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移动通信原理
3.1 概 述
➢ 无线移动信道是一种很不良好的信道。视距、 衰落、多径和随机变化是移动信道的基本特征。 ➢ 载有信息的无线电波在无线移动信道中的传播 损耗，不但会随传播距离的增加，电波的损耗随 传播距离而增大；同时会产生阴影效应和多径传 播，使电波的包络产生大幅度起伏且随机变化， 这就是电波的衰落。
• 这就是电波传播的路径损耗预测问题，又称为信 号中值预测。这里的信号中值是长区间中值。
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移动通信原理
3.6 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测
• 3.6.1 地形环境分类 • 3.6.2 Okumura模型 • 3.6.3 Hata模型与传播损耗的经验公式 • *3.6.4 Hata模型扩展 • *3.6.5 COST-231模型 • *3.6.6 微蜂窝系统的覆盖区预测模式
Ikegami模型的基础上，根据实测数据加以完 善而提出COST-231模型。 • 这种模型考虑到了自由空间损耗、沿传播路径 的绕射损耗和移动台周围建筑屋顶之间的损耗。
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移动通信原理
3.6.6 微蜂窝系统的覆盖区预测模式
• 在大蜂窝和小蜂窝中，基站天线都安装在高于 屋顶的位置，这时传播路径损耗主要由移动台 附近的屋顶绕射和散射波决定，即主要射线是 在屋顶之上传播。
输损耗外，还应考虑各种障碍物对电波传输所引 起的损耗。通常将这种损耗称为绕射损耗。
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3.2.4 反射波
• 电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑界面时， 会发生反射现象。
• 图3-3所示为从发射天线到接收天线的电波由反射波和 直射波组成的情况。
图3-3 反射波和直射波
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地形，包括山丘起伏，建筑物的分布与高度，街 道走向，基站天线的位置与高度，移动台行进速 度等，而与频率无关。
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3.3 阴 影 效 应
• 慢衰落的深度，即接收信号局部中值电平变化的 幅度取决于信号频率与障碍物状况。
• 频率较高的信号比频率较低的信号容易穿透建筑 物，而频率较低的信号比频率较高的信号更具有 较强的绕射能力。
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移动通信原理
3.6.4 Hata模型扩展 • 欧洲科学与技术研究协会（EURO-COST）的
COST-231工作委员会对Hata模型进行了扩展， 使它适用于PCS系统，适用频率达到2GHz。
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3.6.5 COST-231模型 • COST-231工作委员会在Walfishi模型和
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3.1 概 述
衰落既有慢衰落，同时产生快衰落；多径时 延扩展，使信道对信号产生频率选择性衰落， 使信号发生波形畸变而引起符号间干扰（ISI）。 多普勒效应在移动通信中普遍存在。多普勒 效应使信道对信号产生随机调频和频谱扩展， 对信号产生时间选择性衰落，使数字信号误码 性能变坏。
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移动通信 原理
第三章 无线移动通信信道
移动通信原理
第三章 无线移动通信信道
学习完本课程，您需要： • 了解电磁波的传播特性 • 掌握计算路径损耗的方法 • 了解各个传播模型的分类及工作环境
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3.1 概述 3.2 VHF、UHF频段的电波传播特性 3.3 阴影效应 3.4 移动信道的多径传播特性 3.5 多普勒频移 3.6 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测
与 入射角度无关，是fD的最大值，称
v
为最大多普勒频移。
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移动通信原理
3.6 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测
• 设计无线通信系统时，首要的问题是在给定条件 下如何算出接收信号的场强，或接收信号中值。
• 这些给定条件包括发射机天线高度、位置、工作 频率、接收天线高度、收发信机之间距离等。
• COST-231-Walfish-Ikegami模型可用于宏蜂窝及微蜂窝 作传播损耗预测。
• 慢衰落的特性是与环境特征密切相关的，可用电 场实测的方法找出其统计规律。
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3.4 移动信道的多径传播特性
• 陆地移动信道的主要 特征是多径传播。
• 传播过程中会遇到各 种建筑物、树木、植 被以及起伏的地形， 会引起电波的反射， 如右图所示。
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移动通信原理
3.4 移动信道的多径传播特性
对不同传播环境和不规则地形中的各种因素， 用修正因子加以修正，就可得到不规则地形及 不同环境中的中值路径损耗。
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3.6.3 Hata模型与传播损耗的经验公式
• Hata根据Okumura模型中的各种图表曲线归 纳出一个经验公式，称为Hata模型。
• 这种模型仍然保留了Okumura模型的风格， 以市区传播损耗为标准，其他地区在此基础上 进行修正。
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3.3 阴 影 效 应
• 当电波在传播路径上遇到起伏地形、建筑物、植 被（高大的树林）等障碍物的阻挡时，会产生电 磁场的阴影。
• 移动台在运动中通过不同障碍物的阴影时，就构 成接收天线处场强中值的变化，从而引起衰落， 称为阴影衰落。
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3.3 阴 影 效 应
• 由于这种衰落的变化速率较慢，又称为慢衰落。 • 慢衰落是以较大的空间尺度来度量的衰落。 • 慢衰落速率主要决定于传播环境，即移动台周围
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3.6.1 地形环境分类 （3）传播环境分类
• ① 开阔地区 • ② 郊区 • ③ 中小城市地区 • ④ 大城市地区
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移动通信原理
3.6.2 Okumura模型 • Okumura模型提供的数据较齐全，应用较广
泛，适用于VHF和UHF频段。 • 该模型的特点是：以准平坦地形大城市地区的
• 由此可见，视距决定于收、发天线的高度。天线 架设越高，视线距离越远。
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移动通信原理
3.2.2 视距传播的极限距离 • 实际上，当考虑了空气的不均匀性对电波传播轨
迹的影响后，在标准大气折射情况下，等效地球
半径R = 8 500km，可得修正后的视距传播的极限 距离d0为
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3.2.3 绕射损耗 • 在实际情况下，除了考虑在自由空间中的视距传
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3.2.2 视距传播的极限距离
• 由于地球是球形的，凸起的地表面会挡住视线。 • 视线所能到达的最远距离称为视线距离d0
图3-2 视距传播的极限距离
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3.2.2 视距传播的极限距离
• 已知地球半径为R = 6 370km，设发射天线和接收 天线高度分别为hT和hR（单位为m），理论上可 得视距传播的极限距离d0为
3.2.4 反射波
• 在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的传播机制为 反射、绕射和散射。
• 当电波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生于 地球表面、建筑物和墙壁表面。
• 当发射机和接收机之间不存在视距路径，围绕阻挡体也产 生波的弯曲。
• 散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。在实 际的通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等都会发生散射。
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移动通信原理
3.6.1 地形环境分类 （1）地形特征定义
图 地形波动高度Dh
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3.6.1 地形环境分类 （1）地形特征定义
图 基站天线有效高度
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3.6.1 地形环境分类 （2）地形分类 • 实际地形虽然千差万别，但从电波传播的角度
考虑，可分为两大类，即准平坦地形和不规则 地形。
• 移动通信中的传播方式主要有直射波、反射波、 地表面波等传播方式，由于地表面波的传播损 耗随着频率的增高而增大，传播距离有限。
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3.2 VHF、UHF频段的电波传播特性
图3-1 典型的移动信道电波传播路径
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பைடு நூலகம்
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3.2.1 自由空间电波传播方式
• 自由空间电波传播是指天线周围为无限大真空 时的电波传播，它是理想传播条件。
hb=200m的增益，为距离的函数；Hm(hm，f )为移动台
天线高度增益因子（dB），即实际移动台天线高度相
对于以标准天线高度hm =3m的增益为频率的函数。
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（1）准平坦地形大城市地区的中值路径损耗
图 准平坦地形市区相对于自由空间的基本中值损耗
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（2）不规则地形及不同环境中的中值路径损耗 • 以准平坦地形中的中值路径损耗作为基础，针
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3.5 多普勒频移
• 当移动台在运动中通信时，接收信号频率会发 生变化，称为多普勒效应。由此引起的附加频 移称为多普勒频移（Doppler Shift），可用下 式表示
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3.5 多普勒频移
• 式中，是入射电波与移动台运动方向的夹角（见
下图），v是运动速度，是波长。
• 式中，
fm
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3.2.1 自由空间电波传播方式
自由空间传播损耗公式 以dB计，得
[Lbs](dB) = 32.45 + 20 lgd + 20 lgf （2-13）
式中，d是距离的千米数，f是频率的兆赫数。
• 由上式可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）
只与工作频率f和传播距离d有关，当f或d增大一倍时， ［Lbs］将分别增加6dB。
• 天线和天线增益 天线增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天线相对 于无方向天线的功率能量密度之比，dBd是指相对 于半波振子Dipole 的功率能量密度之比，半波振子 的增益为2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi