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无线电波传播理论 学习目标 学习完此课程 您将会 了解电磁波的相关基本概念掌握无线电波的几种实际传播途径掌握无线电波的衰落特性了解常用的宏蜂窝及微蜂窝模型 目录 电磁波基础无线电波的传播无线电波传播模型 提纲 电磁波的产生 麦克斯韦电磁理论在时变电磁场中 变化的磁场激发旋涡电场 而变化的电场同样可以激发涡旋磁场 电场与磁场的相互联系 相互激发 时间上周而复始 空间上交链重复 TEM波的传播形式 电场和磁场在空间是相互垂直的 同时这两者又都垂直于传播方向 电磁波的传播速度v 相关的单位dB dBm dBuv dBi dBd 电磁波的波长 电磁波的频率f 电磁波的相关基本概念 电磁波的相关基本概念 传播速度v 电磁波的速度只随介质的电和磁的性质而变化电磁波在真空中的传播速度等于光速在其他媒质中的传播速度为 sqrt 为传播媒质的介电常数 波长 电磁波的传播具有周期性 这又包括时间周期性和空间周期性在任意时刻 波长在空间的分布具有周期性 即物理量在空间周期分布 这种周期性用波长 来描述 电磁波的波长是指电磁波在介质中传播时 相邻两个波峰与波峰之间 或者波谷与波谷之间的距离 单位为米 电磁波基础 频率f 电磁波的传播具有周期性 这又包括时间周期性和空间周期性在波场中任一位置 点 该点的物理量经过一定的时间后又恢复原来的数值 具有时间周期性 这种周期性可以用振动的周期T来描述 振动的频率为周期的倒数 表示为f 1 T 单位为Hz 波长 频率和传播速度的关系 v f 电磁波基础 几个相关单位 W与dBmP dBm 10lg P W 10 3 dBi与dBddBi 天线相对于理想电源的增益dBd 天线相对于单一对称半波振子的增益dBi 2 15 dBddBG dB 10lgG G为增益 倍数 3dBm 1dBm 2dBdBuvdBuv为电压特定的分贝单位 dBm为功率特定的分贝单位 电磁波基础 电磁波的波段划分 电磁波基础 目录 电磁波基础无线电波的传播无线电波传播模型 无线电波的传播 自由空间中的无线电波传播 陆地移动通信环境的特点 无线电波的衰落特性 菲涅尔区 多普勒频移和时间色散 无线电波的实际传播途径 视距与非视距传播 提纲 自由空间中的电波传播 自由空间中的电波传播公式为 PL dB 32 44 20lgf MHz 20lgd km 其中 PL为自由空间的路损 单位是dB f为载波的频率 单位是MHz d为发射源与接收点的距离 单位是km 当f和d扩大一倍时 损耗均增加6dBGSM1800基站传播损耗在自由空间就比GSM900基站大6dB 视距传播 视距传播的一般形式主要是直射波及地面反射波的叠加 结果可能使信号加强 也可能使信号减弱 绕射波 对流层反射波 电离层反射波 非视距传播 无线电波的实际传播途径 直射反射绕射 衍射 散射穿透 复杂性 开放性 波导效应 人为噪声严重 随机移动性 信号电平随机变化 陆地移动通信环境的特点 陆地移动通信环境的特点 无线电波的衰落特性 2019 12 20 21 可编辑 中值 慢衰落 快衰落 慢衰落 慢衰落的产生原因高大建筑物 树林和高低起伏的地势地貌的阻挡 造成电磁场的阴影 致使接收信号强度下降 大气折射条件的变化 大气介电常数变化 使多径信号相对时延变化 造成同一地点场强中值随时间的慢变化 慢衰落的统计规律慢衰落是信号在几十个波长范围里经历慢的随机变化 其统计规律服从对数正态分布 可以理解成接收到的衰落信号的平均值 在一个特定的长度L内平均得到的信号电平值 或场强值 损耗值 L的取值一般是40个波长内取30 50个测试信号 快衰落 快衰落的产生原因由于信号的多径传播而产生的衰落 反映了小范围波长量级 短时间 的接收电平变化 快衰落的选择性 快衰落恶化量储备 快衰落恶化量储备是指存在多径传播效应及人为噪声 主要是汽车火花干扰 的情况下 为了达到只有接收机内部噪声条件下的同样的话音质量所必需的接收电平的增加量 多径传播效应对于进行中的车载台和对于停着的车载台及手持机所造成的恶化量是不同的 步行条件下 2 0 5 0dB高速移动条件下 0dB在GSM系统中 语音和数据两种业务的快衰落量均取3dB 多普勒效应 多普勒效应由于波源和接收者之间存在着相互运动而造成接收者接收到的频率与波源发出的频率之间发生变化 典型现象 火车由远及近开过 声调的变化 多普勒频移 DopplerShift 定义 由于发射机和接收机间的相对运动 接收机接收到的信号频率将与发射机发出的信号频率之间产生一个差值 该差值就是多普勒频移 多普勒频移符合下面的公式 f f0 fdcos f0 v cos 当移动台快速远离基站时为f f0 fd 当移动台快速靠近基站时为f f0 fd 时间色散 时间色散起源于反射 其反射信号来自远离接收天线的物体约在几千米远处 码间干扰采用自适应均衡技术可减少时间色散的影响 目录 电磁波基础无线电波的传播无线电波传播模型 常用传播模型 Okumura HATA 宏蜂窝模型 900M COST 231 HATA 宏蜂窝模型 1800M 通用模型 宏蜂窝模型 900M 1800M COST231 Walfish Ikegami 微蜂窝模型 提纲 OKUMURA HATA模型 HATA的三点假设作为两个全向天线之间的传播损耗处理 作为准平滑地形而不是不规则地形处理 以城市市区的传播损耗公式作为标准 其他地区采用校正公式进行修正 适用条件f为150 1500MHz 基站天线有效高度为30 200米 移动台天线高度为1 10米 通信距离为1 35km OKUMURA HATA模型 传播损耗公式移动台天线高度修正因子远距离传播修正因子 OKUMURA HATA模型 各种修正因子的组合使用情况下的总体路损 COST 231 HATA模型 COST 231模型思想与Okumura Hata模型一样 也是利用测试数据拟合的结果 在1800频段比Okumura Hata模型更合适 修正因子同OKUMURA HATA模型传播损耗公式 通用模型 适用条件GSM900 1800基站天线有效高度为30 200米 移动台天线高度为1 10米 通信距离为1 35km 基本思想统一Okumura Hata模型和Cost 231模型的公式 在城区和地形修正因子基础上 增加了地物的修正因子 各个参数K都是可以利用测试数据进行修正 通