【文章內(nèi)容簡介】 。 為了說明這一問題 ， 先討論兩條射線的情況 ， 即如圖 3 17 所示的雙射線信道 。 為分析簡便 ， 不計信道的固定衰減 ， 用 “ 1”表示第一條射線 ， 信號為 Si(t)。 用“ 2”表示另一條射線 ， 其信號為 rSi(t)ejωΔ(t)， 這里 r為一比例常數(shù) 。 于是 ， 接收信號為兩者之和 ， 即 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 17 所示的雙射線信道等效網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)為 )(0 1)()(),( tjie retStStH ??? ???信道的幅頻特性為 )(s i n)(c os1),( tjrtrtA ????? ??? (3 55) 由上式可知， 當 ωΔ(t)=2nπ時 (n為整數(shù) )， 雙徑信號同相疊加， 信號出現(xiàn)峰點； 而當 ωΔ(t)=(2n+1)π時， 雙徑信號反相相消， 信號出現(xiàn)谷點。 根據(jù)式 (3 55)畫出的幅頻特性如圖 3 18 所示。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 17 雙射線信道等效網(wǎng)絡 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 18 雙射線信道的幅頻特性 第 3章 移動信道的傳播特性 由圖可見， 其相鄰兩個谷點的相位差為 則 )(12)(π2tBtc??????????或 Δθ =Δω Δ(t) = 2π 由此可見 ， 兩相鄰場強為最小值的頻率間隔是與相對多徑時延差 Δ(t)成反比的 ， 通常稱 Bc為多徑時散的相關帶寬 。 若所傳輸?shù)男盘枎捿^寬 ， 以至與 Bc可比擬時 ， 則所傳輸?shù)男盘枌a(chǎn)生明顯的畸變 。 第 3章 移動信道的傳播特性 ??21?cB式中， Δ為時延擴展。 (3 56) 實際上， 移動信道中的傳播路徑通常不止兩條， 而是多條， 且由于移動臺處于運動狀態(tài)， 相對多徑時延差 Δ(t)也是隨時間而變化的， 因而合成信號振幅的谷點和峰點在頻率軸上的位置也將隨時間而變化， 使信道的傳遞函數(shù)呈現(xiàn)復雜情況， 這就很難準確地分析相關帶寬的大小。 工程上， 對于角度調(diào)制信號， 相關帶寬可按下式估算： 第 3章 移動信道的傳播特性 陸地移動信道的傳輸損耗 接收機輸入電壓、 功率與場強的關系 1. 接收機輸入電壓的定義 參見圖 319。 將電勢為 Us和內(nèi)阻為 Rs的信號源 (如天線 )接到接收機的輸入端 ， 若接收機的輸入電阻為 Ri且 Ri=Rs， 則接收機輸入端的端電壓 U=Us/2， 相應的輸入功率 P=U2s/4R。 由于 Ri=Rs=R是接收機和信號源滿足功率匹配的條件 ， 因此U2s/4R是接收機輸入功率的最大值 ， 常稱為額定輸入功率 。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 19 接收機輸入電壓的定義 第 3章 移動信道的傳播特性 ? ?? ? )(304lg10)(120lg202d B mRUPVdBUUsss???? ?(3 57) (3 58) 式中 ， Us以 V計 。 為了計算方便， 電壓或功率常以分貝計。 其中， 電壓常以 1μV作基準， 功率常以 1mW作基準， 因而有： 第 3章 移動信道的傳播特性 2. 接收場強與接收電壓的關系 當采用線天線時 ， 接收場強 E是指有效長度為 1m的天線所感應的電壓值 ， 常以 μV/m作單位 。 為了求出基本天線即半波振子所產(chǎn)生的電壓 ， 必須先求半波振子的有效長度 (參見圖 3 20)。 半波振子天線上的電流分布呈余弦函數(shù) ， 中點的電流最大 ， 兩端電流均為零 。 如果將中點電流作為高度構成一個矩形 ， 如圖中虛線所示 ， 并假定圖中虛線與實線所圍面積相等 ， 則矩形的長度即為半波振子的有效長度 。 經(jīng)過計算 ， 半波振子天線的有效長度為 λ/π。 這樣半波振子天線的感應電壓 Us為 ???? EUs (3 59) 第 3章 移動信道的傳播特性 ? ? ? ? )(lg20 VdBEU s ?????式中 ， E的單位為 μV/m， λ以 m為單位 ， Us的單位為 μV。 若場強用 dBμV/m計 ， 則 (3 60) sssis UURRUU 502121 ??? 在實際中， 接收機的輸入電路與接收天線之間并不一定滿足上述的匹配條件 (Rs=Ri=R)。 在這種情況下， 為了保持匹配， 在接收機的輸入端應加入一阻抗匹配網(wǎng)絡與天線相連接， 如圖 3 21 所示。 在圖中， 假定天線阻抗為 Ω， 接收機的輸入阻抗為 50Ω。 接收機輸入端的端電壓 U與天線上的感應電勢 Us有以下關系： 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 20 半波振子天線的有效長度 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 21 半波振子天線的阻抗匹配電路 第 3章 移動信道的傳播特性 地形 、 地物分類 1. 地形的分類與定義 為了計算移動信道中信號電場強度中值 (或傳播損耗中值 )， 可將地形分為兩大類 ， 即中等起伏地形和不規(guī)則地形 ， 并以中等起伏地形作傳播基準 。 所謂中等起伏地形 ， 是指在傳播路徑的地形剖面圖上 ， 地面起伏高度不超過 20m， 且起伏緩慢 ， 峰點與谷點之間的水平距離大于起伏高度 。 其它地形如丘陵 、 孤立山岳 、 斜坡和水陸混合地形等統(tǒng)稱為不規(guī)則地形 。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 22 基站天線有效高度 (hb) 第 3章 移動信道的傳播特性 hb = htshga (3 61) 由于天線架設在高度不同地形上， 天線的有效高度是不一樣的。 (例如，把 20m的天線架設在地面上和架設在幾十層的高樓頂上， 通信效果自然不同。 )因此， 必須合理規(guī)定天線的有效高度， 其計算方法參見圖 3 22。 若基站天線頂點的海拔高度為 hts， 從天線設置地點開始， 沿著電波傳播方向的 3km到 15km之內(nèi)的地面平均海拔高度為 hga， 則定義基站天線的有效高度 hb為 第 3章 移動信道的傳播特性 2. 地物 (或地區(qū) )分類 不同地物環(huán)境其傳播條件不同 ， 按照地物的密集程度不同可分為三類地區(qū)： ① 開闊地 。 在電波傳播的路徑上無高大樹木 、 建筑物等障礙物 ， 呈開闊狀地面 ， 如農(nóng)田 、 荒野 、 廣場 、 沙漠和戈壁灘等 。 ② 郊區(qū) 。 在靠近移動臺近處有些障礙物但不稠密 ， 例如 ， 有少量的低層房屋或小樹林等 。 ③ 市區(qū) 。 有較密集的建筑物和高層樓房 。 自然 ， 上述三種地區(qū)之間都有過渡區(qū) ， 但在了解以上三類地區(qū)的傳播情況之后 ， 對過渡區(qū)的傳播情況就可以大致地作出估計 。 第 3章 移動信道的傳播特性 中等起伏地形上傳播損耗的中值 1. 市區(qū)傳播損耗的中值 在計算各種地形 、 地物上的傳播損耗時 ， 均以中等起伏地上市區(qū)的損耗中值或場強中值作為基準 ， 因而把它稱作基準中值或基本中值 。 由電波傳播理論可知 ， 傳播損耗取決于傳播距離 d、 工作頻率 f、 基站天線高度 hb和移動臺天線高度 hm等 。 在大量實驗 、 統(tǒng)計分析的基礎上 ， 可作出傳播損耗基本中值的預測曲線 。 圖 323 給出了典型中等起伏地上市區(qū)的基本中值 Am(f, d)與頻率 、 距離的關系曲線 。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖上 ， 縱坐標刻度以 dB計 ， 是以自由空間的傳播損耗為 0 dB的相對值 。 換言之 ， 曲線上讀出的是基本損耗中值大于自由空間傳播損耗的數(shù)值 。 由圖可見 ， 隨著頻率升高和距離增大 ， 市區(qū)傳播基本損耗中值都將增加 。 圖中曲線是在基準天線高度情況下測得的 ， 即基站天線高度 hb=200m， 移動臺天線高度hm=3 m。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 23 中等起伏地上市區(qū)基本損耗中值 第 3章 移動信道的傳播特性 如果基站天線的高度不是 200m,則損耗中值的差異用基站天線高度增益因子 Hb(hb,d) 表示 。 圖 324(a)給出了不同通信距離 d時 ， Hb(hb, d)與 hb的關系 。 顯然 ， 當 hb＞ 200m 時 ， Hb (hb, d)＞ 0 dB；反之 ， 當 hb＜ 200 m時 ， Hb(hb, d)＜ 0 dB。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 24 天線高度增益因子 (a) 基站 Hb(hb, d)。 (b) 移動臺 Hm(hm, f) 第 3章 移動信道的傳播特性 同理 ， 當移動臺天線高度不是 3m時 ， 需用移動臺天線高度增益因子 Hm(hm,f)加以修正 ， 參見圖 324(b)。 當 hm ＞ 3 m時 ，Hm(hm, f)＞ 0 dB； 反之 ， 當 hm＜ 3m時 ， Hm(hm, f)＜ 0 dB。 由圖 324(b)還可見 ， 當移動臺天線高度大于 5 m以上時 ， 其高度增益因子 Hm(hm,f)不僅與天線高度 、 頻率有關 ， 而且還與環(huán)境條件有關 。 例如 ， 在中小城市 ， 因建筑物的平均高度較低 ，故其屏蔽作用較小 ， 當移動臺天線高度大于 4m時 ， 隨天線高度增加 ， 天線高度增益因子明顯增大； 若移動臺天線高度在1～ 4m范圍內(nèi) ， Hm(hm,f)受環(huán)境條件的影響較小 ， 移動臺天線高度增高一倍時 ， Hm(hm, f)變化約為 3 dB。 第 3章 移動信道的傳播特性 此外 ， 市區(qū)的場強中值還與街道走向 (相對于電波傳播方向 )有關 。 縱向路線 (與電波傳播方向相平行 )的損耗中值明顯小于橫向路線 (與傳播方向相垂直 )的損耗中值 。 這是由于沿建筑物形成的溝道有利于無線電波的傳播 (稱溝道效應 )， 使得在縱向路線上的場強中值高于基準場強中值 ， 而在橫向路線上的場強中值低于基準場強中值 。 圖 325 給出了它們相對于基準場強中值的修正曲線 。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 25 街道走向修正曲線 第 3章 移動信道的傳播特性 2. 郊區(qū)和開闊地損耗的中值 郊區(qū)的建筑物一般是分散 、 低矮的 ， 故電波傳播條件優(yōu)于市區(qū) 。 郊區(qū)場強中值與基準場強中值之差稱為郊區(qū)修正因子 ， 記作 Kmr， 它與頻率和距離的關系如圖 3 26 所示 。 由圖可知 ， 郊區(qū)場強中值大于市區(qū)場強中值 。 或者說 ， 郊區(qū)的傳播損耗中值比市區(qū)傳播損耗中值要小 。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 26 郊區(qū)修正因子 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 27 給出的是開闊地 、 準開闊地 (開闊地與郊區(qū)間的過渡區(qū) )的場強中值相對于基準場強中值的修正曲線 。 Qo表示開闊地修正因子 , Qr表示準開闊地修正因子 。 顯然 ， 開闊地的傳播條件優(yōu)于市區(qū) 、 郊區(qū)及準開闊地 ， 在相同條件下 ， 開闊地上場強中值比市區(qū)高近 20dB。 為了求出郊區(qū) 、 開闊地及準開闊地的損耗中值 ， 應先求出相應的市區(qū)傳播損耗中值 ， 然后再減去由圖 3 26 或圖 3 27 查得的修正因子即可 。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 27 開闊地、 準開闊地修正因子 第 3章 移動信道的傳播特性 不規(guī)則地形上傳播損耗的中值 1. 丘陵地的修正因子 Kh 丘陵地的地形參數(shù)用地形起伏高度 Δh表征 。 它的定義是： 自接收點向發(fā)射點延伸 10 km的范圍內(nèi) ， 地形起伏的 90%與10%的高度差 (參見圖 328(a)上方 )即為 Δh。 這一定義只適用于地形起伏達數(shù)次以上的情況 ， 對于單純斜坡地形將用后述的另一種方法處理 。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 28 丘陵地場強中值修正因子 (a) 修正因子 Kh。 (b) 微小修正因子 Khf 第 3章 移動信道的傳播特性 2. 孤立山岳修正因子 Kjs 當電波傳播路徑上有近似刃形的單獨山岳時 ， 若求山背后的電場強度 ， 一般從相應的自由空間場強中減去刃峰繞射損耗即可 。 但對天線高度較低的陸上移動臺來說 ， 還必須考慮障礙物的陰影