无线电波传播基础知识

无线电波传播基础移动研究所网规网优部课程▶

学习完本课程，你将能够：▶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▶了解菲涅尔区和多普勒频移现象▶了解常用的宏蜂窝及微蜂窝模型电磁波基础无线电波的传播无线电波传播模型⑨电磁波基础电磁波的传播电磁波基础电磁波波段划分提纲电磁波的产生相关基本概念□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。磁场

磁场电场

电场

电场电波传输方向电磁波的产生

电磁波基础□

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

。E方向传播方向电磁波的传播

电磁波基础电磁波的相关基本概念

电磁波基础电磁波的频率电磁波的波长电磁波的相关基本概念相

关的单位dB/dBm/dBuv/dBi/dBd等电磁波的传播速基本概念-传播速度v

电磁波基础□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：Vε=C/sqrt(e)ε为传播媒质的介电常数基本概念-波长λ

电

磁波基

础□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，这种周期性用波长入来描述。○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E(二，)λ□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：λ=v/fE(z,1)T基本概念-频率f

电磁波基础基本概念-几个相关单位

电磁波基础□W

与dBmOP(dBm)=10lg(P(W)/10^-3)□dBi与dBdodBi-天线相对于理想电源的增益odBd-天线相对于单一对称半波振子的增益odBi=2.15+dBd□dBOG(dB)=10lgG(G为增益，倍数)O3dBm-1dBm=2dB□dBuvodBuv

为电压特定的分贝单位，dBm

为功率特定的分贝单位。波段频率范围波长范围极

长

波(

E

F

L

,

极

低

频

)3～30Hz10⁵~104km特长波

(S

L

F

,

特

低

频

)30～300Hz10⁴~10³km超

长

波(

U

L

F

,

超

低

频

)300～3000Hz10³~10²km甚

长

波(

V

L

F,甚低频)3～30KHz10²~10km长

波

(

L

F

,

低

频

)30～300KHz10～1km中

波

(MF,

中

频

)300～3000KHz10³~10²m短

波

(HF,

高

频

)3～30MHz10²~10m超短波

(VHF

,

甚

高

频

)30～300MHz10～1m微波分

米

波

(

U

H

F

,

超

高

频

)300~3000MHz10²~10cm厘米

波

(SHF

,

特

高

频

)3～30GHz10～1cm毫

米

波

(

E

H

F,极

高

频

)30～300GHz10～1mm亚毫米波(超级高频)300～3000GHz1～0.1mm电磁波的波段划分

电磁波基础

▶电磁波基础

▶

无线电波的传播

▶

无线电波传播模型自由空间中的无线电波传播菲涅尔区、多普勒频移和时间色散无线电波的传播电磁波的波段划分

无线电波的传播陆地移动通信环境的特点无线电波的实际传播途径无线电波的衰落特性视距与非视距传播□自由空间中的电波传播公式为：OPL(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，Ls

均增加6dBoGSM1800

基站传播损耗在自由空间就比

GSM900

基站大6

dB。自由空间中的电波传播

无线电波的传播视距传播

无线电波的传播○受地球曲率半径的影响，已知地球半径为

R=6370km,

极限直视距离

Rmax

与HT

和

HR

间的关系为：Rmax=3.57(√

HT(m)+√

HR(m))(km)○考虑到大气层的不均匀性对电波传播的影响，等效为地球半径R=8500km,

极限直视距离应修正为：Rmax=4.12{√

HT(m)+VHR(m)}(km)视距传播

无线电波的传播非视距传播

无线电波的传播对流层反射波电离层反射波绕射波绕射接收信号强度时间发射信号反射衍射直射无线电波的实际传播途径

无线电波的传播□

直射□

反射□

绕射

□散射

□

穿透□直射○在自由空间中，电波沿直线传播而不被吸收，也不发生反射、折射和散射等现象而直接到达接收点的传播方式。○直射波传播损耗可看成自由空间的电波传播损耗，公式同自由空间中的路损公式，如下：PL(dB)=32.44+20lgf(MHz)+20lgd(km)无线电波的实际传播途径

无线电波的传播口反射和折射○电磁波在不同介质的交界处会

发生反射和折射，这个介质物体远大于电波波长；○对于良导体而言，反射不带来衰减；○对于绝缘体而言，只反射入射

波能量的一部分，剩下的被折射入新的介质继续传播；○对于非理想介质，会吸收电磁波的能量，产生贯穿衰落无线电波的实际传播途径

无线电波的传播口绕射○在发射机与接收机之间有边

缘光滑且不规则的阻挡物体，该物体的尺寸与电波波长接近，电波可以从该物体的边缘绕射过去；○当波撞击在障碍物边缘时发生绕射，“次级球面波”传播进入阴影区。○超出直射路径的长度导致相移，费涅尔区表达了相对于障碍物位置的相移。○若无

LOS,

绕射可帮助覆盖。无线电波的实际传播途径

无线电波的传播障碍物口散射○当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时，发生散射。○散射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱等。无线电波的实际传播途径

无线电波的传播无线电波的实际传播途径

无线电波的传播口穿透○电磁波在不同介质的交界处会发生反射和折射，这个介质物体远大于电波波长。对于非理想介质

，电波可能会贯穿介质，产生贯穿损耗。○穿透损耗大小不仅与电磁波频率有关，而且与穿透物体的材料、尺寸有关

。○室内的电波分量是穿透分量和绕射分量的叠加，而绕射分量占绝大部分，所以总的看来高频信号(如1800M)室内外电平差比低频信号(如900M)室内外电平差要大。TR传播环境的复杂性波导效应陆地移动通信环境的特点人为噪声严重移动台的随机移动性信号电平随机变化陆地移动通信环境的特点

无线电波的传播传播的开放性无线电波的衰落特性

无线电波的传播大尺度---中值信号衰落特性小尺度---

快衰落中尺度

-

-

-阴影衰落微小区间变动(瑜利衰落)短区间中心值距离短区间中心值变动

(对数正态衰落)长区间中心值距离无线电波的衰落特性

无线电波的传播2

5距离d(km)长区间中心值

(dBμVm)□快衰落的瑞利分布◎瑞利分布：指在无直射波的N个路径中，若每条路径的信号幅度均为高斯分布、相位均为0~2π均匀分布，则合成信号包络分布为瑞利分布○标准偏差σ取决于不同的应用环境。快衰落

无线电波的传播11.177口快衰落恶化量储备○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：OdB○在GSM

系统中，语音和数据两种业务的快衰落量均取3

dB。快衰落

无线电波的传播口菲涅尔区○电波在空中传播的波面是以收发二点为焦点的旋转椭球面，椭球面所包含的空间叫菲涅尔区。○菲涅尔区表示从发射机到接收机次级波路径比

LOS

路径长n

N/2的连续区域。○相邻菲涅尔区之间的相位差为180度。路径1菲涅尔区与菲涅尔余隙

无线电波的传播费涅尔区是以T&R点为焦点的椭圆，

L₁=L₂+2路径2口菲涅尔区○假设h<<d1

、d2,

并

且h>>入，@

和B

很小，则菲涅尔区同心圆半径Rn为：ahos-hRh一hg菲涅尔区与菲涅尔余隙

无线电波的传播RY口多普勒效应○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

无线电波的传播口多普勒频移

(Doppler

Shift)○多普勒频移是多普勒效应在无线电领域的

一种体现。○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-fdcosθ=f0-(v/λ)cosθ○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。多普勒频移

无线电波的传播口时间色散○

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。时间色散和均衡

无线电波的传播口均衡的两个基本途径○频域均衡：●

它使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输的条件。它往往是分别校正幅频特性和群时延特性，序列均衡通常采用这种频域均衡法。○时域均衡：●直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件。○目前我们面临的信号是时变信号，因此需要采用时域均衡来达到整个系统无码间串扰。时间色散和均衡

无线电波的传播电磁波基础无线电波的传播

无线电波传播模型无线电波传播模型oCOST-231-HATA-宏蜂窝模型-1800M常用传播模型oCOST231-Walfish-lkegami-微蜂窝模型提纲OOkumura-HATA-宏蜂窝模型-900M○通用模型-宏蜂窝模型-900M、1800MOKUMURA-HATA模型

无线电波传播模型□

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。口适用条件of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;口传播损耗公式

.55+26.161gf-13.821gh₃-a(h„)+(44.9-6.551gh,)(lgd)○移动台天线高度修正因子OKUMURA-HATA模型

无线电波传播模型○远距离传播修正因子大城市OKUMURA-HATA模型

无线电波传播模型口各种修正因子的组合使用情况下的总体路损COST-231-HATA模型

无线电波传播模

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模型口传播损耗公式L城=46.3+33.91gf-13.821gh₃-a(hm)+(44.9-6.551gh)(lg

d)'通用模型

无线电波传播模型□适用条件OGSM900/1800○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