发射天 线增益
SPT 4d2
PT d
自 由 空 间 波 长
d 接收电波功率密度
S4PTd2GT (Wm2)
各向同性天线有效接收口径（面积）
AR
2 4
接收天 线增益
接收天线处的功率 PR(4d)2PTGTGR (W)
2.2 电波传播特性
移动通信
• 自由空间的直射传播损耗
L PT
PR(4d)2PTGTGR (W) GT GR
原因
影响
长距离 信号强 度的缓 慢变化
路径损耗 无线业务 阴影衰落 覆盖区域
平均信号衰落和衰落 的变化具有对数正态
分布的特征
Pr/Pt
具体分析
Slow Fast
Very slow
d=vt
短距离 多径衰落 多径产生
信号强 多普勒效应 时间扩散
度的快
，引起符
速波动 移动台运动 号间干扰
和地点变化 ，多普勒
PR
1L4d2
与距离平方成正比
c 3 1 0 8 ; b = ( 4 p i 1 0 0 0 0 0 0 / 3 / 1 0 0 0 0 0 ) ^ 2 ; 1 0 l o g 1 0 ( b ) = 3 2 .4 5 ff
L 3 2 . 4 5 2 0 l o g f ( M H Z ) 2 0 l o g d ( k m ) d B
传播特性直接关系到以下因素 • 天线高度的确定 • 预测信号的覆盖范围 • 为实现优质可靠的通信需采用何种抗衰落技术 • ……
电控学院 综合楼823
2.1概述
直射、反射、绕射和散射以及它们的合成
移动通信
电波传播的衰落的表现
• 路径损耗 随信号传播距离变化而导致的传播损耗和弥散
• 阴影衰落 由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电磁 波的遮蔽所引起的衰落
从而使电波射束发生弯曲（折射率随高度变化）。
• 绝对折射率
• 相对折射率
n c sin v sin
n12
n1 n2
v2 v1
sin2 sin1
真空
介质2
介质
介质1
d n 0 大气折射率随着高度升高而减小 dh
电控学院 综合楼823
➢ 折射
2.2 电波传播特性
移动通信
在工程上通常用“地球等效半径”来表示，认为电波依然按直线方向进行
• 多径衰落
无线电波到达接收端时是从多条路径传来的多个信号叠加 ，这种多径传播所引起的信号在接收端幅度、相位和到达 时 间的随机变化导致严重的衰落
• 多普勒效应
由于移动台的运动使得接收信号在频域扩展，多谱勒频移 产生附加的调频噪声，出现信号失真
电控学院 综合楼823
信道衰落模型
2.1概述
移动通信
描述
，只是地球的实际半径R 0
如下
（6.37*105）变为等效半径R e ，其间关系
k
Re R0
1 1 R0
dn dh
标 准 大 气 折 射 情 况 下 ， d d n h 4 1 0 - （ 8 1 m ） , k = 4 3 ,R e 8 5 0 0 k m
电控学院 综合楼823
2.2 电波传播特性
波在传播过程中，行进中的波前（面）上的每一点，都可作为产生次 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（面）
绕射由次级波的传
P”
播进入阴影区而形 成。阴影区绕射波
d 2 / 2
P’
次级波前
场强为围绕阻挡物
d /2
所有次级波的矢量 T
90
和
R
P
d
扩展波前
▫在P’点处的次级波前中，只有夹角为θ的次级波前能到达接收点R ▫每个点均有其对应的θ角， θ的变化决定了到达R辐射能量的大小 ▫若经由 P’点的间接路径比经由P 点的直接路径d长λ/2，信号抵消
引起随机
调频
电控学院 综合楼823
2.1概述
移动通信
衰落的算式描述
r(t ) m( t)r0(t)
信道的衰落因子 大尺度衰落 小尺度衰落
小尺度衰落
接
收 功
大尺度衰落
率
图 无线信道中的大尺度和小尺度衰落
t
电控学院 综合楼823
2.2 电波传播特性
➢ 电波传播方式
视距传输
移动通信
反射
绕射
散射
电控学院 综合楼823
移动通信
移动通信
移动通信
移动通信
2.1概述
移动通信
➢ 电波传播和信道
无线电波传播方式
直射、反射、绕射和散射以及它们的合成
电波传播的 基本特性
= 移动信道的 基本特性
发射机与接收机之间的传播路径非常复杂
衰• 接收天线将接收从多条路径传来的信号 落• 移动台的运动 特性• 周围环境的变化
移 动 信 道 是一种典型的变参信道，特性十分复杂
移动通信
➢ 反射
反射系数与入射介质的光滑界面时，如果界 面尺寸比电波波长大得多时会产生镜面反射。
• 如果电磁波传输到理想介质表面（反射表面平滑），则
能量都将反射回来 • 极化
1 2
真
电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和
空
幅度随时间变化的状态；
真
R sin z sin z
空
介
质
垂直极化
z 0 cos2 0
0 j60
水平极化 z 0 cos2
介电常数，电导率，波长
电控学院 综合楼823
2.2 电波传播特性
移动通信
➢ 绕射
当直射路径上存在各种障碍物，围绕阻挡体也产生波的弯 曲，无线电信号可以传播到阻挡物后面
• 惠更斯-菲涅尔原理（略）
电磁波的极化形式：
介
线极化、圆极化和椭圆极化
质
线极化的两种特殊情况：
水平极化（电场方向平行于地面） 垂直极化（电场方向垂直于地面）
移动通信常采用垂直极化
电控学院 综合楼823
2.2 电波传播特性
移动通信
接收天线的极化方式同被接收的电磁波的极化形式一致时，才能有效地 接收到信号，否则将产生极化失配
• 反射系数 入射波场强与反射波场强的比值
2.2 电波传播特性
移动通信
➢ 直射（自由空间模型）
天线的增益
在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，电波传播不发
• 自由空间 生反射、折射、绕射、散射和吸收现象，只存在电磁波能量
扩散而引起的传播损耗。
• 模型适用范围
接收机和发射机之间是完全无阻隔的视距路径LOS
• 接收信号功率
发射功率为PT 半径d的球面上单位面积功率
自由空间的传播损耗只与工作频率和传播距离有关
与距离平方成正比 与频率平方成正比 频率或距离增大一倍，L将增加6dB
900M,1km91.53dB 2G,1km 98.47dB 900M,10km118.47dB
电控学院 综合楼823
2.2 电波传播特性
➢ 折射 • 低层大气不是均匀介质
移动通信
当一束电波通过大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，