1、第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 第第2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1 VHF、UHF频段电波传播特性频段电波传播特性 2.2 移动通信环境中的电波传播特性移动通信环境中的电波传播特性 2.3 多径传播与数字信号传输多径传播与数字信号传输 2.4 电波传播特性的估算电波传播特性的估算 2.5 无线链路计算无线链路计算(一一)2.6 无线链路计算无线链路计算(二二)2.7 分集接收技术分集接收技术 习题习题 第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1 VHF、UHF频
2、段电波传播特性频段电波传播特性 移动通信中，移动台是处在运动状态之中的，电波传播的条件随着移动而发生较大的变化，接收信号的场强起伏也很大，可达几十分贝，极易出现严重的衰落现象。图2-1示出了一个场强的实测记录。由此可见，接收信号出现严重的衰落现象是移动通信电波传播的一个基本特点。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图2-1 移动通信场强实测记录(f=160 MHz)1050510信号电平/dB V第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1.1 电波传播方式 现代移动通信已广泛使用150 MHz(VHF)、450
3、 MHz、900 MHz(UHF)频段，因此，必须熟悉它们的传播方式和特点。发射机天线发出的无线电波，通过不同的路径到达接收机，当频率f 30 MHz时，典型的传播通路如图2-2所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-2 典型的传播通路 发射天线123接收天线第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1.2 自由空间的传播损耗 直射波传播可按自由空间传播来考虑。自由空间是一个理想的空间，在自由空间中，电波沿直线传播，不发生反射、折射、绕射、散射和吸收等现象。在图2-3所示的自由空间中，设在原点O有一辐射
4、源，均匀地向各方向辐射，辐射功率为PT。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 经辐射后，能量均匀地分布在以O点为球心，d为半径的球面上。已知球面的表面积为4d2，因此，在球面单位面积上的功率应为PT/4d2。若接收天线所能接收的有效面积取为 A=2/4，则接收功率为222)4(44dPdPPTTR第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-3 自由空间传播损耗 OPTA2/4d第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 通常，定义发射功率与接收功率的比值为传播损耗。所以，自由空间
5、传播损耗Lbs为2)4(DPPLRTbs 若以dB表示，则有)(lg20lg2045.324lg204lg102dBfdddLbs(2-1)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1.3 大气中的电波传播 1.大气折射 在不考虑传导电流和介质磁化的情况下，介质折射率n与相对介电系数r的关系为rn第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 众所周知，大气的相对介电系数与温度、湿度及气压有关。大气高度不同，r也不同，即dndh是不同的。根据折射定律，电波传播速度v与大气折射率 n成反比，即nc第第2 2章章 移动信道电波传
6、播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 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Ro(6.37106 m)变成了等效半径Re，Re 与Ro之间的关系为dhdnRRRkooe11第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.视线传播极限距离 视线传播的极限距离可由图2-4计算。天线高度分别为ht和hr，两个天线顶点的连线AB与地面相切于C点。由于地球等效半径Re远远大于天线高度，因此，自发射天线顶点A到切点C的距离d1为tehRd21同理，由切点C到接收天线顶点B的距离d2为 re
7、hRd22第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-4 视线传播的极限距离 ACd1d2BORehthr第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 所以，视线传播的极限距离为)(221rtehhRddd在标准大气折射情况下，Re=8 500 km，故)(12.4rthhd第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 实际情况中，电波在直射传播中存在各种障碍物，由障碍物引起的附加传播损耗称为绕射损耗。设障碍物与发射点和接收点的相对位置如图2-5所示。图
8、中，x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离，称作菲涅尔余隙。规定阻挡时余隙为负，如图2-5(a)所示；无阻挡时余隙为正，如图2-5(b)所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系如图2-5(c)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xx1 中的x1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径，它由下列关系式求得21211ddddx(2-2)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-5 障碍物与余隙绕射及损耗菲涅尔余隙的关系(a)负余隙；(b)正余
9、隙；(c)绕射损耗与余隙关系d1PTRRTd1d2d2h2h1h1xxPh2(a)(b)2624222018161412108642024绕射损耗/dB2.52.0 1.51.00.50.501.01.52.02.5x/x1(c)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 例 2.1 设在图2-5(a)所示的传播路径中，菲涅尔余隙x=-82 m，d1=5 km，d2=10 km，工作频率为150 MHz。试求电波传播损耗。解 先由式(2-1)求出自由空间传播损耗：Lbs=32.45+20lg(5+10)+20lg150=99.5 dB 由式(2-2)求第一菲涅
10、尔区半径：mddddx7.811015101105234321211由图2-5(c)查得附加损耗(xx1-1)为 17 dB，所以电波传播的损耗为 L=Lbs+17=116.5 dB第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.1.5 反射波 当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果界面尺寸比电波波长大得多，就会产生镜面反射。由于大地和大气是不同的介质，所以入射波会在界面上产生反射，如图2-6所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-6 反射波与直射波 d1d2TRhthracbO第第2 2章章 移动信
11、道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 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，可表示为 R=|R|e-j 式中，|R|为反射点上反射波场强与入射波场强的振幅比，代表反射波相对于入射波的相移。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 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：2/122/122/122/12)cos(sin)cos(sin)cos(sin)cos(sinccccvccjhhReRR(2-3)(2-4)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线
12、链路计算 式中，c是反射媒质的等效复介电常数，它与反射媒质的相对介电常数r、电导率和工作波长有关，即 c=r-j60 对于地面反射，当工作频率高于 150 MHz(2 m)时，1，由式(2-3)和式(2-4)可得 Rv=Rh=-1 即反射波场强的幅度等于入射波场强的幅度，相差为180。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 在图2-6中，由发射点T发出的电波分别经过直射线(TR)与地面反射路径(TOR)到达接收点R，由于两者的路径不同，因此会产生附加相移。由图2-6可知，反射波与直射波的路径差为222222212221)(1)(1)()()()(dhhdh
13、hdhhddhhddcbadrtrtrtrt(2-5)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 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：22211)(1dhhdhhrtrt由此可得到 dhhdrt2(2-6)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 由路径差d引起的附加相移为 d2(2-7)式中，2/称为传播相移常数。这时，接收场强E可表示为)1()1()(00eREeREEj(2-8)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.2
14、 移动通信环境中的电波传播特性移动通信环境中的电波传播特性 2.2.1 场强测试曲线显示的电波传播特性 1.固定通信环境中的电波传播特性 固定无线通信的接收点测试的模拟信号的场强特性如图 2-7所示。接收点的信号场强值(dB)是时间t的函数。其信号场强值取决于发、收间的自由空间距离和地形地物对传播路径的阻挡程度。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-7 固定点测试与模拟信号的场强特性 第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.移动通信环境中的电波传播特性 移动无线通信的接收点测试的场强特性可分作以下几种情况
15、：(1)定点移动测试的场强特性。在给定接收点移动中对模拟信号进行场强测试，其信号场强与时间的关系特性如图2-8所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-8 给定点移动测试与模拟信号的场强特性2101102030t/s相对电平值/dB第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (2)由近及远移动测试的场强特性。沿路移动测试并记录不同距离接收点的模拟信号的电平，其场强特性如图2-9所示。接收点的信号场强值(dB)是距离d的函数，并随距离的增加而呈下降的总趋势。分析表明，它受到自由空间传播距离、阴影效应(阻挡)、多径
16、效应、移动体的移动速度等因素的影响。图2-10所示为图2-9的移动场强特性的细部，它可显示出信号起伏的严重性。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-9 移动场强测试与模拟信号的场强特性 信号强度地形(传播损耗)区域散射(多径衰落)移动路径第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-10 移动场强特性的细部 10910610310097接收信号/dBm0246810距离/m900 MHz,发射天线高 20 m,发射功率 7 W,接收点距离 5.6 km第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电
17、波传播及无线链路计算 (3)移动体测试的场强特性。移动体变速运动时的场强特性。图2-11所示为移动体变速运动时的场强的变化曲线。移动体恒速运动时的场强特性。图2-12所示为移动体恒速运动时的场强变化曲线。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-11 变速运动时的场强的变化曲线 场强/dB速度(v)时间(t)r(t)v1v2v3v4第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-12 恒速运动时的场强的变化曲线 (a)高速；(b)低速25201510505场强/dB距离(波长)时间/s0.10.20.30.40.
18、50.60.70.82421181512963ABr(t)30 km/h(850 MHz)(a)场强/dB252015105050.10.20.30.40.50.60.70.8(b)距离(波长)时间/sBAr(t)15 km/h(850 MHz)1.534.567.5910.512第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 由上述移动条件下获得的场强特性曲线可以归纳出如下重要结论：(1)移动通信环境电波传播的场强特性曲线的起伏现象加剧；(2)场强特性曲线的平均值随距离的增加而衰减；(3)场强特性曲线的中值呈慢速起伏变化，即慢衰落；(4)场强特性曲线的瞬时值呈快
19、速或起伏变化，即快衰落。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 因此，对移动条件下的场强特性进行分析可知，移动通信环境电波传播特性有如下特点：(1)自由空间传播损耗。(2)阴影衰落(效应)。(3)多径效应。(4)多普勒效应。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.2.2 电波传播的衰落特性 1.慢衰落特性 1)慢衰落的原因 电波传播慢衰落有两个主要原因：阴影效应和大气折射。(1)阴影效应。移动台在运动过程中，周围地形地物造成对电波传播路径的阻挡，形成电磁场的阴影，这种随移动台运动而不断变化的电磁阴影引起接收点场强中
20、值起伏变化的现象叫做阴影效应。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (2)大气折射。当移动台处于静止状态时，由于气象条件的平缓变化使大气相对介电常数发生变化，导致大气折射率的变化，从而引起接收点场强中值缓慢变化，这种现象叫做大气折射。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2)慢衰落的统计特性 因为接收点的信号电平的随机性，在讨论其信号电平特性时，需采用统计的方法。慢衰落的统计特性是指接收信号的局部平均值。(1)局部均值。局部均值的概念如图2-13所示。图中，横坐标x为距离，且有x=vt，纵坐标为场强。距离x1点处的
21、场强局部均值定义为LxLxdxxrLxm11)(21)(2-9)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-13 场强局部均值长时间衰落场强/dBLLx1 L x1x1 Lox第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 若将接收信号r(x)表示成慢衰落m0(x)和快衰落r0(x)两部分，则可写作 r(x)=m0(x)r0(x)(2-10)代入式(2-9)，有LxLxdxxrxmLxm11)()(21)(00第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 当x=x1，并假定m0(x1)是实际
22、的局部均值时，则有 m(x1)=m0(x1)，x1-Lxx1+L 因此，对场强实测曲线做统计处理时，应选择适当的L以满足下列关系：1)(21110LxLxdxxrL r(t)=m0(t)r0(t)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (2)对数正态分布。基于位置函数，对表征慢衰落的局部均值的统计规律分析表明，慢衰落符合对数正态分布。即有222)(21)(LMmLemp同理，基于时间函数的对数正态分布为222)(21)(tMmtemp(2-11)(2-12)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (3)联合分布的标准离
23、差。当L和t是统计独立的正态分布的标准离差时 2122)(tLL第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2 电波传播的快衰落特性 1)快衰落的原因 移动台附近的散射体(地形、地物和移动体等)引起的多径传播信号在接收点相叠加，造成接收信号快速起伏的现象叫快衰落。具体来说，快衰落可分为以下4种典型情况。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (1)移动台保持静止，周围是移动体。接收信号的衰落取决于周围移动体的流量和与移动台的距离。(2)移动台以速度v运动，周围无散射体。由于移动台的运动产生多普勒效应，因此会引起接收信号电平
24、的起伏。接收信号可表示为)cos(2exp)()cos2(exp)(00fjAtsxtfjAts(2-13)或写作 第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 其中，=2/，x=vt,x为位移，v为速度；为电波传播方向与移动台运动方向的夹角；A为信号幅度；f0为发送信号的载波频率。若定义多普勒频率为cosDf(2-14)由(2-13)式可知，多普勒效应使接收信号的载波频率变为 fR=f0-fD第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (3)移动台以速度v在基站和一个反射体间运动。移动台收到来自基站的直射波和反射波。因为当=0
25、时，式(2-13)即为直射波信号；当=180时，式(2-13)即为反射波信号，所以接收点的信号为)(2exp)(2exp)(000tfjtfjAts其信号包络为一驻波，即tAts2sin2)(第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (4)移动台以速度v运动，接收来自N个方向的反射波而无直射波。接收点的信号为N个路径信号的和，即cosexp2exp)(10iNiitjtfjAts第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2)快衰落的统计特性 快衰落的统计特性包括信号包络统计特性和瞬时幅度特性两方面。(1)快衰落信号包络统计
26、特性。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 移动台远离基站的情况下，快衰落信号包络统计特性是指在无直射波的N个路径传播时，接收信号的包络统计特性。若每条路径的信号幅度为高斯分布，相位在02 内为均匀分布，则合成信号的包络分布为瑞利(Raleigh)分布(可参见图2-14(a)，且有如下概率密度函数(Probability Density Function)表达式：)0()(2222rerrpr(2-15)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-14 概率密度函数 概率密度p(r)0.60.50.40.30.2
27、0.100.511.5232.5r/(a)(b)概率密度p(r)0.50.40.30.20.1012345r/a02a03a05r2r2第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 而合成信号的相位分布为均匀分布，即)20(21)(p(2-16)合成信号包络的累积概率分布(Cumulative Probability Distribution)为xredrrpxrP02221)()(2-17)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 一阶矩(均值)为 xxdrrprrEmdrrrprEm02222012)(253.12)(二阶
28、矩为 第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 利用式(2-17)表示的信号包络的累积分布，可定义信号包络样本区间的中值(场强中值)是满足下式的rm值，即 P(rrm)=0.5 (2-18)可求得rm=1.77。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 移动台靠近基站的情况下，快衰落信号包络统计特性是指在含有一个强直射波的N个路径传播时，接收信号的包络统计特性。若每条路径的信号幅度为高斯分布，相位在02内为均匀分布，则合成信号的包络分布为莱斯(Rician)分布(可参见图2-14(b)，且有如下概率密度函数表达式：2022
29、2)(222Ierrpr(2-19)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 当 时，式(2 -19)可简化为212)(rr22)(22)(rrerrp(2-20)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 (2)快衰落瞬时幅度特性。快衰落瞬时幅度特性可用电平通过率(Level Crossing Rate)、衰落速率(Fading Rate)、衰落深度(Deep of Fading)和衰落持续时间(Faded Duration)来表征。电平通过率LCR(Level Crossing Rate，)是指在单位时间内信号电平以正斜
30、率通过某一给定电平A的次数。若时间T内发生N次则有TNnLCRA第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图(2-15)中所示的A为给定电平，在时间T内以正斜率通过A电平的次数为4次，所以其电平通过率等于4/T。因为电平通过率是随机量，所以多用平均电平通过率来描述，它与移动体运动速度v、工作波长有关，可表示为rmsmAAAefn22(2-21)式中 第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-15 电平通过率和平均衰落持续时间 0ATLCR1234负斜率正斜率t1t2t3t4n(A)t(A)i14Tt4Tti4第第2
31、 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 衰落速率是指在单位时间内信号电平以正斜率通过中值电平的次数。它等于某一给定电平为中值电平时的电平通过率。中值电平满足式(2-18)的rm值。衰落速率与信号波长、运动速度v和多径数目有关。由经验数据可得到平均衰落率(Average Fading Rate)为 20n第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 衰落持续时间是指信号电平低于某一电平(门限电平)的持续时间。它是随机量。因此，可定义平均衰落持续时间AFD(Average Faded Duration)：信号电平低于某一规定电平值A的
32、概率与该规定电平值的电平通过率之比，即有AAnArPAFD)(第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.3 多径传播与数字信号传输多径传播与数字信号传输 多径衰落信道对模拟信号传输的影响已为人们所熟悉。其信道特性可由信号在自由空间传播损耗、信号衰落深度、信号衰落次数等参数来表征。这些参数决定了电波传播的覆盖范围和场强分布图。但是，对数字信号的传输来说，仅有这些参数是不够的。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 在图2-16中，示出了信号的时延扩展的情况。当工作频率为850 MHz、移动台速度为15 kmh时，信号衰
33、落次数为16次/s，衰落持续时间为6 ms。局部散射体引起的近区时延扩展在市区为3 s，在郊区为0.3s。远区高层建筑物引起的信号时延约为20s，远山区引起的多径时延约为100s。下面将重点讨论多径时延扩展对数字通信的影响。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-16 移动通信多径传播时延扩展 002468102030406080 100山区时延/s远区近区线性尺寸对数分度相对功率密度/dB10203040第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.3.1 多径时延扩展 若已知多径时延的分布为p()，则有平均时
34、延(一阶矩)为dpTa)(0二阶中心矩(方差)为dpTa)()(202 定义多径时延扩展为，且有表达式 2120)()(dpTa(2-22)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-17 多径时延统计参量的物理意义 030 dB0 dBp()TaTm第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.3.2 相关带宽和相关时间 1.信道相关带宽 信道相关带宽是表征载波频率不同的信号其包络衰落的相关性。相关带宽Bc与多径扩展有关，它反映信道的时间散布。当相关系数取0.5时，相关带宽可有如下表达式：21cB(2-23)第第2
35、 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.信道相关时间 信道相关时间t与信道多普勒扩展Bd有关，它反映信道的频率散布。可表示为dBt1(2-24)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.3.3 多径衰落信道对数字信号传输的影响 1.幅度衰落特性对数字信号的影响 1)幅度衰落特性 多径传播将引起接收信号呈现幅度(包络)衰落和频率选择性衰落。多径信号的包络衰落分为慢衰落(短期衰落)和快衰落(长期衰落)。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 可得到如下的统计规律：(1)无直射波的移动通
36、信环境下的快衰落符合瑞利分布。(2)有直射波的移动通信环境下的快衰落符合莱斯分布。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2)幅度衰落的影响 幅度慢衰落表现为接收信噪比的缓慢变化，它将影响数字信号传输的误码率。为保证传输误码率小于给定值，要求接收点处的信号电平高于门限值。快衰落瞬时幅度特性是用电平通过率、衰落速率、衰落深度和衰落持续时间以及衰落持续时间的分布来表征的。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.选择性衰落信道 1)时间选择性信道 时间选择性信道是指在时间(0，T)内，信号的包络、频率和相位均随时间而变化
37、。2)频率选择性信道 频率选择性信道对不同频率的信号具有不同的增益和相移，这将对数字信号产生波形失真，甚至造成信号的重叠，引起符号间干扰。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 3)频率非选择性慢衰落信道 频率非选择性慢衰落信道是指信号带宽W满足条件WBc，信号持续时间T满足条件Tt的信道。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.4 电波传播特性的估算电波传播特性的估算 2.4.1 市区传播损耗中值 在城市街道地区，电波传播损耗取决于传播距离d、工作频率f、基地站天线有效高度hb，移动台天线高度hm以及街道的走向和
38、宽窄等。OM模型中，给出了准平滑地形市区传播损耗中值的预测曲线簇，如图2-18所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-18 测准平滑地形大城市地区的电波传播损耗中值 1009080706050403020105321d/km300020001000700500300200100101235102030302040504060708090100506070d/km市区hb200 mhm3 m基本损耗中值Am(f,d)/dB频率/MHz第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 若基地站天线有效高度不是200 m
39、，可利用图2-19查出修正因子Hb(hb，d)，对基本损耗中值加以修正，它称为基地站天线高度的增益因子。图2-20是以hb=200m，hm=3 m 作为0 dB参考的。Hb(hb，d)反映了由于基地站天线高度变化，使图2-19的预测值产生的变化量。同样，若移动台天线高度不等于3m时，可利用图2-20查出修正因子Hm(hm，f)，对基本损耗中值进行修正，它称为移动台天线高度的增益因子。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-19 基地站天线高度增益因子市区、基准:hb200 m基地站天线高度增益因子Hb(hb,d)/dB304020105311008
40、070506020305070100200300500 700 1000基地站天线有效高度hb/m2010虚线实线0102030d/km70100604020110d/km第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-20 移动台天线高度增益因子2000100070040020010010020040010001075321505101520市区、基准:hm3m移动天线高度增益因子Hm(hm,f)/dB移动天线高度hm/mf/MHz大城市内中小城市内400 MHz以 上200 MHz以 下第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无
41、线链路计算 在考虑基地站天线高度增益因子与移动台天线高度增益因子的情况下，式(2-25)所示的准平滑地形市区路径传播损耗中值应为 LT=Lbs+Am(f，d)-Hb(hb，d)-Hm(hm，f)(2-26)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.4.2 郊区和开阔区的传播损耗中值 郊区的建筑物一般是分散、低矮的，电波传播条件优于市区，故其损耗中值必然低于市区损耗中值。市区损耗中值与郊区损耗中值之差称为郊区修正因子kmr，所以，kmr为增益因子。它随工作频率和传播距离变化的关系示于图2-21中。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传
42、播及无线链路计算 图 2-21 郊区修正因子 200010007005003002001000510152025郊区修正因子kmr/dB频率/MHzd 1 kmd 5 kmd 10 kmd 20 km第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 开阔区、准开阔区(开阔区与郊区之间的过渡地区)的损耗中值相对于市区损耗中值的修正曲线如图2-22所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-22 开阔区、准开阔区修正因子 Qo:开阔区Qr:准开阔区353025201510020030050070010002000频率 /M
43、Hz开阔区修正因子Qo/dB准开阔区修正因子Qr/dBQrQo第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.4.3 不规则地形上的传播损耗中值 1.丘陵地的修正因子 丘陵地的地形参数可用“地形起伏”高度h表示。其定义是：自接收点向发射点延伸10 km范围内，地形起伏的90与10处的高度差，如图2-23所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-23 丘陵地的修正因子 10010203010203050 70 100200 300500h/m丘陵地修正因子kh/dB基地站发射d10 km时dm510 kmdm10
44、 kmhh的定义10%90%第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 在丘陵地中，由于起伏的顶部与谷部的损耗中值相差较大，为此有必要进一步加以修正，如图2-23所示。图2-24中给出了丘陵地上起伏的顶部和谷部的微小修正值khf，它是在kh的基础上，进一步修正的微小修正值。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-24 丘陵地形微小修正值 102030507010020030050001020h/m微小修正值khf/dBh地形起伏与电场变化的对应关系电场变化按 kh修正后的中值地形起伏 khf khf第第2 2章章
45、移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.孤立山岳地形的修正因子 当电波传播路径上有近似刃形的单独山岳时，若求山背后的场强，则应考虑绕射损耗、阴影效应、屏蔽吸收等附加损耗。这时，可用孤立山岳修正因子kjs加以修正，其曲线如图2-25所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-25 孤立山岳地形的修正因子 2010010200246810弧立山岳至移动台的距离d2/km弧立山岳修正因子kjs/dBA曲线:d160 kmB曲线:d130 kmC曲线:d115 kmABC弧立山岳典型地形T(基地站)T(基地站)31 013(km
46、)d1d2HR(移动台)H200 m第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 3.斜坡地形的修正因子 斜坡地形系指在 510 km内倾斜的地形。若在电波传播方向上，地形逐渐升高，称为正斜坡，倾角为+m；反之为负斜坡，倾角为-m，如图2-26所示。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-26 斜坡地形修正因子(基地站)发射mm201001020201001020斜坡地形修正因子ksp/dB平均倾角m/mradd60 kmd30 kmd10 kmd30 km第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传
47、播及无线链路计算 4.水陆混合地形的修正因子 在电波传播路径上，如遇有湖泊或其它水域，接收信号的路径损耗中值比单纯陆地传播时要低。不难想像，水路混合地形修正因子ks亦应为增益因子。图2-27（c）中的横坐标用水面距离dSR与全部距离d之比(dSRd)作为地形参数，纵坐标为水陆混合地形修正因子ks，其值还与水面所处的位置有关。图中，曲线A表示水面位于移动台一方时，水陆混合地形的修正值(图2-27(a)；曲线B表示水面位于基地站一方时的修正值图(2-27(b)。当水面在传播路径的中间时，则取上述两曲线的中间值。第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 图 2-2
48、7 水陆混合地形的修正因子 1008060402005101520水面距离与全距离的比率(dSR/d)%水陆混合路径修正因子ks/dB(c)d30 kmd60 kmAABB水面水面T(基地站)R(移动台)R(移动台)T(基地站)dSRddSRd(a)(b)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 2.4.4 任意地形、地物的传播损耗 1.计算自由空间的传播损耗 根据式(2-1)，自由空间的传播损耗Lbs为 Lbs=32.45+20lgd(km)+20lgf(MHz)2.准平滑地形市区的信号中值 根据式(2-26)，准平滑地形市区的传播损耗中值LT为 LT=L
49、bs+Am(f，d)-Hb(hb，d)-Hm(hm，f)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 如果发射机送至天线的发射功率为PT，则准平滑地形市区接收信号功率中值Pp为 Pp=PT-LT=PT-Lbs-Am(f，d)+Hb(hb，d)+Hm(hm，f)(2-27)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 3.任意地形、地物情况下的信号中值 任意地形、地物情况下的传播损耗中值LA为 LA=LT-KT (2-28)式中，LT为准平滑地形市区的传播损耗中值；KT为地形、地物修正因子，它由如下项目构成：KT=kmr+Qo+Qr
50、+kh+khf+kjs+ksp+ks (2-29)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 式中：kmr郊区修正因子，可由图2-21查得；Qo、Qr开阔区、准开阔区修正因子，可由图2-22查得；kh、khf丘陵地形修正因子及丘陵地微小修正值，可由图2-23、图2-24查得；第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波传播及无线链路计算 任意地形、地物情况下，接收信号的功率中值Ppc是以准平滑地形市区的接收功率中值Pp为基础，加上地形、地物修正因子KT，即 Ppc=Pp+KT (2-30)第第2 2章章 移动信道电波传播及无线链路计算移动信道电波
