4.4.大气中的电波传播大气中的

13、电波传播大气折射对电波传播的影响常用大气折射对电波传播的影响常用“地球等效半径地球等效半径”来表征。来表征。在标准大气折射情况下，将地球实际半径在标准大气折射情况下，将地球实际半径6370公里转变为公里转变为等效半径等效半径Re8500km4.4.大气中的电波传播大气中的电波传播视线传播极限距离（如图视线传播极限距离（如图2-28所示）所示） 在标准大气折射情在标准大气折射情况下，用地球等效半径况下，用地球等效半径Re计算；计算；图图2-28 视线传播极限距离视线传播极限距离4.4.大气中的电波传播大气中的电波传播视线传播极限距离视线传播极限距离标准大气折射下的地球等效半径为：标准大气折射下的

14、地球等效半径为：Re8500km()rtehhRddd+=221()km 12.4rthhd+=单元小结单元小结 这次课介绍了移动通信的电波传播这次课介绍了移动通信的电波传播特性，主要包括电波的传播方式、直特性，主要包括电波的传播方式、直射波、反射波以及视线传播极限距离，射波、反射波以及视线传播极限距离，通过本模块的学习同学们对移动通信通过本模块的学习同学们对移动通信的电波传播特性做初步的了解，为以的电波传播特性做初步的了解，为以后本课的学习程打下理论基础。后本课的学习程打下理论基础。课后作业课后作业 1. 1. 试简述移动信道中电波传播的方式和特点。试简述移动信道中电波传播的方式和特点。 2. 2. 在标准大气压下，发射天线高度为在标准大气压下，发射天线高度为200m200m，接收天线为接收天线为2m2m，试求视线传播极限距离。，试求视线传播极限距离。