【正文】 大氣中的電波傳播 ?在實(shí)際移動(dòng)通信信道中，電波在低層大氣中傳播。 ?整個(gè)大氣層隨高度不同表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，分為對(duì)流層、平流層、中間層、電離層和散逸層，再上面就是星際空間了。 ?低層大氣是指距地面高度 10~15km以下的大氣層。低層大氣所含空氣占整個(gè)地球大氣層的 80%以上，對(duì)于天氣和氣候有直接的影響。 ?低層大氣并不是均勻介質(zhì)，它的溫度、濕度以及氣壓均隨時(shí)間和空間而變化，因此會(huì)產(chǎn)生折射和吸收現(xiàn)象，在 VHF和UHF波段的折射現(xiàn)象尤為突出，它將直接影響視線傳播的極限距離（增大）。 大氣折射 ?折射產(chǎn)生機(jī)理 大氣折射率是變化的 ， 當(dāng)一束電波通過(guò)折射率隨高度變化的大氣層時(shí) ， 由于不同高度上的電波傳播速度不同 ， 從而使電波射束發(fā)生彎曲 ， 彎曲的方向和程度取決于大氣折射率的垂直梯度 。 這種由大氣折射率引起電波傳播方向發(fā)生彎曲的現(xiàn)象 ， 稱為折射 。 大氣折射 ?其彎曲程度取決于大氣折射率 n的垂直梯度： ?大氣折射對(duì)電波傳播的影響 ， 在工程上通常用“ 地球等效半徑 ” 來(lái)表征 ， 也就是認(rèn)為電波依然按直線方向行進(jìn) ， 只是地球的實(shí)際半徑變成了等效半徑 。 dndh00011eR k R R dnRdh? ? ???大氣折射 ?標(biāo)準(zhǔn)大氣情況下 ， 等效地球半徑系數(shù) k=4/3。 地球?qū)嶋H半徑是 6370 km, 地球等效半徑為 8500 km。 ?大氣折射的結(jié)果是傳播距離比極限視距更遠(yuǎn)了，即所謂的超視距傳播 。 ?大氣折射有利于超視距的傳播，但在視線距離內(nèi)，因?yàn)檎凵洮F(xiàn)象所產(chǎn)生的折射波會(huì)同直射波同時(shí)存在，從而也會(huì)產(chǎn)生多徑衰落。 超視距傳播 假設(shè) A點(diǎn)架設(shè)一部發(fā)信機(jī)，天線的架高是 H1， AB是和地球相切的一條射線。若要接收到來(lái)波，接收天線的架高必須超出這條切線。 C A B H1 ?O d1 H2 d2 O 視線傳播極限距離 ? ?12 2 e t rd d d R h h? ? ? ?? ?4. 12 trd h h??eR1d2dCA Bo2212()22e t ee t t e td R h RR h h R h? ? ?? ? ?2222()22e r ee r r e rd R h RR h h R h? ? ?? ? ?8500eR k m? 障礙物的影響與繞射損耗 ? 在實(shí)際情況下，電波的直射路徑上存在各種障礙物，電波繞過(guò)障礙物遮擋向前傳播的現(xiàn)象稱為 繞射 。 ? 繞射可以用惠更斯原理解釋。 ? 惠更斯原理：波前的所有點(diǎn)可作為產(chǎn)生次級(jí)波的點(diǎn)源，這些次級(jí)波組合起來(lái)形成傳播方向上新的波前。 ? 繞射是由次級(jí)波的傳播進(jìn)入陰影區(qū)而形成。 繞射損耗 ?繞射損耗：由繞射引起的附加傳播損耗稱為繞射損耗 ， 該損耗與障礙物的性質(zhì) 、 傳播路徑的相對(duì)位置有關(guān) 。 ? x表示障礙物頂點(diǎn)至直射線 TR的距離 ， 稱為菲涅爾余隙 。 ?規(guī)定阻擋時(shí)余隙為負(fù) ， 無(wú)阻擋時(shí)余隙為正 。 1hT RP2hx1d2d1h1d2dRPxT2h( a )(b)繞射損耗 ? 工程上采用圖表形式。 ? 圖中橫坐標(biāo)為 x/x1，其中 x1是第一 菲涅爾區(qū) 在 P點(diǎn)橫截面的半徑。 ? x/x1＞ 0dB，即障礙物對(duì)直射波傳播基本上沒(méi)有影響。 ? x0時(shí)，損耗急劇增加。 ? x=0時(shí)， TR射線從障礙物頂點(diǎn)擦過(guò)，附加損耗約為 6dB。 ? 因此， 在選擇天線高度時(shí)，根據(jù)地形盡可能使服務(wù)區(qū)內(nèi)各處的菲涅爾區(qū)余隙 x/x1＞ 。 4 2024681 01 21 41 61 82 02 22 42 6 2 . 5 2 . 0 1 . 5 1 . 0 0 . 5 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 51/x x 反射 ?反射波： 當(dāng)電波傳播中遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時(shí)，如果尺寸比電波波長(zhǎng)大得多時(shí)會(huì)產(chǎn)生鏡面反射。 θ0hrhtdL O SEr= EgT ( )R ( )ET= EL O S+ EgθθE發(fā) 射 機(jī)接 收 機(jī)iθEi?? 反射 ? 地面反射模型（雙線或兩徑傳播模型）： ? 適用范圍 ? 幾千米范圍的大尺度信號(hào)和城區(qū)視距內(nèi)的微蜂窩環(huán)境 。 ? 在固定站址通信中 ， 選擇站址時(shí)應(yīng)力求減弱地面反射 ， 或調(diào)整天線的位置和高度 ， 使地面反射區(qū)離開(kāi)光滑界面 。 散射 ?產(chǎn)生： ?當(dāng)電波入射到粗糙表面時(shí) ， 反射能量由于散射而散布于所有方向 ， 形成散射波 。 ?影響： ?在實(shí)際移動(dòng)環(huán)境中 ， 有時(shí)接收信號(hào)比單獨(dú)繞射和反射模型預(yù)測(cè)的要強(qiáng) ， 這是因?yàn)楫?dāng)電波遇到粗糙表面 （ 例如樹林 ） 時(shí) ， 發(fā)生散射作用 ， 這就給接收機(jī)提供了額外的能量 。 散射 ?散射與反射：依賴于表面的光滑程度 、 物體大小與波長(zhǎng)的比較 。 ?當(dāng)平面上最大的突起高度小于表面平整度參數(shù) hc時(shí) ， 可認(rèn)為該表面是平滑的 ， 此時(shí)電波入射后發(fā)生反射； ?當(dāng)平面上最大的突起高度大于或等于 hc時(shí) ， 則認(rèn)為該表面是粗糙的 ， 此時(shí)電波入射后發(fā)生散射 。 ?例如 ， GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)在一個(gè)建筑物密集的城區(qū)以 900MHz頻率工作 ， 其中建筑物的高度差為 1m，此時(shí)建筑物的表面往往應(yīng)作為粗糙表面考慮 。 移動(dòng)通信信道的多徑傳播特性 移動(dòng)通信信道的時(shí)變特性 移動(dòng)環(huán)境的多徑傳播 多普勒頻移 移動(dòng)通信信道的時(shí)變特性 無(wú)線電信號(hào)通過(guò)移動(dòng)通信信道時(shí)會(huì)經(jīng)受不同類型的衰減損耗。若用公式表示，接收信號(hào)功率可表示為： ( ) ( ) ( ) ( )P d L d S d R d? ? ?傳播損耗 陰影衰落 多徑衰落 d ：移動(dòng)臺(tái)與基站的距離 大尺度衰落 小尺度衰落 傳播損耗 (路徑損耗） ? 電波傳播所引起的平均接收功率衰減； ? 其值由 決定， ? 為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離； ? n為路徑衰減因子，自由空間時(shí) n=2，一般情況下n=3~5； ?描述長(zhǎng)程范圍內(nèi)的信號(hào)電平變化（幾千米量級(jí)）。 () nL d d ?? 移動(dòng)通信信道的時(shí)變特性 )(dLd 陰影衰落 ?用 表示。 ?由大型障礙物的遮擋引起，包括傳播環(huán)境中的地形起伏、人造建筑物等。 ?描述短程范圍內(nèi)的信號(hào)電平變化（數(shù)百波長(zhǎng)量級(jí)）。 移動(dòng)通信信道的時(shí)變特性 )(dS 多徑衰落 ?用 表示。 ?主要由多徑效應(yīng)和多普勒效應(yīng)引起。 ?數(shù)十波長(zhǎng)量級(jí)內(nèi)的信號(hào)電平變化。 ?接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的瞬時(shí)值快速變化，在幾個(gè)波長(zhǎng)間距內(nèi)的變化幅度可達(dá) 30dB。 ?是移動(dòng)通信信道特性中最具特色的部分。 移動(dòng)通信信道的時(shí)變特性 )(dR 移動(dòng)通信信道的時(shí)變特性 從工程設(shè)計(jì)的角度看， 傳播損耗和陰影衰落 合并在一起反映了無(wú)線信道在大尺度上對(duì)傳輸信號(hào)的影響，它們主要影響到無(wú)線覆蓋范圍，合理的設(shè)計(jì)總可以消除這種不利的影響；而 多徑衰落 嚴(yán)重影響信號(hào)傳播質(zhì)量，并且是不可避免的，只能采用抗衰落技術(shù) (分集、均衡和擴(kuò)頻等 )來(lái)減小其影響。 ? 大尺度路徑損耗 傳播模型 ? 描述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間