《移动通信技术与系统》课件第3章 移动通信的电波传播.pptx

1、目 录ONTENTS目录02 无线电波的传播特性3.1 3.1.1电波传播04无线电波是一种能量的传输形式。发射天线或者自然产生的辐射源发出的电磁波，在自然条件下的各种媒质中向前行进，电场和磁场交替变换，称之为无线电波的传播。3.1.1电波传播05在传播的过程中，无线电波中的磁场振动方向和电场振动方向保持相互垂直的状态，两者又同时垂直于传播的方向。3.1.1电波传播06受到传播媒质的影响，不同的媒质中，无线电波的传播速度v是不同的。在真空中，无线电波的传播速度v等于光速C，C=3108m/s；在其他媒质中，传播的速度v=C/n，其中，C是光速，n是媒质的折射率。一般认为，真空的折射率为1，而空

2、气的折射率与真空非常接近，略大于1，因此常常将空气的折射率也定义为1，认为无线电波在空气中的传播速度等于光速。根据发射源的不同，无线电波的频率f（单位赫兹，Hz）和波长（单位米，m）也不相同，但两者都满足关系式v=f，即无线电波的传播速度等于其频率与波长的乘积。根据国际电信联盟（ITU）的标准，常见的无线电波波长与频率的分类如下表 3.1.1电波传播07国际电信国际电信联盟波段联盟波段号码号码频段名频段名称称缩写缩写频率范围频率范围波段波段波长范围波长范围用法用法3Hz100,000km1极低频极低频ELF3Hz30Hz极长波极长波100,000km10,000km潜艇通讯或者直接换成声音潜艇

3、通讯或者直接换成声音2超低频超低频SLF30Hz300Hz超长波超长波10,000km1,000km直接转换成声音或交流输电系统（直接转换成声音或交流输电系统（50-60Hz)3特低频特低频ULF300Hz3KHz特长波特长波1,000km100km矿场通讯或直接转换成声音矿场通讯或直接转换成声音4甚低频甚低频VLF3KHz30KHz甚长波甚长波100km10km直接转换成声音、超声、地球物理学直接转换成声音、超声、地球物理学研究研究5低频低频LF30KHz300KHz长波长波10km1km国际广播、全向信标国际广播、全向信标6中频中频MF300KHz3MHz中波中波1km100m调幅调幅(A

4、M)广播、全向信标、海事及航广播、全向信标、海事及航空通讯空通讯7高频高频HF3MHz30MHz短波短波100m10m短波、民用电台短波、民用电台8甚高频甚高频VHF30MHz300MHz 米波米波10m1m调频调频(FM)广播、电视广播、航空通讯广播、电视广播、航空通讯9特高频特高频UHF300MHz3GHz分米波分米波1m0.1m电视广播、无线电话通讯、无线网络、电视广播、无线电话通讯、无线网络、微波炉微波炉10超高频超高频SHF3GHz30GHz厘米波厘米波0.1m0.01m无线网络、雷达、人造卫星接收无线网络、雷达、人造卫星接收11极高频极高频EHF30GHz300GHz毫米波毫米波0

5、.01m0.001m射电天文学、遥感、人体扫描安检仪射电天文学、遥感、人体扫描安检仪300GHz0.001m 3.1.1电波传播08不同波长的电磁波在传播的过程中能够显示出不同的特性，表现形式主要是在反射、折射、绕射、散射、吸收的过程中，电磁波的强度、传播方向、传播速度和极化形式等特性发生变化的情况有所区别。因此，其使用的方法也有所区别。在移动通信中，使用的电磁波频段主要属于微波，即波长在0.001m至1m，频率范围是300MHz至300GHz之间的无线电波。3.1.2 直射波09在没有遮挡的情况下，电磁波以直线的形式进行传播，形成直射波。直射波也叫视距传播，指的是收发天线处于相互“看得见”的

6、状态，中间没有遮挡物。一般来说，如果接收天线和发射天线间形成了直射波，则直射波的接收功率相对于其他种类的传播方式而言是最强的。3.1.2 直射波10假设地球半径为R，发射天线高度为h1，接收天线高度为h2，传播距离为d，由于地球半径可以看成是定值，因此直射波的传播距离可以由发射天线和接收天线的高度决定。3.1.3 大气中的电波传播111大气层对地表直射波的影响由于移动通信发射的电磁波是在地球表面附近的大气中进行传播的，在实际计算中，可能需要考虑地球大气的影响，例如地球大气对无线电波可能产生的折射和衰减的效果。3.1.3 大气中的电波传播12如果电磁波是向着空中进行传播，则由于大气的折射作用，其

7、传播方向会逐渐向平行于地面进行偏折；如果向地面传播，则会向垂直于地面的方向进行偏折，如果在这种情况下考虑直射波的视距传播，需要进行一定程度上的修正，在工程上常用的视距传播公式为：3.1.3 大气中的电波传播132.电离层传播电离层传播指的是天线发出的电波在高空被大气中的电离层反射后到达地面接收点的传播方式，也称为天波传播，常用于传输中波和短波。电离层是高空大气层的一部分，从地面的60km高度延伸至1000km的高空。电离层是由于太阳辐射造成的大气分子电离所产生的，因此会随着太阳辐射的强弱变化而产生变化。在靠近太阳的位置，电离的情况相对较强，因此电离层中高度越高，电子浓度越大，越容易导电。从这个

8、角度看，电离层也是非均匀介质，电波在其中传播会产生反射、折射、散射的现象。3.1.3 大气中的电波传播14由于电子浓度会随着高度的增加而变大，所以折射率会随着高度的变大而减小，电离层中底层的折射率最大，越向高处则折射率越小。各个薄层之间可以使用折射率定律得到：3.1.3 大气中的电波传播15设0是进入电离层的角度，n0=1，电波在到达最高点时，n=90，那么根据式3-5可以得到：3.1.3 大气中的电波传播161）最高可用频率fMAX由于电离层的电子浓度不可能无限增大，当发射角度不变的时候，电离层能够反射的最大电波频率为：其中，NMAX是电波发射时的电离层最大电子浓度。发射频率f越高，就要求反

9、射处电子浓度Nn越高，因此需要在更高的地方才能够进行反射，而反射点越高，意味着电磁波能够到达的距离就越远。当电波的频率超过最大频率fMAX时，由于电离层此时不存在比NMAX更高的电子浓度，电磁波将不会被电离层反射回来，而穿透电离层，进入宇宙空间。3.1.3 大气中的电波传播172）最小发射角度0min当电磁波发射频率f固定的时候，调整电波的发射角度可以发现，当角度越小，反射时需要的Nn就越大。当入射角度小于式所得到的最小角度0min，则将电磁波反射回来所需要的电子浓度会超过电离层的最大电子浓度，电磁波将穿透电离层不再回来。3.1.3 大气中的电波传播18由此可知，利用电离层进行信号传播时，以发

10、射天线为中心，一定半径区域内不会收到电磁波信号，称为静区。3.1.4障碍物的影响与绕射损耗19当电磁波在传输过程中遇到障碍物的时候，会被障碍物反射，或者在障碍物的边缘处发生绕射现象。绕射使电磁波能够绕过障碍物，到达障碍物的背面。3.1.4障碍物的影响与绕射损耗20电磁波的绕射现象可以使用惠更斯-菲涅耳原理进行解释：行进中的波阵面上任一点都可看作是新的次波源，而从波阵面上各点发出的许多次波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内所传播到的新波面。同样的，可以利用惠更斯-菲涅耳原理可以对绕射产生的电磁波损耗进行计算。3.1.4障碍物的影响与绕射损耗21假设电磁波接收点和发射点之间存在单刃障碍物时，可

11、以通过如下公式进行损耗计算。假设刃形山峰等效高度为H，则绕射常数v的计算公式为：其中，等效高度H的含义是，发射源与接收源的连线到山峰最高点的高度差。当发射源与接收源的连线高于山峰最高点时，山峰的等效高度为负值；相反，当连线高于山峰最高点时，山峰等效高度为正值。3.1.4障碍物的影响与绕射损耗22对不同的绕射系数，对应的绕射损耗近似值为：如果出现了两个或者两个以上的刃形障碍物，则可以根据单刃的计算公式进一步进行推导。目前，常见的求取多刃峰绕射损耗的方法有4 种，分别为Bullington 算法、Epstein 算法、Atlas 算法、Deygout 算法 3.1.5反射波23靠近地面的电磁波在传

12、输的过程中会受到地面的影响。当电磁波发射至地面，会被地表反射至接收点，与直射波一起被接收天线收到，此时，收到的信号波就是直射波与反射波的叠加。3.1.5反射波24设h1为发射天线高度，h2为接收天线度，d为天线之间的距离，地面光滑平坦，没有障碍物，传输媒质为空气。如果直射波在接收点的场强为Ed，反射波在接收点的场强为Er，则直射波和反射波在接收点的场强有效值分别为：上面两个公式中，r是直射波的距离，P1是发射天线的输入功率，G1和G2是发射天线分别在直射波和反射波方向的增益系数；r是反射波和直射波的路程差；是工作波长，|R|和是反射点处的反射系数的模和相位角。3.1.5反射波25如果满足rh1

13、和rh2，时，可以认为反射角度近似为0。当地面导电率为有限值，并且反射角近似为0的时候，R=1，=0。假设发射天线的直射波增益和反射波增益相同，r（2h1h2）/d,直射波和反射波的叠加最终可以简化为标量叠加，移动通信的信道特征3.2 3.2.1传播路径与信号衰落27在陆地上，移动通信的终端在各种建筑群中来回穿梭，其接收信号的强度是由直射波和反射波共同决定的。假定这些电波来源于同一个发射天线，但是由于传播的途径不同，到达终端时的幅度和相位都不一样。而移动台又在移动，因此，移动台在不同的时间和不同的地点时，接收到的信号合成后的强度都是不同的，这将造成移动台行进途中接收到的信号电平起伏不定，最大可

14、以相差30dB以上，这种现象称之为衰落，它严重影响通信质量。3.2.1传播路径与信号衰落281.衰落的概念由于实际传播环境中复杂的地形、建筑物和障碍物对传播信号的阻碍、反射、绕射和散射，导致接收信号的随机变化，称为衰落。3.2.1传播路径与信号衰落291）衰落的类型和产生的原因（1）阴影衰落和慢衰落基站发射的电磁波的传播路径遇到阻挡时，例如起伏的地形或者高大的建筑物，会在这些障碍物的背面产生阴影区。当移动台经过阴影区时，接收到的信号均值会发生变化，这种变化称之为阴影衰落。阴影衰落的特点在于：衰落速率与工作频率无关，取决于地形地物的分布、高度以及移动台的运动速度。3.2.1传播路径与信号衰落30

15、同时，大气折射也会产生衰落，在气象条件发生变化时，大气介电常数垂直梯度会发生缓慢的变化，这种变化会随着时间改变，因此是时间的函数。这种由于大气折射率变化导致的衰落对电波传播的影响远小于由于障碍物产生的阴影衰落。而这些由阴影效应和气象条件引起的信号接收电平的变化，主要造成的结果是接收电平的场强中值缓慢变化，因此称为慢衰落。慢衰落一般服从对数正态分布，如果用分贝数表示电平中值，则服从正态分布。3.2.1传播路径与信号衰落31（2）多径衰落和快衰落当移动台在城市内通信时，大部分时间都在建筑物的平均高度以下，很少具备直线传播路径，任何一点接收到的信号都是由大量的发射信号叠加而成的。这些发射波虽然由同一

16、个天线发射，但是由于经过的路径各不相同，其相位是随机变化的。因此，合成电波的电平将呈现出快速的随机起伏，称为多径衰落。这种接收场强瞬时值有快速的大幅度的变化，又称为快衰落，因其统计特性满足瑞利分布，又称为瑞利衰落。其衰落的速率和移动台的移动速度、工作频率有关，衰落的深度与地形地物有关。3.2.1传播路径与信号衰落32 3.2.1传播路径与信号衰落33根据衰落在不同空间、时间和频率其衰落特性有所不同，还可以分成空间选择性衰落、频率选择性衰落和时间选择性衰落。空间选择性衰落：即在不同的地点衰落特性有所不同，又称为平滑瑞利衰落，是由于天线点波束扩散引起的。频率选择性衰落：即在不同频率衰落特性不一样，

17、是由于时延扩展引起的衰落。时间选择性衰落：在不同的时间衰落特性不一样，是由于变速移动引起频率扩散，在接收点波形产生了时间选择性衰落。在实际移动通信系统中，三种衰落都存在，形成的原因均是由于多径传播引起的。3.2.1传播路径与信号衰落342.表征衰落的统计数字特征量衰落的表现形式是接收信号的电平的随机起伏。对衰落现象进行统计分析，可以发现在随机起伏的电平之中存在着一定的规律。这些规律可以使用一些统计数字特征量进行表示。3.2.1传播路径与信号衰落351）场强中值当接收信号电平的强度超过某个电平值的持续时间，在整个统计时间内超过一半，那么该电平值就称为场强中值。根据场强中值的定义可以知道，如果场强

18、中值等于接收机门限，则通信的可通率只有百分之五十，即只有一半的时间可以通信。所以场强中值必须远大于接收机的门限值，才能保证在绝大多数时间内的正常通信。3.2.1传播路径与信号衰落362）衰落深度衰落深度是可用接收电平和场强中值电平之差表示，一般情况下，移动通信系统的衰落深度可以达到2030dB。3.2.1传播路径与信号衰落373）衰落速率衰落速率用来描述衰落的频繁程度，即接收信号场强变化的快慢情况。通常用单位时间内场强包络与某个给定电平值的交点数的一半来表示。衰落速率和工作频率、移动台的行进速度和行进方向等有关。3.2.1传播路径与信号衰落384）衰落持续时间场强低于某一给定的电平值的持续时间

19、称为衰落持续时间，用于表示信息传输受影响的程度，也可以用来判断信令误码的长度。3.2.2多普勒效应39多普勒效应是为了纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴约翰多普勒而命名的。其主要内容是物体辐射的波长会因为波源和观测者的相对运动而发生变化。当观测者处于在运动的波源前方的位置上，接收到的波会被压缩，波长变得较短，频率变得较高，这种现象称为蓝移；当观测者在运动的波源后面时，会产生相反的效应，接收到的波的波长变得较长，频率变得较低，这种现象称为红移。波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。3.2.2多普勒效应40在移动通信中，由于移动台会随着用户

20、的移动而发生位移，所以同样会存在多普勒效应，在用户靠近基站的过程中，移动台接收到的信号频率会变高，而当用户远离基站，移动台收到的信号频率会变低。信号频率变化的幅度和移动台的移动速度有关，其变化满足多普勒频移的公式：3.2.2多普勒效应41上式中，f是观察到的频率，c是光速，v是观察者和波源的相对移动速度，是信号源的波长。其中加号表示的是移动台正在靠近基站，所以频率增加了，减号表示移动台在远离基站，所以频率变低了。在高速运动中，由于多普勒频移带来的通信频率的偏移量不可忽略，是影响移动通信信号质量的重要因素。3.2.3多径效应与瑞利衰落42多径效应，是电波传播信道中的多径传输现象所引起的干涉延时效

21、应。在实际的无线电波传播信道中(包括所有波段)，常有许多时延不同的传输路径。各条传播路径会随时间变化，参与干涉的各分量场之间的相互关系也就随时间而变化，由此引起合成波场的随机变化，从而形成总的接收场的衰落。因此，多径效应是衰落的重要成因。多径效应对于数字通信、雷达最佳检测等都有着十分严重的影响。3.2.3多径效应与瑞利衰落43多径效应不仅是衰落的经常性成因，而且是限制传输带宽或传输速率的根本因素之一。在短波通信中，为保证电路在多径传输中的最大时延与最小时延差不大于某个规定值，工作频率要求不低于电路最高可用频率的某个百分数。这个百分数称为多径缩减因子，是确定电路最低可用频率的重要依据之一。对流层

22、传播信道中的抗多径措施，通常有抑制地面反射、采用窄天线波束和分集接收等。3.2.3多径效应与瑞利衰落44抗多径干扰主要有如下几个方面措施：提高接收机的距离测量精度，如窄相关码跟踪环、相位测距、平滑伪距等；抗多径天线；抗多径信号处理与自适应抵消技术等。3.2.3多径效应与瑞利衰落45多径会导致信号的衰落和相移。瑞利衰落就是一种冲激响应幅度服从瑞利分布的多径信道的统计学模型。瑞利分布是一个均值为0，方差为2的平稳窄带高斯过程，其包络的一维分布瑞利衰落是瑞利分布。瑞利分布是最常见的用于描述平坦衰落信号接收包络或独立多径分量接受包络统计时变特性的一种分布类型。两个正交高斯噪声信号之和的包络服从瑞利分布

23、。3.2.3多径效应与瑞利衰落46瑞利衰落能有效描述存在能够大量散射无线电信号的障碍物的无线传播环境。若传播环境中存在足够多的散射，则冲激信号到达接收机后表现为大量统计独立的随机变量的叠加，根据中心极限定理，则这一无线信道的冲激响应将是一个高斯过程。如果这一散射信道中不存在主要的信号分量，通常这一条件是指不存在直射信号，则这一过程的均值为0，且相位服从0 到2 的均匀分布。即，信道响应的能量或包络服从瑞利衰落分布。3.2.3多径效应与瑞利衰落47 3.2.3多径效应与瑞利衰落48瑞利衰落模型适用于描述建筑物密集的城镇中心地带的无线信道。密集的建筑和其他物体使得无线设备的发射机和接收机之间没有直

24、射路径，而且使得无线信号被衰减、反射、折射、衍射。在曼哈顿的无线环境测试实验证明，当地的无线信道环境确实接近于瑞利衰落。通过电离层和对流层反射的无线电信道也可以用瑞利衰落来描述，因为大气中存在的各种粒子能够将无线信号大量散射。瑞利衰落属于小尺度的衰落效应，它总是叠加于如阴影、衰减等大尺度衰落效应上。3.2.4慢衰落特性和衰落储备49在无线通信系统中，由障碍物阻挡造成阴影效应，接收信号强度下降，但该场强中值随地形地物的改变变化缓慢，故称慢衰落。又称为阴影衰落、对数正态衰落。慢衰落的场强中值服从对数正态分布，且与位置/地点相关，衰落的速度取决于移动台的速度。3.2.4慢衰落特性和衰落储备50慢衰落

25、典型例子有降水衰减和次折射引起的绕射衰减；后者是由于发射点和接收点之间的直射线弯曲而被地面阻挡所形成的。这类衰减发生时，接收信号电平低于正常值，从而形成衰落。这种衰落通常称为衰减型衰落。其中，降水和次折射条件下的绕射所形成的衰落，分别称为降水衰落和绕射衰落。为保证通信质量和通信可靠性(用可用度表示)。常规微波频段通信系统为了保证足够的性能指标(误码指标)一般会预先在链路设计上预留3050dB的链路裕度(或称衰落储备)。3.2.5多径时散与相关带宽511.多径时散多径时散是指由于多径传输而引起信号时间扩散的现象。假设基站发射一个极短的脉冲信号，经过多径信道后，移动台接收到的信号呈现为一串脉冲，结

26、果使脉冲宽度被展宽。这种因多径传播造成信号时间扩散的现象，称为多径时散。由于多径性质是随时间而变化的，如果进行多次发送试验，则接收到的脉冲序列是变化的。3.2.5多径时散与相关带宽52在接收方收到的信号为N个不同路径传播的信号之和，即：上式中，ai是第i条路径的衰减系数，i是第i条路径的相对时延差。由于实际上各个脉冲幅度是随机变化的，它们在时间上可以互不重叠，也可以相互重叠，甚至随移动台周围散射体数目的增加，所接收到离散脉冲会变成有一定宽度的连续信号脉冲。3.2.5多径时散与相关带宽532.相干带宽相干带宽是一定范围内频率的统计测量值，是建立在信道上所有谱分量均以几乎相同的增益及线性相位通过的

27、基础上的。也就是说，相干带宽是指某一特定的频率范围，在该范围内，两个频率分量有很强的幅度相关性。在这种条件下，频率间隔大于相关带宽的两个正弦信号受信道影响大不相同。如果相干带宽定义为频率相关函数大于0.9的某特定带宽，则相干带宽近似为：3.2.5多径时散与相关带宽54其中，是时延扩展。到目前为止，相干带宽与时延扩展之间不存在确定的关系。一般来说，谱分析技术与仿真可用于确定时变多径系统对某一特定发送信号的影响。因此，在无线应用中，设计特定的调制解调方式必须采用精确的信道模型。陆地移动信道的传播损耗与场强估算3.3 3.3.1地形、地物分类561.地形分类陆地表面各种各样的形态，总称地形。地形是指

28、地貌和地物的统称。地貌是地表面高低起伏的自然形态，地物是地表面自然形成和人工建造的固定性物体。不同地貌和地物的错综结合，就会形成不同的地形，如平原、丘陵、山地、高原，盆地等。3.3.1地形、地物分类57在移动通信中，是按照场强中值进行地形分类的，将地形分为准平滑地形和不规则地形，两者的区别如下表所示：地形地形平均起伏高度平均起伏高度准平滑地形准平滑地形平坦510m准平坦1020m不规则地形不规则地形起伏2040m丘陵4080m山区80m以上 3.3.1地形、地物分类582.地物分类障碍物的不同会造成电波传播条件不同，地物的分类情况一般是按照地面障碍物的密集程度和屏蔽程度进行的，一般分为开阔地、

29、郊区和城市三种类型。开阔地：在电波传播路径上无高大树木、建筑物等障碍物，呈开阔状地面；郊区平坦地形：在基站附近有一些障碍物，障碍物为12层楼房。城市：有较稠密的建筑物和高层楼房。3.3.2中等起伏地形上传播损耗的中值591.Okumora模型（OM模型）对于陆地移动通信来说，通常移动台在移动中进行信息交换，且电波传播的路径时刻变化，影响电波传播的地形地物也随之变化，必须利用统计结果获得准确预测接收信号强度的方法。场强预测的方法很多，基本的预测方法相似，均以某一地形地物状况的实测数据为参考给出经验模型，其他地形地物给出修正因子予以矫正。3.3.2中等起伏地形上传播损耗的中值60OM模型是以日本东

30、京城市场强中值实测结果得到的经验曲线构成的模型，将城市视为“准平滑地形”，给出城市场强中值，对于其他地形或地物情况，给出修正值，在场强中值基础上进行修正。此模型的适用范围是：工作频率：100-1500MHz基站天线高度：30200m移动台天线高度：110m通信距离：120km 3.3.2中等起伏地形上传播损耗的中值612.市区传播损耗中值在中等起伏地形，市区的损耗计算公式是：在上式中：Lfs为自由空间传播损耗。Am（f，d）为基本中值损耗，它是以hb=200m，hm=3m，以自由空间路径损耗作为参考的数值。Hb(hb,d)：基站天线高度增益因子，指当hb不等于200m时的损耗修正值。Hm(hm

31、,f)：移动台天线高度增益因子，指当hm不等于3m时的损耗修正值。3.3.2中等起伏地形上传播损耗的中值62自由空间传播损耗，是指电磁波在自由空间中传播产生的损耗。自由空间是一个理想空间，在其中电波沿直线传播，不被吸收，不会被反射、折射、绕射和散射，电磁波能量没有损失，就像在真空中一样。但是在电波传播中，由于信号从天线发散传播，在接收点接收机只能收到发射机信号的一部分，由此产生的损耗称为自由空间传播损耗。自由空间传播损耗的计算方法为：d是天线间距离，单位是km；f是电磁波频率，单位是MHz。3.3.2中等起伏地形上传播损耗的中值63如果要得到Am的值，可以根据传播距离d和电波频率f，利用图3-

32、13进行查找。3.3.2中等起伏地形上传播损耗的中值64上图3-13中对天线的高度进行了限制，通常情况下，天线有效高度与规定的数值不同的话，也会对信号产生影响。同样，如果移动台天线高度与上面的情况不一致，也会影响到损耗中值，因此，同样需要对两者进行修正。3.3.2中等起伏地形上传播损耗的中值653.郊区、开阔地损耗中值郊区的建筑物一般是分散的，低矮的，所以传播条件比市区要好，郊区的场强中值与基准场强中值的差距称之为郊区修正因子kmr，计算方法是用市区的场强衰减中值减去郊区修正因子，就能够得到郊区的衰减中值。Kmr的变化情况主要与频率和距离有关，与基站天线高度的关系不大，一般来说，Kmr越大，说

33、明传播条件越好。3.3.2中等起伏地形上传播损耗的中值66 3.3.2中等起伏地形上传播损耗的中值67开阔地、准开阔地由于接收条件良好，其衰减中值比市区衰减中值更小，其计算方法是在市区的衰减中值的基础上减去相应的修正因子。其中，开阔地修正因子是Q0，准开阔地修正因子是Qr。两个修正因子都是仅与频率和距离有关。需要注意的是，某一地区不可能既是市区，又是郊区或者是开阔地。所以三者的修正是相互排斥的，在计算中需要确定好地形之后，使用其中的一种。另外，郊区和开阔地、准开阔地的修正因子是正值，表示地形对信号的增益作用，所以在计算其损耗中值的时候应该是做减法运算，即用损耗中值减去增益因子。想要得到开阔地或

34、者准开阔地的修正因子，可以利用下图3-16。3.3.2中等起伏地形上传播损耗的中值68 3.3.3不规则地形上传播损耗的中值691.丘陵地形丘陵地形的主要参数是“地形起伏高度h”，含义是自接收移动台向发射的基站方向延伸10km的范围内，地形起伏的90%与10%处的高度差。与h相关的场强中值修正因子为Kh，除此之外还有称为丘陵地微小修正因子的Khr，这一项是考虑在丘陵中，谷底和山峰处的屏蔽作用不同而设立的。3.3.3不规则地形上传播损耗的中值70在计算丘陵地形的场强中值时，先按照图3-17（a）进行修正，再按照图3-17（b）进行计算，最终得到丘陵地区的衰落场强中值。3.3.3不规则地形上传播损

35、耗的中值712.孤立山丘的修正因子当电波传播路径上存在近似刃形的单独山丘时，场强计算需要考虑绕射衰减。绕射衰减的修正因子为Kjs，其条件是山丘的高度定义为200m，以山丘到发射点和接收点的距离为参考进行修正。如果山丘的高度并不是200m，就需要使用高度影响系数=0.07H进行修正。修正因子因此会变为“Kjs”。3.3.3不规则地形上传播损耗的中值72 3.3.3不规则地形上传播损耗的中值733.斜坡地形修正因子斜坡地形是指在510km内地形倾斜，在电波传播方向上，若地形逐渐增高，则称为正斜坡，倾角为正值；否则为负斜坡，倾角为负值。倾角m单位为毫弧度（mrad）。斜坡修正因子Ksp如下图所示。3

36、.3.3不规则地形上传播损耗的中值74 3.3.3不规则地形上传播损耗的中值754.水陆混合地形修正因子如果传播路径当中存在水域，则接收信号会有一定的增强，该种地形以水面距离和全距离的比值作为地形参数。其修正因子Ks可以用下图得到。3.3.3不规则地形上传播损耗的中值76上图3-20中，曲线A实线表示水面位于移动台一侧时混合路径的修正因子，曲线B表示水面位于基站一侧时的情况。如果水面是在传播路径中间，取曲线的中间值。3.3.4任意地形地区的传播损耗中值77前面已经讨论了各种地形地物情况下的衰减中值变化，由此可以得到对信号中值较为准确的预测。计算时，以准平滑市区的信号衰减场强中值为基准，根据实际

37、传播路径的地形地物情况进行修正。在给定发射功率的条件下，准平滑市区的接收功率中值为 3.3.4任意地形地区的传播损耗中值78如传播路径上的地形地物不是准平滑的市区，应根据地形地物的修正，在Pp中加上适当的修正因子。因此，在任意地形下的接收功率为：其中根据具体情况，KT可能是一项或者多项的总和。3.3.4任意地形地区的传播损耗中值79如果要计算衰减，一样可以得到：3.3.4任意地形地区的传播损耗中值80例：某一移动信道，工作频段为450MHz，基站天线高度为50m，天线增益为6dB，移动台天线高度为3m，天线增益为0dB；在市区工作，传播路径为中等起伏地，通信距离为10km。试求：(1)传播路径

38、损耗中值；(2)若基站发射机送至天线的信号功率为10W，求移动台天线得到的信号功率中值。3.3.4任意地形地区的传播损耗中值81解：(1)根据已知条件，KT=0,LA=LT，首先计算自由空间传播损耗Lfs=32.44+20lgf+20lgd=32.44+20lg450+20lg10=105.5dB由图查得市区基本损耗中值Am(f,d)=27dB；基站天线高度增益因子Hb(hb,d)=-12dB；移动台天线高度增益因子Hm(hm,f)=0dB；把上述各项代入式(3-20)，可得传播路径损耗中值为LA=LT=105.5+27+12=144.5dB(2)基站发射的信号为10W=40dBm移动台得到的

39、功率中值=基站发射功率中值+天线增益-传播路径损耗中值 =40dBm+6dB-144.5dB =-98.5dBm 3.3.4任意地形地区的传播损耗中值82例2：若上题改为郊区工作，传播路径是正斜坡，且m=15mrad,其它条件不变，再求传播路径损耗中值及接收信号功率中值。3.3.4任意地形地区的传播损耗中值83解：:由式(3-67)可知LA=LT-KT，由上例已求得LT=144.5dB。根据已知条件，地形地区修正因子KT只需考虑郊区修正因子Kmr和斜坡修正因子Ksp，因而KT=Kmr+Ksp由图Kmr为：Kmr=12.5dB；Ksp=3dB所以传播路径损耗中值为L A=LT-KT=LT-(K

40、mr+Ksp)=144.5-15.5=129dB接收信号功率中值为 Ppc =Pp +KT=-9 8.5 d B m+1 5.5 d B=-8 3 d B m 3.3.5建筑物的穿透损耗及其他传播特点841.建筑物穿透损耗各个频段的电波穿透建筑物的能力是不同的，一般说波长越短，穿透能力越强，同时各个建筑物对电波的吸收能力也是不同的。不同的材料，结构和楼层数，其吸收损耗的数值都不一样。一般传播模型都是以街心或者空地作为假设条件，如果移动台在室内使用，计算传播损耗和场强时需要把建筑物的穿透损耗也要计算进去。建筑物的穿透损耗不是定值，根据具体情况有不同的值。3.3.5建筑物的穿透损耗及其他传播特点8

41、5频率（频率（MHzMHz）150150250250450450800800平 均 穿 透平 均 穿 透损耗（损耗（dBdB）2219.71817 3.3.5建筑物的穿透损耗及其他传播特点862.植被损耗树木和植被对电波有吸收的作用。在传播路径上，由树木和植被引起的附加损耗取决于树木的高度、种类、形状、分布密度、空气湿度和季节变化，同时还与工作频率、天线极化、通过树林的路径长度有关。其中，水平计划波的衰耗要比垂直极化波的衰耗小一些。在城市中，由于树林和其他障碍物往往交替存在，对电波的影响与大片森林的影响也是不同的。3.3.5建筑物的穿透损耗及其他传播特点873、隧道移动通信的空间电波传播在遇到

42、隧道等障碍时将受到严重的衰落而不能通信。思考与练习题 思考与练习题893-1 什么是无线电波？移动通信使用的是哪种无线电波？3-2 直射波有什么特点？3-3 如果发射天线高20m，接收天线高10m，在不考虑大气层影响的情况下，直射波的传输距离是多少？3-4 什么是电离层传播，电离层传播为什么有最大发射频率和最小发射角？3-5 什么是惠更斯-菲涅耳原理？该原理有什么用途？3-6 什么是衰落？什么是慢衰落，什么是快衰落？3-7 什么是多普勒效应？3-8 移动基站发送的信号频率为1000MHz，如果用户以80km/h的速度向其靠近，由于多普勒频移将造成信号增加（或减少）多少频率？3-9 抗多径干扰有哪些措施？3-10 瑞利衰落模型可用于哪些场合？3-11 什么是多径时散？什么是相干带宽？3-12 什么是地形？什么是地物？3-13 什么是自由空间？3-14 如何利用OM模型计算郊区和开阔地的场强损耗中值？3-15 不同频段的电磁波穿透建筑物的情况有什么不同？