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1、無(wú)線電波傳播基礎(chǔ)無(wú)線電波傳播基礎(chǔ)移動(dòng)研究所網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)部學(xué)習(xí)完本課程，你將能夠：學(xué)習(xí)完本課程，你將能夠：了解電磁波的相關(guān)基本概念掌握無(wú)線電波的幾種實(shí)際傳播途徑掌握無(wú)線電波的衰落特性了解菲涅爾區(qū)和多普勒頻移現(xiàn)象了解常用的宏蜂窩及微蜂窩模型課程目的課程目的目錄目錄電磁波基礎(chǔ)無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波傳播模型電磁波基礎(chǔ)電磁波基礎(chǔ)提綱提綱電磁波基礎(chǔ)電磁波基礎(chǔ)電磁波的產(chǎn)生電磁波的傳播 相關(guān)基本概念電磁波波段劃分 q麥克斯韋電磁理論麥克斯韋電磁理論m在時(shí)變電磁場(chǎng)中，變化的磁場(chǎng)激發(fā)旋渦電場(chǎng)；而變化的電場(chǎng)同樣可以激發(fā)渦旋磁場(chǎng)。m電場(chǎng)與磁場(chǎng)的相互聯(lián)系，相互激發(fā)，時(shí)間上周而復(fù)始，空間上交鏈重復(fù)。電磁波的產(chǎn)生電磁波的產(chǎn)生電

2、磁波基礎(chǔ)電磁波基礎(chǔ)q TEM波的傳播形式波的傳播形式m電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間是相互垂直的，同時(shí)這兩者又都垂直于傳播方向。電磁波的傳播電磁波的傳播電磁波基礎(chǔ)電磁波基礎(chǔ)電磁波的相關(guān)基本概念電磁波的相關(guān)基本概念電磁波的傳播速度 v相關(guān)的單位dB/dBm/dBuv/dBi/dBd等電磁波的波長(zhǎng) 電磁波的頻率 f電磁波的相關(guān)基本概念電磁波的相關(guān)基本概念電磁波基礎(chǔ)電磁波基礎(chǔ)q電磁波的速度只隨介質(zhì)的電和磁的性質(zhì)而變化電磁波的速度只隨介質(zhì)的電和磁的性質(zhì)而變化 q電磁波在真空中的傳播速度等于光速電磁波在真空中的傳播速度等于光速q在其他媒質(zhì)中的傳播速度為：在其他媒質(zhì)中的傳播速度為：/sqrt()為傳播媒質(zhì)的介電常數(shù)基本

3、概念基本概念-傳播速度傳播速度v電磁波基礎(chǔ)電磁波基礎(chǔ)q電磁波的傳播具有周期性，這又包括時(shí)間周期性和空間周電磁波的傳播具有周期性，這又包括時(shí)間周期性和空間周期性期性m在任意時(shí)刻，波長(zhǎng)在空間的分布具有周期性，即物理量在空間周期分布，這種周期性用波長(zhǎng)來(lái)描述。m電磁波的波長(zhǎng)是指電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，相鄰兩個(gè)波峰與波峰之間，或者波谷與波谷之間的距離，單位為米基本概念基本概念-波長(zhǎng)波長(zhǎng)電磁波基礎(chǔ)電磁波基礎(chǔ)q電磁波的傳播具有周期性，這又包括時(shí)間周期性和空間周電磁波的傳播具有周期性，這又包括時(shí)間周期性和空間周期性期性m在波場(chǎng)中任一位置（點(diǎn)），該點(diǎn)的物理量經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后又恢復(fù)原來(lái)的數(shù)值，具有時(shí)間周期性。m這種

4、周期性可以用振動(dòng)的周期T來(lái)描述，振動(dòng)的頻率為周期的倒數(shù)，表示為f=1/T，單位為Hz。q波長(zhǎng)、頻率和傳播速度的關(guān)系：波長(zhǎng)、頻率和傳播速度的關(guān)系：=v/f基本概念基本概念-頻率頻率f電磁波基礎(chǔ)電磁波基礎(chǔ)qW與與dBmmP(dBm)=10lg（P(W)/10-3）qdBi與與dBdmdBi-天線相對(duì)于理想電源的增益mdBd-天線相對(duì)于單一對(duì)稱半波振子的增益mdBi=2.15+dBdqdBmG(dB)=10lgG（G為增益，倍數(shù)）m3dBm-1dBm=2dBqdBuvmdBuv為電壓特定的分貝單位，dBm為功率特定的分貝單位?；靖拍罨靖拍?幾個(gè)相關(guān)單位幾個(gè)相關(guān)單位電磁波基礎(chǔ)電磁波基礎(chǔ)電磁波的波段

5、劃分電磁波的波段劃分波段頻率范圍波長(zhǎng)范圍極長(zhǎng)波（EFL，極低頻）330Hz105104km特長(zhǎng)波（SLF，特低頻）30300Hz104103km超長(zhǎng)波（ULF，超低頻）3003000Hz103102km甚長(zhǎng)波（VLF，甚低頻）330KHz10210km長(zhǎng)波（LF，低頻）30300KHz101km中波（MF，中頻）3003000KHz103102m短波（HF，高頻）330MHz10210m超短波（VHF，甚高頻）30300MHz101m微波分米波（UHF，超高頻）3003000MHz10210cm厘米波（SHF，特高頻）330GHz101cm毫米波（EHF，極高頻）30300GHz101mm亞毫

6、米波（超級(jí)高頻）3003000GHz10.1mm電磁波基礎(chǔ)電磁波基礎(chǔ)目錄目錄電磁波基礎(chǔ)無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波傳播模型電磁波的波段劃分電磁波的波段劃分無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播自由空間中的無(wú)線電波傳播陸地移動(dòng)通信環(huán)境的特點(diǎn)無(wú)線電波的衰落特性菲涅爾區(qū)、多普勒頻移和時(shí)間色散無(wú)線電波的實(shí)際傳播途徑視距與非視距傳播q自由空間中的電波傳播公式為：自由空間中的電波傳播公式為：mPL(dB)=32.44+20lgf（MHz）+20lgd（km）l其中，PL為自由空間的路損，單位是dB；lf為載波的頻率，單位是MHz；ld為發(fā)射源與接收點(diǎn)的距離，單位是km。q當(dāng)當(dāng)f 和和d擴(kuò)大一倍

7、時(shí)，擴(kuò)大一倍時(shí)，Ls均增加均增加6dBmGSM1800基站傳播損耗在自由空間就比GSM900基站大6dB。自由空間中的電波傳播自由空間中的電波傳播無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播視距傳播視距傳播無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播m受地球曲率半徑的影響,已知地球半徑為R=6370km，極限直視距離Rmax 與HT 和 HR間的關(guān)系為：Rmax 3.57（HT(m)+HR(m)）(km)m考慮到大氣層的不均勻性對(duì)電波傳播的影響，等效為地球半徑R=8500km，極限直視距離應(yīng)修正為：Rmax 4.12 HT(m)+HR(m)(km)視距傳播視距傳播無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播非視距傳播非視距傳播繞射波繞射波對(duì)

8、流層反射波對(duì)流層反射波電離層反射波電離層反射波無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q直射直射q反射反射q繞射繞射q散射散射q穿透穿透無(wú)線電波的實(shí)際傳播途徑無(wú)線電波的實(shí)際傳播途徑無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 直射直射m 在自由空間中,電波沿直線傳播而不被吸收,也不發(fā)生反射、折射和散射等現(xiàn)象而直接到達(dá)接收點(diǎn)的傳播方式。m直射波傳播損耗可看成自由空間的電波傳播損耗，公式同自由空間中的路損公式，如下：PL(dB)=32.44+20lgf(MHz)+20lgd(km)無(wú)線電波的實(shí)際傳播途徑無(wú)線電波的實(shí)際傳播途徑無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 反射和折射反射和折射m 電磁波在不同介質(zhì)的交界處會(huì)發(fā)生反射和折射，這

9、個(gè)介質(zhì)物體遠(yuǎn)大于電波波長(zhǎng)；m對(duì)于良導(dǎo)體而言，反射不帶來(lái)衰減；m對(duì)于絕緣體而言，只反射入射波能量的一部分，剩下的被折射入新的介質(zhì)繼續(xù)傳播；m對(duì)于非理想介質(zhì)，會(huì)吸收電磁波的能量，產(chǎn)生貫穿衰落無(wú)線電波的實(shí)際傳播途徑無(wú)線電波的實(shí)際傳播途徑無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 繞繞射射m在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間有邊緣光滑且不規(guī)則的阻擋物體，該物體的尺寸與電波波長(zhǎng)接近，電波可以從該物體的邊緣繞射過(guò)去；m當(dāng)波撞擊在障礙物邊緣時(shí)發(fā)生繞射，“次級(jí)球面波”傳播進(jìn)入陰影區(qū)。m超出直射路徑的長(zhǎng)度導(dǎo)致相移，費(fèi)涅爾區(qū)表達(dá)了相對(duì)于障礙物位置的相移。m若無(wú)LOS，繞射可幫助覆蓋。無(wú)線電波的實(shí)際傳播途徑無(wú)線電波的實(shí)際傳播途徑無(wú)線電波的傳

10、播無(wú)線電波的傳播q 散射散射m當(dāng)電磁波的傳播路由上存在小于波長(zhǎng)的物體、并且單位體積內(nèi)這種障礙物體的數(shù)目非常巨大時(shí)，發(fā)生散射。m散射發(fā)生在粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則物體，如：樹(shù)葉、街道標(biāo)志和燈柱等。無(wú)線電波的實(shí)際傳播途徑無(wú)線電波的實(shí)際傳播途徑無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 穿透穿透m電磁波在不同介質(zhì)的交界處會(huì)發(fā)生反射和折射，這個(gè)介質(zhì)物體遠(yuǎn)大于電波波長(zhǎng)。對(duì)于非理想介質(zhì)，電波可能會(huì)貫穿介質(zhì)，產(chǎn)生貫穿損耗。m穿透損耗大小不僅與電磁波頻率有關(guān)，而且與穿透物體的材料、尺寸有關(guān)。m室內(nèi)的電波分量是穿透分量和繞射分量的疊加，而繞射分量占絕大部分，所以總的看來(lái)高頻信號(hào)（如1800M）室內(nèi)外電平差比低頻信號(hào)（如

11、900M）室內(nèi)外電平差要大。無(wú)線電波的實(shí)際傳播途徑無(wú)線電波的實(shí)際傳播途徑無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播陸地移動(dòng)通信環(huán)境的特點(diǎn)陸地移動(dòng)通信環(huán)境的特點(diǎn)傳播環(huán)境的復(fù)雜性傳播的開(kāi)放性 波導(dǎo)效應(yīng)人為噪聲嚴(yán)重移動(dòng)臺(tái)的隨機(jī)移動(dòng)性信號(hào)電平隨機(jī)變化陸地移動(dòng)通信環(huán)境的特點(diǎn)陸地移動(dòng)通信環(huán)境的特點(diǎn)無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的衰落特性無(wú)線電波的衰落特性中尺度中尺度-陰影衰落陰影衰落衰落特性衰落特性大尺度大尺度-中值信中值信號(hào)號(hào)小尺度小尺度-快衰落快衰落無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的衰落特性無(wú)線電波的衰落特性無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 慢衰落的慢衰落的產(chǎn)產(chǎn)生原因生原因m高大建筑物、樹(shù)林和高低起伏的地勢(shì)

12、地貌的阻擋，造成電磁場(chǎng)的陰影，致使接收信號(hào)強(qiáng)度下降；m大氣折射條件的變化（大氣介電常數(shù)變化）使多徑信號(hào)相對(duì)時(shí)延變化，造成同一地點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)中值隨時(shí)間的慢變化。q 慢衰落的慢衰落的統(tǒng)計(jì)規(guī)統(tǒng)計(jì)規(guī)律律m慢衰落是信號(hào)在幾十個(gè)波長(zhǎng)范圍里經(jīng)歷慢的隨機(jī)變化，其統(tǒng)計(jì)規(guī)律服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，可以理解成接收到的衰落信號(hào)的平均值。m在一個(gè)特定的長(zhǎng)度L內(nèi)平均得到的信號(hào)電平值（或場(chǎng)強(qiáng)值、損耗值），L的取值一般是40個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)取3050個(gè)測(cè)試信號(hào)。慢衰落慢衰落無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 慢衰落的慢衰落的對(duì)對(duì)數(shù)正數(shù)正態(tài)態(tài)分布分布慢衰落慢衰落無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 慢衰落余量的定慢衰落余量的定義義m慢衰落值呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布。

13、m要達(dá)到指定的覆蓋概率，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中必須給發(fā)射機(jī)（基站或終端）預(yù)留一定的功率用于克服衰落的影響，稱為慢衰落余量。q 慢衰落余量慢衰落余量計(jì)計(jì)算的要素算的要素m慢衰落標(biāo)準(zhǔn)差m路徑損耗指數(shù)m邊緣覆蓋概率（或者面積覆蓋概率）慢衰落慢衰落無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 慢衰落慢衰落標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差準(zhǔn)差m慢衰落標(biāo)準(zhǔn)差與電磁傳播環(huán)境有關(guān)。m一般在城市環(huán)境中取810dB；在郊區(qū)或者農(nóng)村環(huán)境中取68dB。q 路徑路徑損損耗指數(shù)耗指數(shù)m路徑損耗指數(shù)用來(lái)衡量無(wú)線信道的衰落情況，表示平均接收信號(hào)功率隨距離的對(duì)數(shù)衰減。慢衰落慢衰落環(huán)境路徑損耗指數(shù)n自由空間2市區(qū)蜂窩2.63.5市區(qū)蜂窩陰影35建筑物內(nèi)視距傳播1.61.8

14、被建筑物阻擋46被工廠阻擋23無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 覆蓋概率覆蓋概率m定義：覆蓋概率是指在無(wú)線覆蓋區(qū)邊緣（或區(qū)內(nèi)）終端與基站通信質(zhì)量達(dá)到規(guī)定要求（如BER要求）的概率。m包括：位置概率和時(shí)間概率m可分為：邊緣覆蓋概率和面積覆蓋概率慢衰落慢衰落無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 邊緣邊緣覆蓋概率覆蓋概率m整個(gè)圓周的覆蓋概率就是邊緣覆蓋概率。Px0(R)=1/21/2erf(XthreshX0)/(variable*sqrt(2)q 面面積積覆蓋概率覆蓋概率m對(duì)于圓周內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)用同樣的方法可以得出其覆蓋概率，這樣最終可以得到整個(gè)區(qū)域的覆蓋概率慢衰落慢衰落無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 陰影衰

15、落余量陰影衰落余量m實(shí)線圓周上每個(gè)點(diǎn)的覆蓋概率都是50%，即圓周上每個(gè)點(diǎn)的X0=Xthreshm虛線圓周上每個(gè)點(diǎn)的覆蓋概率都是75%，即圓周上每個(gè)點(diǎn)的X0Xthresh。m對(duì)應(yīng)于邊緣覆蓋概率為75的陰影衰落余量慢衰落慢衰落Fading Margin=X0Xthresh(dB)無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 邊緣邊緣覆蓋概率與面覆蓋概率與面積積覆蓋概率的覆蓋概率的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換Px0(r)=1/2-1/2erf(a)Fu=Px0(r)+1/2exp(1-2ab)/b2)*1+erf(ab-1)/b其中，a=(XthreshX0)/(Variable*sqrt(2)b=10nLog(e)/(Variab

16、le*sqrt(2)lPx0(r)邊緣覆蓋概率；lFu為面積覆蓋概率；ln為路徑損耗指數(shù)；lVariable為陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)方差；慢衰落慢衰落無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的衰落特性無(wú)線電波的衰落特性中尺度中尺度-陰影衰落陰影衰落衰落特性衰落特性大尺度大尺度-中值信中值信號(hào)號(hào)小尺度小尺度-快衰落快衰落無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 快衰落的快衰落的產(chǎn)產(chǎn)生原因生原因m由于信號(hào)的多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，反映了小范圍波長(zhǎng)量級(jí)（短時(shí)間）的接收電平變化快衰落快衰落無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 多徑干多徑干擾擾的構(gòu)成的構(gòu)成快衰落快衰落無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 快衰落的快衰落的選擇選擇性衰落特性性衰落特性選擇性衰落選擇性衰落特性特性空間選擇性衰落時(shí)間選擇性衰落頻率選擇性衰落快衰落快衰落無(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 頻頻率率選擇選擇性衰落性衰落m頻率選擇性衰落，即在不同的頻率衰落特性不一樣。m由于時(shí)延擴(kuò)散引起了頻率選擇性衰落，頻率衰落周期F=1/L。時(shí)延展寬是決定相干帶寬的唯一因素，RAKE多徑接收機(jī)的頻率區(qū)間F?？焖ヂ淇焖ヂ錈o(wú)線電波的傳播無(wú)線電波的傳播q 時(shí)間選擇時(shí)間選擇性衰落性衰落m時(shí)