第二章 移动通信电波传播与传播预测模型幻灯片.ppt

1、第一章回顾了移动通信的分类和应用系统，移动通信的特点和工作方式，以及移动通信的发展。2020年8月，第二章是移动通信电波传播及传播预测模型。1.什么是无线通信信道(链路)？2020年8月，第2章，无线电波传播和移动通信传播预测模型，2，图2.1无线通信链路，无线通信链路：从发射机到接收机的整个通信路径链路。移动无线信道的特征(1)，移动无线信道的特征是最复杂的，传输的开放性，接收点地理环境的复杂性和多样性，以及通信用户的随机移动性。移动通信系统的性能主要受移动信道的限制。有效性、可靠性和安全性，2020年8月，第2章，移动通信的无线电波传播和传播预测模型，3，信道功能，2020年8月，第2章，

2、移动通信的无线电波传播和传播预测模型，4，信道，s(t)，r(t)，10-3，10-3，不同无线信道中的性能，高斯白噪声信道中的传输性能，慢瑞利衰落信道中的传输性能，7dB，24dB，第2章， 2.1无线电波传播概述2.2无线电波在自由空间中的传播2.3三种基本无线电波传播机制2.4路径损耗模型2.5多径衰落信道和特征参数2.6多径衰落信道的统计模型，2020年8月，第2章，移动通信的无线电波传播和传播预测模型，7.2.1无线电波传播概述，2.1.1电磁波的产生2.1.2无线电波频带划分2.1.3无线电波传播模式，2020年8月，第2章无线电波传播参考书：移动通信的无线电波传播作者：吴志忠，2

3、.1.1电磁波的产生(1)，如果在空间的某个区域有一个周期性变化的电场，那么这个变化，这个变化的磁场在它周围的空间产生一个新的周期性变化的电场。变化的电场和变化的磁场是相互关联的，并形成一个不可分割的整体，这就是电磁场。在2020年8月，第2章，移动通信的无线电波传播和传播预测模型，9，2.1.1电磁波的产生(2)，电磁波的变化电场和变化磁场从近到远交替产生和传播。当电磁波在太空中以一定的速度传播到很远的地方时，这种不断变化的电磁场被称为电磁波。2020年8月，第2章，移动通信的无线电波传播和传播预测模型，10，图2.2变化的电磁场，2.1.2无线电波频带划分，11，图2.3电磁波谱，图2.4

4、无线电波频带，2.1.3无线电波传播模式，无线电波传播的基本概念，无线电波传播地面波传播对流层无线电波传播天空波通信的主要模式，2020年8月，第2章，移动通信的无线电波传播和传播预测模型，12， 无线电波传播的基本概念，2020年8月，第2章，无线电波传播和传播预测模型，13，无线电波传播发射源发射的无线电波在自然条件下通过介质到达接收天线的过程称为无线电波传播。 图2.5电波传播，研究电磁波与介质的相互作用传播机制，信道模式传播环境和传播效果建模，以及传播介质对电磁波的影响，2020年8月，第2章移动通信电波传播与传播预测模型，14，图2.6传播介质对电磁波的影响，传播介质对电磁波的影响，

5、电波传播的地波传播，电波沿地表传播的地波传播，8月， 2020，第2章，移动通信的无线电波传播和传播预测模型，15，图2.7，地波传播，特征和优点：信号稳定，不受气象条件、昼夜和季节变化的影响； 缺点：地面对无线电波吸收严重，衰减随着频率的增加而增加。用途：地波导航、时间站、远程通信、广播、态势只有当波长超过或等于障碍物时，不平坦地面上的衍射传播才有衍射效应。地波的传播方式适用于长波和超长波，沿海岸传播比在公路上传播更远。2020年8月，第2章移动通信无线电波传播与传播预测模型，16，典型应用(1)，罗兰-远程导航，远程脉冲相位双曲线无线电导航系统(100千赫，可实现2000公里导航)，陆地、

6、海洋和空中导航与定位系统，8，2020年第2章：移动通信无线电波传播与传播预测模型，17，图2.8罗兰C导航仪，典型应用(2)，高频地波超视距雷达海洋监测技术可以跟踪和监控船只等。2020年8月，第2章，用于移动通信的无线电波传播和传播预测模型，18，图2.9，高频地波超视距雷达和高频地波雷达系统，2020年8月，第2章，无线电波传播和传播预测模型，19，图2.10，美国雷神公司制造的高频地波雷达系统，无线电波传播对流层无线电波传播，对流层无线电波传播影响因素对流层弯曲传播对流层无线电波传播机理，2020年8月， 第二章无线电波传播及移动通信传播预测模型，20，对流层无线电波传播的基本概念，2

7、020年8月21日，对流层无线电波在对流层中的传播，对流层，图2.11大气分布，90%水汽质量，75%空气质量，对流层无线电波传播的影响因素，对流层无线电波传播的影响因素气体分子和水汽冷凝物有吸收作用。 云、雾、雨等对无线电波的散射。大气折射率无线电波折射，无线电波弯曲传播，2020年8月，第2章移动通信无线电波传播和传播预测模型，22，图2.12大气吸收衰减，弯曲传播，对流层弯曲传播大气折射率N随高度增加而降低，2020年8月，第2章移动通信无线电波传播和传播预测模型，23，大气折射率，2020年8月，第2章移动通信无线电波传播和传播预测模型，24， 对流层中的大气折射率非常接近1，例如，地

8、球表面附近的大气折射率被定义为N: N单位P是大气总压力，E是水汽压力，T是绝对温度(K)。 对流层无线电波传播机制对流层视线传播直接波传播对流层散射传播米波和分米波的超视距通信大气波导传播米波和厘米波的大气折射率梯度满足一定条件，2020年8月，第2章，移动通信的无线电波传播和传播预测模型，25，对流层视线传播，对流层视线传播处于对流层直接波传播模式， 光线传播方向几乎与水平线平行：30 MHz、40 GHz、地波衰减、大天波传播无反射、短距离(50公里)、传播效应折射、吸收、衰减反射、散射等。2020年8月，第2章，移动通信的无线电波传播和传播预测模型，26，图2.16，微波中继通信，对流

9、层中的散射散射(随机反射)发生在电磁波传播路径中存在小于波长的物体并且每单位体积中这种障碍物的数量非常大时。对流层散射传播利用大气的不均匀性对无线电波的散射来实现超视距传播。2020年8月，第2章，移动通信的电波传播与传播预测模型，27，图2.17，对流层散射的超视距传播，大气不均匀，对流层散射传播特性，频率：30兆赫10千兆赫，对流层适应该频段，对其他频段有微弱的散射效应。优点：不受电离层影响(与短波天波通信相比)。它需要较少的中继站(与微波中继通信相比)。它传输容量大，不怕山、湖、水等自然障碍缺点：传输损耗大，衰落严重，2020年8月，第2章移动通信的电波传播和传播预测模型，28章对流层散

10、射通信的应用，2020年8月，第2章移动通信的电波传播和传播预测模型，29，表2.3美国陆军典型数字对流层散射体的调制解调器参数表，大气波导传播(1)，概念：在一定的气象条件下，由于大气折射率梯度的变化， 当电磁波在表面层中传播的轨迹弯曲到地面，并且射线的真实曲率大于地球的曲率时，电磁波被部分地捕获在具有一定厚度的大气中，并且无线电波的能量似乎被限制在最大弯曲高度和地球表面之间或者在由它们组成的波导中传播。 也称为大气波导传播。2020年8月，第2章，无线电波传播和移动通信传播预测模型，30，K=，K=1，K=4/3，K1，图2.18大气波导传播，大气波导传播(2)，造成大气中存在逆温和湿度，

11、这种逆温和湿度随高度急剧下降，这就容易产生大气波导现象的天气现象。海平面海水蒸发，陆地夜间辐射频带，300兆赫，30千兆赫特性，超视距不总是可用，2020年8月，第2章，移动通信的无线电波传播和传播预测模型，31，无线电波传播，天波传播，电离层成分电离层分层电离层吸收电离层反射无线电波在电离层中传播长波和超长波中波短波，2020年8月，第2章，移动通信的无线电波传播和传播预测模型， 32，天波传播，天波传播无线电波辐射到天空并被电离层反射到接收点。2020年8月，第2章，移动通信的无线电波传播和传播预测模型，33，电离层，图2.19，天波传播，电离层概况，电离层，2%空气质量，34，电离层成分

12、，电离层：等离子体由60千米至1000千米范围内的自由电子、正离子、负离子、中性分子和原子组成。紫外线、电离源辐射的X射线、带有大量高能带电粒子的微流星、其他星球辐射的电磁波和宇宙射线仅占总气团的2%左右，但其中有大量带电粒子，因此它们对无线电波传播有很大影响，并具有可变特性。2020年8月，第2章移动通信的无线电波传播和传播预测模型，35，电离层分层，2020年8月，第2章移动通信的无线电波传播和传播预测模型，36，图2.20电离层中典型的电子浓度高度分布，吸收层，反射层，电离层的吸收损耗，吸收原因当电子受到电场影响与其他粒子碰撞时，它们将从无线电波中被吸收。电离层吸收的基本规律与气体密度、

13、电离层电子密度和无线电频率有关。吸收主要集中在D层。气体密度越高，电子密度越高，吸收越高，射频越低，吸收越高。因此，当短波天波工作时，我们应该在反射回来的前提下尽量选择较高的工作频率。2020年8月，第2章，移动通信的无线电传播和传播预测模型，37，电离层在一定入射角下的反射特性：无线电频率越低，越容易反射，反射位置越低，2020年8月，38，图2.22，电磁波在电离层中的弯曲传播，无线电波在电离层中的传播，2020年8月，第2章：移动通信的无线电波传播和传播预测模型，39，图2.26:长波的反射， 不同高度的中短波、超长波和长波的电波传播、超长波和长波(300千赫)的传播机理、地波传播和电离

14、层波导传播。 传播特征频率较低，可以通过电离层D层的下边界反映出来。没有穿透电离层，地面和电离层的吸收损失非常小。对于超长波，一般认为它们在由地面离子组成的波导中传播传播特性地面波传播在白天占主导地位，但它受地面吸收衰减的影响。它可以在E层反射，但在D层被强烈吸收，传播距离不远；夜间的服务范围比白天大，因为夜间D层消失，吸收减少，电离层传播比白天增加；长距离通信(数百公里)采用无线电导航和语音调幅广播，2020年8月，第2章无线电波传播和移动通信传播预测模型，41，短波传播(1)，短波传播机制(3 MHz和30 MHz)，地波传播和天波传播，主要是天波传播。传播特性长传播距离：几百万公里(一跳

15、或多跳反射)；长距离传输可以用较少的功率实现；白天和晚上改变频率；该设备简单、成本低、移动方便。严重衰落和信号不稳定；无线电台过于拥挤，相互干扰。2020年8月，第2章，移动通信的无线电传播和传播预测模型，42，短波传播(2)，使用各种距离的定点通信，船舶和海岸之间的国际通信和海上移动通信，飞机和地面之间的航空移动通信，2020年8月，第2章，移动通信的无线电传播和传播预测模型，43，图2.27宝丽来2050短波无线电台，卫星通信(1)，2020年8月，44，图2.28卫星移动通信系统的基本网络结构， 轨道高度：500万公里，卫星通信(2)，适用频段：140千兆赫传播特性，覆盖面积大，通信距离

16、长(数万公里)，传输频率带宽宽，通信容量大，通信稳定性好，质量高，传播时延大，路径损耗大，存在日光中断、星蚀和雨水衰减现象2020年8月，第2章，移动通信电波传播和传播预测模型，45，电波传播模式总结， 地波传播：超长波、长波、中波、视距传播：甚高频及以上、大气波导传播：超高频、SHF、对流层散射传播：甚高频、超高频、天空星际通信：Ka及以上，本章重点介绍陆地移动通信的电波传播：视距范围内的电波传播频段：30 MHz 10 GHz，陆地移动信道的电波传播机理，2020年8月，第2章，移动通信的电波传播及传播预测模型，47，基地直达波(最强)、反射波(第二强)、衍射波(第二强)、散射波(最弱)，图2.29陆地移动信道的电波传播机理，陆地移动信道的电波传播机理，直达：指视距内的无障碍传播。直达波传播最强的信号。它可以被认为是自由空间传播。反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，反射会发生在地球表面、建筑物和墙壁上。反射波的信号强度仅次于直达波。衍射：当接收和发射之间的传输路径被锐边阻挡时，发生衍射，信号能量在障碍物周围传播，衍射波的信号强度等于反射波的信号强度。