上節課的主要內容自由空間傳播損耗

dB、dBm及dBw的概念及區別視線傳播距離

大氣折射及對d值的修正障礙物的影響與繞射損耗菲涅爾余隙(障礙物頂點與直線TR間的距離)。第一菲涅爾半徑2/6/20231信息與通信工程系上節課的主要內容自由空間傳播損耗

dB、dBm及dBw的概念及區別視線傳播距離

大氣折射及對d值的修正障礙物的影響與繞射損耗菲涅爾余隙(障礙物頂點與直線TR間的距離)。第一菲涅爾半徑2/6/20232信息與通信工程系最大時延

上節課的主要內容多徑時散

平均時延

時延擴展碼間串擾（ISI--IntersymbolInterference）要求降低信號的傳輸速率從頻域看，產生頻率選擇性衰落。相關帶寬

要求信號的帶寬必須小于相關帶寬。陸地移動信道場強估算方法---Okumura模型

地形、地物分類中等起伏地形市區上傳播損耗的中值2/6/20233信息與通信工程系任意地形、地區的傳播損耗中值LA陸地移動信道場強估算方法---Okumura模型

任意地形、地區接收信號的功率中值PPC上節課的主要內容其他移動信道的傳播特點建筑物的穿透損耗限定空間中的電波傳播海上、航空及衛星通信移動信道的特點2/6/20234信息與通信工程系第三章移動信道的傳播特性3.1VHF、UHF電波傳播特性3.2移動信道的特征3.3陸地移動信道的場強估算3.4其他移動信道的傳播特點本章內容2/6/20235信息與通信工程系3.1VHF、UHF電波傳播特性3.1.1電波傳播方式3.1.2直射波3.1.3大氣中的電波傳播3.1.4障礙物的影響與繞射損耗3.1.5反射波

2/6/20236信息與通信工程系3.1.1電波傳播方式移動通信系統使用頻段150MHz

(VHF：30~300MHz)450MHz、900MHz(UHF：300~3000

MHz)傳播路徑直射波---視距傳播反射波地表面波移動信道：多徑衰落發射天線接收天線直射波反射波地表波2/6/20237信息與通信工程系上節課的主要內容自由空間傳播損耗

自由空間均勻無損耗的無限大空間各向同性(即無方向性)電導率為零,相對介電常數和相對磁導率恒為1。（等于真空介電常數和磁導率）

2/6/20238信息與通信工程系3.1.2直射波自由空間中，不存在電波的反射、折射、繞射、色散及吸收等現象。自由空間均勻無損耗的無限大空間各向同性(即無方向性)電導率為零,相對介電常數和相對磁導率恒為1。（等于真空介電常數和磁導率）

2/6/20239信息與通信工程系3.1.2直射波自由空間傳播d接收點的電波功率密度dPT有效接收面積2/6/202310信息與通信工程系3.1.2直射波自由空間傳播(2)d接收功率()設：2/6/202311信息與通信工程系3.1.2直射波自由空間傳播損耗

或接收功率應用：FDD系統中上行下行頻率差值設計考慮GSM系統：上行頻率890~915MHZ

下行頻率935~960MHZIS-95CDMA系統：上行頻率824~849MHZ

下行頻率869~894MHZ2/6/202312信息與通信工程系dB、dBm及dBw的概念及區別dB（分貝）：描述（功率）相對比值的單位。

dB=10lg(功率比)

dB是相對單位，不能表示功率的絕對電平值。3.1.2直射波補充知識:2/6/202313信息與通信工程系dBm（分貝毫瓦）：描述功率絕對值的單位。

dBm=10lg(功率值/1mw)

dBm是相對于1mw功率電平的絕對值。

1mw=0dBm2mw=3dBm10mw=10dBm20mw=13dBm40mw=16dBm3.1.2直射波2/6/202314信息與通信工程系dBw（分貝瓦）：描述功率絕對值的單位。

dBw=10lg

(功率值/1w)

dBw是相對于1w功率電平的絕對值。

1w=0dBw=30dBm2w=3dBw=33dBm40w=16dBw=46dBm3.1.2直射波2/6/202315信息與通信工程系3.1.3大氣中的電波傳播則1.視線傳播距離視線傳播距離可由右圖計算天線高度分別為ht

和hr式中，ht、hr的單位是m，d的單位是km視線傳播的極限距離d為2/6/202316信息與通信工程系3.1.3大氣中的電波傳播

實際系統中，考慮大氣的不均勻性對電波傳輸的影響，將會產生折射現象，折射引起電波在傳播方向上發生彎曲。工程上,通常用“地球等效半徑”來等效。如下式2.大氣折射及對d

值的修正式中,k為地球等效半徑系數,R0

為地球實際半徑,Re是等效半徑。2/6/202317信息與通信工程系3.1.3大氣中的電波傳播在標準大氣壓條件下，視線傳播距離修正為:式中，ht、hr

的單位是m

，d

的單位是km2/6/202318信息與通信工程系3.1.4障礙物的影響與繞射損耗

在實際情況下,電波的直射路徑上存在各種障礙物,由障礙物引起的附加傳播損耗稱為繞射損耗。障礙物與發射點和接收點的相對位置2/6/202319信息與通信工程系3.1.4障礙物的影響與繞射損耗菲涅爾余隙：障礙物頂點與直線TR間的距離。第一菲涅爾半徑

繞射損耗與菲涅爾余隙及第一菲涅爾半徑的比值有關。2/6/202320信息與通信工程系3.1.4障礙物的影響與繞射損耗2/6/202321信息與通信工程系3.1.4障礙物的影響與繞射損耗例3-1

設如圖所示的傳播路徑中，菲涅爾余隙

x＝-82m，d1＝5km，d2＝10km，工作頻率為150MHz。試求出電波傳播損耗。2/6/202322信息與通信工程系3.1.4障礙物的影響與繞射損耗第一菲涅爾半徑x1為由圖查得附加損耗（）為17dB，故,電波傳播的損耗L為：[L

]=[Lfs]+17=116.5dB解：自由空間傳播損耗為

2/6/202323信息與通信工程系hthrd1d23.1.5反射波當f>150MHz時,(反射波與入射波相差180°)反射系數水平極化波：垂直極化波：2/6/202324信息與通信工程系3.1.5反射波附加路徑附加相移接收信號場強2/6/202325信息與通信工程系3.2移動信道的特征3.2.1傳播路徑與信號衰落3.2.2多徑效應與瑞利衰落3.2.3慢衰落特性和衰落儲備3.2.4多徑時散與相關帶寬2/6/202326信息與通信工程系3.2.1傳播路徑與信號衰落假設反射系數（鏡面反射）,則合成場強為2/6/202327信息與通信工程系3.2.2多徑效應與瑞利衰落

陸地移動信道中,移動臺往往受到各種障礙物和其它移動體的影響,以致到達移動臺的信號是來自不同傳播路徑的信號之和。2/6/202328信息與通信工程系3.2.2多徑效應與瑞利衰落則發射信號為第

i路信號多普勒頻移值為則第i路信號可寫成令接收信號為2/6/202329信息與通信工程系3.2.2多徑效應與瑞利衰落假設N路信號幅值和到達接收天線方位角是隨機的，且統計獨立，則接收信號為其中：進一步，2/6/202330信息與通信工程系3.2.2多徑效應與瑞利衰落

所收到信號幅度發生變化（衰落），且服從瑞利分布(RayleighDistribution)。故稱這種衰落為瑞利衰落。2/6/202331信息與通信工程系3.2.2多徑效應與瑞利衰落瑞利分布的概率密度2/6/202332信息與通信工程系

衰落信號特征：（1）時，出現最大值。（2）包絡的期望值（均值）中值：累積分布概率為50%時的包絡值，即滿足下式的值：（3）包絡的中值為3.2.2多徑效應與瑞利衰落rP(r)2/6/202333信息與通信工程系

（5）包絡低于某值概率3.2.2多徑效應與瑞利衰落（4）包絡的均方值為按同樣方法，可計算包絡大于或小于指定電平的概率。2/6/202334信息與通信工程系3.2.2多徑效應與瑞利衰落2/6/202335信息與通信工程系3.2.3慢衰落特性和衰落儲備信號中值隨時間、地點作緩慢變化，稱為慢衰落，近似服從對數正態分布(LognormalDistribution)。此外，由于大氣折射率的平緩變化使得同一地點處所收到的信號中值隨時間作緩慢變化。這種慢衰落常忽略不計。為了防止因衰落引起的通信中斷，在信道設計中，必須使信號的電平留有足夠的余量，以使中斷率R小于規定指標。慢衰落特性衰落儲備2/6/202336信息與通信工程系3.2.3慢衰落特性和衰落儲備頻率f/MHz可通率TT=1-R2/6/202337信息與通信工程系上節課的主要內容

dB、dBm及dBw的概念及區別視線傳播距離d;大氣折射及對d值的修正障礙物的影響與繞射損耗菲涅爾余隙(障礙物頂點與直線TR間的距離)。第一菲涅爾半徑多徑時散

平均時延

時延擴展最大時延

碼間串擾（ISI--IntersymbolInterference）要求降低信號的傳輸速率相關帶寬

從頻域看，產生頻率選擇性衰落。要求信號的帶寬必須小于相關帶寬。2/6/202338信息與通信工程系上節課的主要內容

dB、dBm及dBw的概念及區別視線傳播距離d;大氣折射及對d值的修正障礙物的影響與繞射損耗菲涅爾余隙(障礙物頂點與直線TR間的距離)第一菲涅爾半徑多徑時散

平均時延

時延擴展最大時延

dBm=10lg(功率值/1mw)dBw=10lg(功率值/1w)2/6/202339信息與通信工程系3.2.4多徑時散與相關帶寬1.多徑時散因多徑傳播造成信號時間擴散的現象，稱為多徑時散。多徑時散在時域上將造成數字信號波形的展寬。2/6/202340信息與通信工程系3.2.4多徑時散與相關帶寬多徑時延信號包絡2/6/202341信息與通信工程系3.2.4多徑時散與相關帶寬平均時延：多徑時延信號包絡E（t）的均值（一階矩）。時延擴展：多徑時延信號包絡E（t）的均方差值。最大時延：包絡電平下降30dB時測定的時延值。2/6/202342信息與通信工程系3.2.4多徑時散與相關帶寬450MHz頻段多徑時散參數典型值思考題:為什么市區的值大于郊區的值?2/6/202343信息與通信工程系3.2.4多徑時散與相關帶寬為避免碼間串擾的產生，要求信號的傳輸速率必須比低。造成前后數字信號波形的重疊

---碼間串擾（ISI--IntersymbolInterference）多徑時散的后果

2/6/202344信息與通信工程系3.2.4多徑時散與相關帶寬2.相關帶寬從頻域看，多徑傳播會導致信號產生頻率選擇性衰落（信道對不同頻率的信號有不同的響應）。Si(t)So(t)He(jw)2/6/202345信息與通信工程系3.2.4多徑時散與相關帶寬頻率選擇性衰落2/6/202346信息與通信工程系3.2.4多徑時散與相關帶寬工程上，相關帶寬可按下式估算：頻率選擇性衰落對信號的影響可用相關帶寬Bc

來描述。相關帶寬：相鄰場強為最小值的頻率間隔。式中，為時延擴展。2/6/202347信息與通信工程系3.2.4多徑時散與相關帶寬

為不引起明顯的頻率選擇性衰落，要求信號的帶寬必須小于相關帶寬。

2/6/202348信息與通信工程系3.3陸地移動信道的場強估算3.3.1陸地移動信道場強估算方法

---Okumura模型3.3.2地形、地物分類3.3.3中等起伏地形上傳播損耗的中值3.3.4不規則地形上傳播損耗的中值3.3.5任意地形地區的傳播損耗的中值2/6/202349信息與通信工程系

3.3.1陸地移動信道場強估算方法

由于移動通信環境的復雜性和多變性，對移動臺接收的場強進行精確計算困難，工程上常采用估算方法。陸地移動信道場強估算方法Okumura模型Okumura-Hata模型COST-231-Hata模型CCIR模型LEE模型WIM（COST231-Walfisch-Ikegami）模型2/6/202350信息與通信工程系3.3.1陸地移動信道場強估算方法Okumura模型也稱電波傳播損耗的圖表預測法，是根據Okumura在東京地區進行大量實測數據得出的。通過大量的傳播實驗，利用統計的辦法找出各種地形、地物條件下的傳播損耗（或接收場強）和距離、頻率、天線高度間的關系，繪制出電波傳播特性的計算圖表，根據這些圖表可以方便地對接收場強進行預測。2/6/202351信息與通信工程系

3.3.1陸地移動信道場強估算方法各模型的適用條件（一）Okumura模型頻率：150-1500MHz小區半徑>1Km（宏蜂窩）基站天線有效高度：30-200m移動臺天線有效高度：1-10mOkumura-Hata模型Okumura的解析模型（根據測試數據，統計分析得出的經驗公式）2/6/202352信息與通信工程系微微小區：小區半徑

r

<0.1km(辦公室、家庭)微小區：小區半徑r

=

0.1~1km

(城市繁華區)宏小區：小區半徑r

=

1~20km

(高速、稠密區)超小區：小區半徑r

>20km

(農村)2/6/202353信息與通信工程系

3.3.1陸地移動信道場強估算方法Okumura-Hata模型對中小城市對大城市2/6/202354信息與通信工程系

3.3.1陸地移動信道場強估算方法Okumura-Hata模型(續)對郊區對開闊農村2/6/202355信息與通信工程系

3.3.1陸地移動信道場強估算方法各模型的適用條件（二）COST(EuropeanCooperativeforScientificandTechnicalresearch)-231-Hata模型頻率：1500-2000MHz小區半徑>1Km移動臺天線有效高度：1-10m基站天線有效高度：30-200mCCIR模型頻率：150-2000MHz小區半徑>1Km（宏蜂窩）基站天線有效高度：30-200m移動臺天線有效高度：1-10m2/6/202356信息與通信工程系

3.3.1陸地移動信道場強估算方法各模型的適用條件（三）LEE模型頻率：450-2000MHz宏蜂窩：小區半徑>1Km微蜂窩（分LOS、NLOS）WIM模型頻率：800-2000MHz小區半徑：0.02-5Km（分LOS、NLOS）基站天線有效高度：4-50m移動臺天線有效高度：1-3m

2/6/202357信息與通信工程系3.3.2地形、地物分類中等起伏地形不規則地形1.地形的分類2/6/202358信息與通信工程系3.3.2地形、地物分類1.地形的分類?中等起伏地形地面起伏高度不超過20m，起伏緩慢，峰點與谷點之間的水平距離大于起伏高度。?不規則地形如丘陵、孤立山岳、斜坡和水陸混合地形等統稱為不規則地形。2/6/202359信息與通信工程系3.3.2地形、地物分類2.地物（或地區）分類按照地物的密集程度不同可以分為三類地區:?開闊地在電波傳播的路徑上無高大樹木、建筑物等障礙物，呈開闊狀地面，如農田、荒野、廣場、沙漠和戈壁灘等?郊區在靠近移動臺近處有些障礙物但不稠密，如有少量的低層房屋或小樹林等?市區有較密集的建筑物和高層樓房2/6/202360信息與通信工程系3.3.2地形、地物分類基站

若基站天線頂點的海拔高度為hts，從天線設置地點開始，沿著電波傳播方向的3km到15km之內的地面平均海拔高度為hga，則定義基站天線的有效高度為

若傳播距離不到15km，hga是3km到實際距離之間的平均海拔高度。3.天線的有效高度2/6/202361信息與通信工程系3.3.2地形、地物分類移動臺移動臺天線有效高度hm：天線在當地地面上的高度。2/6/202362信息與通信工程系3.3.3中等起伏地形上傳播損耗的中值1.市區傳播損耗中值?在計算各種地形、地物上的傳播損耗時，均以中等起伏地上市區的損耗中值或場強中值作為基準。

—基準中值或基本中值?傳播損耗取決于傳播距離d、工作頻率f、基站天線高度hb和移動臺天線高度hm等。?在大量實驗、統計分析的基礎上，作出傳播損耗基本中值的預測曲線。2/6/202363信息與通信工程系3.3.3中等起伏地形上傳播損耗的中值中等起伏地上市區基本損耗中值Am(f,d)---大于自由空間傳播損耗的數值中等起伏地上市區基本損耗中值2/6/202364信息與通信工程系3.3.3中等起伏地形上傳播損耗的中值2.天線高度增益因子基站如果基站天線高度不是200m，則損耗中值的差異用基站天線高度增益因子Hb(hb,d

)來表示。2/6/202365信息與通信工程系3.3.3中等起伏地形上傳播損耗的中值移動臺移動臺天線高度不是3m時，需用移動臺天線高度增益因子Hm(hm,f)加以修正。2/6/202366信息與通信工程系3.3.3中等起伏地形上傳播損耗的中值3.街道走向修正因子ka?市區的場強中值還與街道走向（相對于電波傳播方向）有關。?縱向路線（與電波傳播方向平行）的損耗中值明顯小于橫向路線（與傳播方向相垂直）的損耗中值。?沿建筑物形成的溝道有利于無線電波的傳播（稱為溝道效應）。2/6/202367信息與通信工程系4.中等起伏地形市區傳播損耗中值LT3.3.3中等起伏地形上傳播損耗的中值若需要考慮街道走向時，還應加上縱向或橫向路的修正值。2/6/202368信息與通信工程系5.中等起伏地市區接收信號的功率中值PPP0——自由空間傳播條件下接收信號的功率Am(f,d)——中等起伏地市區的基本損耗中值Hb(hb,d)——基站天線高度增益因子Hm(hm,f)——移動天線高度增益因子

3.3.3中等起伏地形上傳播損耗的中值2/6/202369信息與通信工程系6.郊區修正因子kmr?郊區的建筑物一般是分散的、低矮的，故電波傳播條件優于市區。郊區場強中值與基準場強中值之差稱為郊區修正因子。?郊區場強中值大于市區場強中值。3.3.3中等起伏地形上傳播損耗的中值2/6/202370信息與通信工程系7.開闊地、準開闊地修正因子Q0(Qr)?開闊地、準開闊地（開闊地與郊區間的過渡區）傳播條件優于市區?為了求出郊區、開闊區及準開闊區的損耗中值，應先求出相應的市區傳播損耗中值，再減去由圖查得的修正因子。3.3.3中等起伏地形上傳播損耗的中值2/6/202371信息與通信工程系3.3.4不規則地形上傳播損耗的中值1.丘陵地修正因子kh

(khf

)

丘陵地的地形參數用地形起伏高度Δh表示。

Δh定義：自接收點向發射點延伸10km的范圍內，地形起伏的90%與10%的高度差。2/6/202372信息與通信工程系3.斜波地形修正因子ksp3.3.4不規則地形上傳播損耗的中值2.孤立山岳修正因子kjs2/6/202373信息與通信工程系3.3.4不規則地形上傳播損耗的中值4.水陸混合路徑修正因子ks2/6/202374信息與通信工程系3.3.5任意地形地區的傳播損耗的中值其中，LT為中等起伏地市區傳播損耗中值,且1.任意地形、地區的傳播損耗中值LAKT為地形、地物修正因子2/6/202375信息與通信工程系地形、地物修正因子

KT

Kmr：郊區修正因子

Qo、Qr

：開闊地或準開闊地修正因子

Kh、Khf：丘陵地修正因子及微小修正因子

Kjs：孤立山岳修正因子

Ksp

：斜坡地形修正因子

Ks

：水陸混合路徑修正因子3.3.5任意地形地區傳播損耗中值2/6/202376信息與通信工程系3.3.5任意地形地區傳播損耗中值其中,PP

為中等起伏地市區接收信號的功率中值,且2.任意地形、地區接收信號的功率中值PPC2/6/202377信息與通信工程系3.3.5任意地形地區傳播損耗中值Okumura模型的特點與不足?Okumura模型對地形、地物進行分類，使用完全客觀的實驗數據使其能在相應的環境下獲得較準確的預測，因此得到廣泛的應用。?完全基于測試數據，不提供任何分析解釋。?許多情況通過外推曲線來獲得測試范圍以外的值，盡管這種外推法的正確性依賴于環境和曲線的平滑性。?模型本身也有不足，如對地形的定性劃分不可避免地導致對通信環境的主觀判斷。?對城區和郊區快速變化的反應較慢。2/6/202378信息與通信工程系3.4其他移動信道的傳播特點背景?隨著移動通信業務的發展，移動通信的服務范圍也日益擴大。?在陸地、海上和空中都獲得了廣泛應用，正逐步由-室外擴展到室內（如辦公室、住宅、車間、商場等）-從地上擴展到地下（如地鐵、坑道、隧道、礦井等）-從中小城市擴展到邊遠地區（如礦山、林區、沙漠、草原等）?要在不同環境中實現移動通信，首先必須了解無線電波在該環境中的傳播方式和傳播特性。2/6/202379信息與通信工程系3.4其他移動信道的傳播特點3.4.1建筑物的穿透損耗3.4.2限定空間中的電波傳播3.4.3海上、航空及衛星通信移動信道的特點2/6/202380信息與通信工程系3.4.1建筑物的穿透損耗?無論哪種通信系統只要無線電波要穿過墻壁或樓板才能通信時，就必定存在電波的穿透損耗，即建筑物的穿透損耗。?人們對電波由建筑物外部進入室內的穿透損耗進行了大量的測試和研究。通常規定，用建筑物附近道路中央的場強與在室內不同樓層中測得的場強之差表示此穿透損耗。?主要與樓層的高低有關。2/6/202381信息與通信工程系3.4.1建筑物的穿透損耗2/6/202382信息與通信工程系3.4.1建筑物的穿透損耗多層樓房內設置基站的專用移動通信系統-室內建筑物的結構多種多樣-所用天線的型式與架設地點各不相同很難確定一種統一的穿透損耗作為通系統設計的依據。2/6/202383信息與通信工程系1.直放站（同頻中繼放大器）2.微蜂窩系統3.分布式天線系統（室內、限定空間）

同軸饋電式、光纖饋電式、泄漏電纜4.直放站+分布式天線系統改善城市弱信號及盲區覆蓋的方法3.4.1建筑物的穿透損耗2/6/202384信息與通信工程系3.4.1建筑物的穿透損耗功分器同軸/光纖饋電式泄漏電纜分布式天線系統2/6/202385信息與通信工程系3.4.2限定空間中的電波傳播?解決辦法：用導波線傳輸方式。?常見的導波線：

平行雙導線泄漏同軸電纜?限定空間：無線電波不能穿透的場所。

在限定空間中，因為電波的傳播損耗很大，因而通信距離很短。2/6/202386信息與通信工程系3.4.2限定空間中的電波傳播隧道內傳輸損耗特性2/6/202387信息與通信工程系