【正文】 第 2章 移動(dòng)信道 引言 無線電波基本傳輸特性 移動(dòng)信道的多徑傳播特性 多徑衰落的時(shí)域和頻域特征 陰影效應(yīng) 電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型與中值路徑損耗模型 引言 ? 移動(dòng)信道的衰落特性取決于無線電波傳播環(huán)境。不同的環(huán)境，其傳播特性也不盡相同。 ? 復(fù)雜、惡劣的傳播條件是移動(dòng)信道的特征，這是由在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行無線通信這一方式本身所決定的。 ? 對(duì)移動(dòng)信道進(jìn)行研究的基本方法有三種：理論分析 、 現(xiàn)場(chǎng)電波傳播實(shí)測(cè) 、 移動(dòng)信道的計(jì)算機(jī)模擬 移動(dòng)信道是連接發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的媒介，其特性決定了信息論的容量，也決定了移動(dòng)系統(tǒng)的表現(xiàn)。所以，理解移動(dòng)信道是非常必要的。 本章將回答 傳播的電磁現(xiàn)象 ， 以及他們?nèi)绾斡绊懨恳粋€(gè) 多徑分量（ Multi Path Component,MPC)。分析信道參數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，即不關(guān)心功率或場(chǎng)強(qiáng)如何被特定的多徑分量影響，而在于描述 信道參數(shù)到達(dá)某個(gè)值得概率 。本章最后給出 鏈路計(jì)算 的原理和方法 ? 移動(dòng)環(huán)境中電波傳播特性研究的結(jié)果往往用下述兩種方式給出： ? 對(duì)移動(dòng)環(huán)境中電波傳播特性給出某種統(tǒng)計(jì)描述 。 ? 建立電波傳播模型。 ? 為解決移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題 ， 必須搞清三個(gè)問題： ? 無線電信號(hào)在移動(dòng)信道中可能發(fā)性的變化以及發(fā)生這些變化的原因 。 ? 對(duì)于特定的無線傳輸技術(shù) ， 這些變化對(duì)傳輸質(zhì)量和系統(tǒng)性能有什么影響 。 ? 有哪些方法或技術(shù)可供用來克服這些不利影響。 無線電波基本傳播特性 ? 一、 無線電波傳播方式 無線電波從發(fā)射機(jī)天線發(fā)出，可以沿著不同的途徑和方式到達(dá)接收機(jī)天線。主要電波傳播方式有地面波傳播、天波傳播、直射波傳播以及地面反射波，見下圖。 （ 1） 地面波傳播 電波沿著地球表面?zhèn)鞑サ姆绞?， 要求天線的最大輻射方向沿地面 ， 采用垂直極化 。 地面波的傳播損耗隨著頻率升高急劇增加 ， 傳播距離迅速減小 ， 在 VHF和 UHF頻段 ， 可以忽略 （ 2） 天波傳播 從天線發(fā)射向高空的電波在電離層內(nèi)被連續(xù)折射而返回地面到達(dá)接收天線的傳播方式 ， 以短波為主 ， 可數(shù)千公里遠(yuǎn)距離傳播 。 電離層特性的隨機(jī)變化 ， 天波信號(hào)的衰落現(xiàn)象比較嚴(yán)重 （ 3） 直射波傳播 從發(fā)射天線發(fā)出的電波直接到達(dá)在視距內(nèi)的接收天線的傳播方式 ， 又稱視距傳播 ， 為 VHF和 UHF頻段的主要傳播方式 （ 4） 地面反射波 從發(fā)射天線發(fā)出經(jīng)過地面反射到達(dá)接收天線的電波。在視距傳播中，直射波與地面反射波之間的干涉構(gòu)成對(duì)信號(hào)傳播的主要影響，從而也成為地面移動(dòng)通信中影響信號(hào)傳播的重要因素 二、 自由空間電波傳播 發(fā)射天線和一個(gè)接受天線存在于自由空間中 自由空間是滿足下述條件的一種理想空間 。 均勻無損耗的無限大空間； 各向同性； 電導(dǎo)率為零，相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率恒為1，即介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分別等于真空介電常數(shù)和真空磁導(dǎo)率。 自由空間是電波傳播的最簡(jiǎn)化模型 在這種理想空間中 ， 不存在電波的反射 、 折射 、 繞射 、色散和吸收等現(xiàn)象 ， 而且電波傳播速率等于真空中光速 c。 在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，電波傳播總要受到傳播介質(zhì)或障礙物的影響，程度因具體傳播環(huán)境不同而不同。如果傳播介質(zhì)與障礙物對(duì)電波傳播影響的程度小到可以忽略，則這種條件下的電波傳播可認(rèn)為是自由空間傳播。 自由空間的傳播損耗 示意圖 自由空間的傳播損耗 ? 在自由空間傳播條件下，接收信號(hào)功率 Pr可用下式計(jì)算： 為發(fā)射天線的增益 qr是接收天線增益，是波長(zhǎng)， d為傳播距離。 上式 Friis定律 ，第二項(xiàng)也稱“ 自由空間損耗因子 ” rttr qqdPP24 ??????????rq? 在工程上 ， 通常用傳輸損耗來表示電波通過傳輸媒質(zhì)時(shí)的功率損耗 。 將發(fā)送功率 Pt與接收功率 Pr之比定義為傳輸損耗 ， 或稱系統(tǒng)損耗 。 可得出傳輸損耗 Ls的表達(dá)式為： rtrts ggdPPL 14 2??????????? 損耗常用分貝表示 。 由上式可得 式中 ， 距離 d 以 km為單位 ， 頻率 f 以 MHz為單位 。 也可表示為： )l o g (10l o g20l o rts ggdfL ????rtbss GGLL ???dfL bs l o g20l o ???自由空間路徑損耗 ? Lbs定義為自由空間路徑損耗 ， 有時(shí)又稱為自由空間基本傳輸損耗 ， 它表示自由空間中兩個(gè)理想點(diǎn)源天線 （ 增益系數(shù) G=1的天線 ） 之間的傳輸損耗 。 應(yīng)該指出 ， Lbs與收 、 發(fā)天線增益無關(guān) ， 僅與頻率和距離有關(guān) 。 Lbs反映的確實(shí)是傳輸信道的特征 。 自由空間損耗是擴(kuò)散損耗 ? 自由空間是不吸收電磁能量的理想介質(zhì)。這里所謂的自由空間傳輸損耗是指球面波在傳播過程中，隨著傳播距離增大，電磁能量在擴(kuò)散過程中引起的球面波擴(kuò)散損耗。實(shí)際上，接收天線所捕獲的信號(hào)功率僅僅是發(fā)射天線輻射功率的很小一部分，而大部分能量都散失掉了，自由空間損耗正反映了這一點(diǎn)。 ? 當(dāng) f或 d擴(kuò)大一倍時(shí) ， Lbs均增加 6 dB。 三、 平滑表面反射 （ 1） 反射系數(shù) ： 入射波與其反射波的復(fù)振幅比值稱為反射系數(shù) 。 ? 反射系數(shù)與入射角 θ ，電波極化方式和反射介質(zhì)的特性有關(guān)。用公式表示為： 其中 zzR?????s i ns i n020 c os??? ??z ?? 20 c os??z???? 600 j??反射介質(zhì)的復(fù)介電常數(shù) 表 1 典型介電常數(shù)和電導(dǎo)率 介質(zhì) 介電常數(shù) (F/m) 電導(dǎo)率 (S/m) 銅 1 *107 海水 80 4 淡水 80 郊區(qū)地面 14 市區(qū)地面 3 地面 （ 平均 ） 15 典型地面?zhèn)鞑蓮侥Ｐ? 在簡(jiǎn)化條件下，地面電波傳播的典型模型是一個(gè)兩徑模型：由基站天線與移動(dòng)臺(tái)天線之間的直射波和兩者之間經(jīng)過地面的反射波組成 當(dāng)傳播路徑遠(yuǎn)大于天線高度時(shí) ， 并假設(shè)一定的簡(jiǎn)化條件 ， 接收天線 B處的總場(chǎng)強(qiáng)為 這里 ， 是反射路徑與直射路徑的相位差 ， 它與兩者路徑差的關(guān)系為 )1(Re )(000 ??? ????? ???? jj eREEEE??)(22 12 ddd ????? ?????反射公式 當(dāng) 時(shí) ， 可以推出近似公式 該公式稱為反射公式，可用于典型地面?zhèn)鞑キh(huán)境中的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算。上式可以寫成 其物理意義是，相對(duì)于自由空間單徑傳播的場(chǎng)強(qiáng) ，兩徑模型的場(chǎng)強(qiáng) E 相當(dāng)與乘了一個(gè)衰減因子 A 。 42 ??? ?dhh mbdhhEE mb??04?AEE 0?0E四、 光滑球面上電波傳播（ 地球上的兩徑模型 ） ? 地球是一個(gè)球面體 。 當(dāng)基站天線較高 、 覆蓋范圍較大時(shí) ， 對(duì)于地面反射波應(yīng)該考慮球面的影響 。 ? 此時(shí) ， 將兩徑模型的反射面由平面變成球面更接近實(shí)際傳播環(huán)境 。 求解的思路是將球面等效成光滑平面 ， 并應(yīng)用前面的結(jié)論 ， 如圖所示 。 ? 應(yīng)用平面大地反射公式得到接收天線處場(chǎng)強(qiáng)為 ? 實(shí)際情況是地球半徑很大 ， 經(jīng)簡(jiǎn)化可以推導(dǎo)出 1204hhEEd?????1 1 1h h h? ? ? ? 2 2 2h h h