2.1.2 直射波
采用模型
自由空间传播模型。
自由空间模型的定义
天线周围是均匀无损耗的无限大空间； 大气层是各向同性的均匀媒质； 电导率为0，相对介电常数和相对磁导率为1。
自由空间特性
不存在电波的反射、折射、绕射、色散和吸收等现象， 电波的传播速率等于真空中光速C； 但存在电波传播损耗（也称衰减）。
前言
无线电波传播特性的研究结果可以用某种统计描述，也 可以建立电波传播模型，如图表、近似计算公式或计算 机仿真模型等。 本章在阐述陆地无线电波传输特性的基础上，重点讨论 陆地移动通信信道的特征、场强（或损耗）的计算方法 ，并对移动通信信道仿真作简要介绍。
内容安排
2.1 陆地无线电波传播特性 2.2 移动通信信道的多径传播特性 2.3 描述多径衰落信道的主要参数 2.4 阴影衰落的基本特性 2.5 电波传播损耗预测模型
前言
电波传播的开放性、接收环境的复杂性和移动台的随机移动 性是移动通信信道的主要特点，而这些特点导致了其传播条 件是时变、复杂、恶劣的。因此，移动通信信道是十分复杂 的。 移动通信信道研究的基本方法是理论分析、现场电波传播实 测和计算机仿真三种：
第一种是利用电磁场理论来描述移动通信信道，其不足是数学模型 往往过于简化导致应用范围受限； 第二种是通过在不同的电波传播环境中的实测实验，得出包括接收 信号幅度、时延及其他反映信道特征的参数，其不足是费时费力且 往往只针对某个特定传播环境； 第三种是通过建立仿真模型，用计算机仿真来模拟各种无线电波传 播环境。随着计算技术的发展，计算技仿真方法因能快速模拟出各 种移动通信信道而得到越来越多的应用。
《移动通信》
第 2 章 移动通信信道
前言
移动通信信道是移动用户在各种环境中进行通信时的无 线电波传播通道。 从发射机天线到接收机天线，无线电波的传播有直射、 反射、折射、绕射等多种途径，它们可能部分存在或同 时存在，呈现随机性。 移动通信信道在各种通信信道中是最为复杂的一种。在 有线传播线路中，信噪比的波动通常不超过1~2dB，而 陆地移动通信信道中信号强度的骤然降低，即衰落深度 可达30dB。
( a)
d1
d2
R h2
x
P
( b)
绕射损耗
工程上采用图表形式。
图中横坐标为x/x1，其中x1是第 一菲涅尔区在P点横截面的半径。 x/x1＞0.5时附加损耗为0dB，即 障碍物对直射波传播基本上没 有影响。 x<0时，损耗急剧增加。 x=0时，TR射线从障碍物顶点擦 过，附加损耗约为6dB。 因此，在选择天线高度时，根 据地形尽可能使服务区内各处 的菲涅尔区余隙x/x1＞0.5。
前言
在城市环境中，一辆快速行驶车辆上的移动台的接收信 号在一秒钟之内的显著衰落可达数十次且是随机的，这 比固定点的无线通信要复杂得多。 总之，移动通信信道会引起接收信号在相应的时间域、 频率域及空间域产生选择性衰落，而这些衰落不但会严 重恶化移动通信系统的传输可靠性，还会明显降低移动 通信系统的频谱效率。 因此，为实现优质可靠的无线通信，必须采取相应的一 系列措施，而要保证所用技术的有效性，掌握移动通信 信道特性是基础。
-4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
x / x1
2.1.5 反射
反射波：当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如 果尺寸比电波波长大得多时会产生镜面反射。
可见，自由空间电波传播损耗只与工作频率 f 和传 播距离 d 有关。
2.1.3 大气中的电波传播
在实际移动通信信道中，电波在低层大气中传播。 整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平 流层、中间层、电离层和散逸层，再上面就是星际空间了。 低层大气是指距地面高度10~15km以下的大气层。低层大气 所含空气占整个地球大气层的80%以上，对于天气和气候有 直接的影响。
天线的地面反射信号场强也可以忽略不计，这
样情况下，电波可视作在自由空间传播。
接收功率计算公式
自由空间的接收功率：
PR
d
PT GT GR 2 PR (d ) (4 ) 2 d 2
PT = 发射功率 (W)
PT
GT = 发射天线增益
GR = 接收天线增益 = c/f 波长(m)，c = 光速 (3×108 m/s)
当平面上最大的突起高度小于表面平整度参数 hc 时，可 认为该表面是平滑的 ，此时电波入射后发生反射； 当平面上最大的突起高度大于或等于 hc 时，则认为该表 面是粗糙的，此时电波入射后发生散射。
大气折射
dn 其弯曲程度取决于大气折射率n的垂直梯度： dh
大气折射对电波传播的影响 ，在工程上通常用 “地球等效半径”来表征，也就是认为电波依然 按直线方向行进，只是地球的实际半径变成了等 效半径。
Re k R0 R0 1 dn 1 R0 dh
大气折射
标准大气情况下，等效地球半径系数k=4/3。地球实际半径 是6370 km, 地球等效半径为8500 km。 大气折射的结果是传播距离比极限视距更远了，即所谓的 超视距传播。 大气折射有利于超视距的传播，但在视线距离内，因为折 射现象所产生的折射波会同直射波同时存在，从而也会产
2.1.1 电波传播方式
发射机天线发出的无线电波，可以从不同的路 径到达接收机，它们大体上可归结为直射、反射、 绕射和散射等形式，其中反射、绕射和散射是影响 移动通信中电波传播的基本形式。典型的传播通路 如图2-1所示。
2.1.1 电波传播方式
图2-1 典型的电波传播通路
2.1.1 电波传播方式
A
d1
C
d2
B
d2 ( Re hr )2 Re2 2Re hr h 2Re hr
2 r
Re
d d1 d 2 2 Re
Re 8500km

ht hr


o
d 4.12

ht hr
2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗
在实际情况下，电波的直射路径 上存在各种障碍物，电波绕过障碍 物遮挡向前传播的现象称为绕射。 绕射可以用惠更斯原理解释。 惠更斯原理：波前的所有点可作 为产生次级波的点源，这些次级波 组合起来形成传播方向上新的波前。
3、900 MHz （UHF） 4、1800MHz （UHF） 5、第三代移动通信IMT-2000使用1.8-2.2GHz的频段（UHF）。
目录
2.1 陆地无线电波传播特性
2.1.1 电波传播方式 2.1.2 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波
绕射是由次级波的传播进入阴影
区而形成。
绕射损耗
P
绕射损耗：由绕射引起的附加传 播损耗称为绕射损耗，该损耗与 障碍物的性质、传播路径的相对 位置有关。 x 表示障碍物顶点至直射线 TR 的 距离，称为菲涅尔余隙。 规定阻挡时余隙为负，无阻挡时 余隙为正。
h1 T h1 T
x
d1
d2
R h2
生多径衰落。
超视距传播
假设A点架设一部发信机，天线的架高是H1，AB是
和地球相切的一条射线。若要接收到来波，接收天线
的架高必须超出这条切线。
A d1 C d2 B H2 O O
H1
视线传播极限距离
d1 ( Re ht )2 Re2 2 Re ht h 2Re ht
2 t
低层大气并不是均匀介质，它的温度、湿度以及气压均随时 间和空间而变化，因此会产生折射和吸收现象，在VHF和 UHF波段的折射现象尤为突出，它将直接影响视线传播的极 限距离（增大）。
大气折射
折射产生机理 大气折射率是变化的，当一束电波通过折射率 随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波 传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲，弯曲 的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度。这 种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现 象，称为折射。

米波 视距内直线传播 (超短波) 分米波 (微波)
UHF
SHF
超高频 Super
3GHz~30G Hz
厘米波 (微波)
毫米波 (微波)
极高频 30GHz~30 EHF Extremely 0GHz
2.1 陆地无线电波传播特性
目前典型移动通信使用频段： 1、150 MHz （VHF）
2、450 MHz （UHF）
VHF与UHF频段，典型传播方式：
1、直射：从发射天线直接到达接收天线的电波称为直射波。 2、反射：经过大楼墙面等反射到达接收天线的电波称为反射波。 3、散射：经过粗糙表面或小物体散射到达接收天线的电波称为 散射波。 4、绕射：绕过障碍物遮挡向前传播到达接收天线的电波称为绕 射波。 发射机天线发出的电波经过上述多种传播路径最终到达接收 机，这些来自同一波源的电波信号叠加在一起会产生干涉， 即多径衰落现象。
2.1.6 散射
产生：
当电波入射到粗糙表面时，反射能量由于散射而散布于 所有方向，形成散射波。
影响：
在实际移动环境中，有时接收信号比单独绕射和反射模 型预测的要强，这是因为当电波遇到粗糙表面（例如树 林）时，发生散射作用，这就给接收机提供了额外的能 量。
散射
散射与反射：依赖于表面的光滑程度、物体大小与 波长的比较。

T(发射机) ELOS ET =ELOS +Eg Er =Eg θ0

ht
R( 接收机)
Ei θ i
hr
d
反射
地面反射模型（双线或两径传播模型）：