第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ) -2

1、第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【1】提問(wèn)提問(wèn)1、無(wú)線(xiàn)信道的傳播特征主要從哪兩個(gè)層面加以描述的？、無(wú)線(xiàn)信道的傳播特征主要從哪兩個(gè)層面加以描述的？ 2、什么是大尺度衰落？什么是小尺度衰落？對(duì)通信系統(tǒng)、什么是大尺度衰落？什么是小尺度衰落？對(duì)通信系統(tǒng) 有什么影響？有什么影響？ 3、在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，對(duì)接收信號(hào)影響比較嚴(yán)重的四種、在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，對(duì)接收信號(hào)影響比較嚴(yán)重的四種 效應(yīng)是什么？效應(yīng)是什么？ 4、輻射體向空間輻射電磁場(chǎng)，依據(jù)其空間特性不同，、輻射體向空間輻射電磁場(chǎng)，依據(jù)其空間特性不同， 可以將其劃分為哪三個(gè)不同的區(qū)域？可以將其劃分為哪三個(gè)不同的區(qū)域？5、依據(jù)不同的頻率，無(wú)線(xiàn)電波在空間有哪三種基本傳播、依

2、據(jù)不同的頻率，無(wú)線(xiàn)電波在空間有哪三種基本傳播 方式？方式？第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【2】提問(wèn)提問(wèn)平均信號(hào)強(qiáng)度平均信號(hào)強(qiáng)度(大尺度衰落大尺度衰落)和小尺度衰落和小尺度衰落 大尺度衰落：反映信號(hào)的平均功率隨距離增大而產(chǎn)生的大尺度衰落：反映信號(hào)的平均功率隨距離增大而產(chǎn)生的緩慢變化，包括大尺度路徑損耗和陰影衰落，緩慢變化，包括大尺度路徑損耗和陰影衰落，主要影主要影響通信距離或覆蓋范圍響通信距離或覆蓋范圍。 慢衰落慢衰落 小尺度衰落：主要表現(xiàn)為多徑衰落，反映數(shù)十個(gè)波長(zhǎng)小尺度衰落：主要表現(xiàn)為多徑衰落，反映數(shù)十個(gè)波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)信號(hào)功率的快變化，區(qū)間內(nèi)信號(hào)功率的快變化，是影響接收信號(hào)質(zhì)量的主是影響接收信號(hào)質(zhì)量的主要因

3、素要因素?？焖ヂ淇焖ヂ?、無(wú)線(xiàn)信道的傳播特征主要從哪兩個(gè)方面加以描述的？、無(wú)線(xiàn)信道的傳播特征主要從哪兩個(gè)方面加以描述的？ 2、什么是大尺度衰落？什么是小尺度衰落？對(duì)通信系統(tǒng)、什么是大尺度衰落？什么是小尺度衰落？對(duì)通信系統(tǒng) 有什么影響？有什么影響？第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【3】地球表面波傳播、天波傳播和空間波傳播。地球表面波傳播、天波傳播和空間波傳播。三個(gè)不同的區(qū)域：三個(gè)不同的區(qū)域：近場(chǎng)區(qū)、中間區(qū)和遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。近場(chǎng)區(qū)、中間區(qū)和遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。陰影效應(yīng)；陰影效應(yīng)； 多徑效應(yīng)；遠(yuǎn)近效應(yīng)；多普勒效應(yīng)。多徑效應(yīng)；遠(yuǎn)近效應(yīng)；多普勒效應(yīng)。 3、在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，對(duì)接收信號(hào)影響比較嚴(yán)重的四種、在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，對(duì)接收信號(hào)影響

4、比較嚴(yán)重的四種 效應(yīng)是什么？效應(yīng)是什么？ 4、輻射體向空間輻射電磁場(chǎng)，依據(jù)其空間特性不同，、輻射體向空間輻射電磁場(chǎng)，依據(jù)其空間特性不同， 可以將其劃分為哪三個(gè)不同的區(qū)域？可以將其劃分為哪三個(gè)不同的區(qū)域？5、依據(jù)不同的頻率，無(wú)線(xiàn)電波在空間有哪三種基本傳播、依據(jù)不同的頻率，無(wú)線(xiàn)電波在空間有哪三種基本傳播 方式？方式？提問(wèn)提問(wèn)第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【4】2.2 大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗2.2.1 概述概述電磁波傳播模型的電磁波傳播模型的研究重點(diǎn)：研究重點(diǎn)： 1、預(yù)測(cè)發(fā)射機(jī)在一定距離處的、預(yù)測(cè)發(fā)射機(jī)在一定距離處的平均接收信號(hào)強(qiáng)度平均接收信號(hào)強(qiáng)度(或路或路徑損耗徑損耗)； 預(yù)測(cè)平均信號(hào)強(qiáng)度描述的是發(fā)射

5、機(jī)與接收機(jī)之間長(zhǎng)距離預(yù)測(cè)平均信號(hào)強(qiáng)度描述的是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間長(zhǎng)距離上的信號(hào)強(qiáng)度變化，這種模型稱(chēng)為上的信號(hào)強(qiáng)度變化，這種模型稱(chēng)為大尺度傳播模型大尺度傳播模型。用于估。用于估計(jì)無(wú)線(xiàn)信號(hào)覆蓋范圍的傳播模型。計(jì)無(wú)線(xiàn)信號(hào)覆蓋范圍的傳播模型。 2、對(duì)特定位置、對(duì)特定位置附近信號(hào)強(qiáng)度變化附近信號(hào)強(qiáng)度變化進(jìn)行分析。進(jìn)行分析。 無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)工作的地形多種多樣，所以，一種單一的傳無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)工作的地形多種多樣，所以，一種單一的傳播模型是無(wú)法準(zhǔn)確描述收發(fā)機(jī)之間電波的傳播特性，需要根播模型是無(wú)法準(zhǔn)確描述收發(fā)機(jī)之間電波的傳播特性，需要根據(jù)不同的地域環(huán)境使用幾種不同的模型。據(jù)不同的地域環(huán)境使用幾種不同的模型。第2章 無(wú)

6、線(xiàn)通信基礎(chǔ)【5】為了建立比較貼合實(shí)際的大尺度損耗模型，需要將不同為了建立比較貼合實(shí)際的大尺度損耗模型，需要將不同的地域環(huán)境根據(jù)地形起伏或地物高度、密度進(jìn)行分類(lèi)。的地域環(huán)境根據(jù)地形起伏或地物高度、密度進(jìn)行分類(lèi)。1、根據(jù)地形起伏情況，分成、根據(jù)地形起伏情況，分成中等起伏地形和不規(guī)則地中等起伏地形和不規(guī)則地形形兩大類(lèi)兩大類(lèi)。 中等起伏地形中等起伏地形：指在無(wú)線(xiàn)傳播路徑的地形剖面圖上，地：指在無(wú)線(xiàn)傳播路徑的地形剖面圖上，地面起伏高度不超過(guò)面起伏高度不超過(guò)20米，并且起伏緩慢，起伏地形最高點(diǎn)與米，并且起伏緩慢，起伏地形最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的水平距離大于它們之間的高度差。最低點(diǎn)之間的水平距離大于它們之間的高

7、度差。 不規(guī)則地形不規(guī)則地形：如水路混合地形、孤立的山岳、丘陵地等。：如水路混合地形、孤立的山岳、丘陵地等。 通常以通常以中等起伏地形作為研究基準(zhǔn)中等起伏地形作為研究基準(zhǔn)，其他情況下的傳播，其他情況下的傳播模型則通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)情況模型進(jìn)行修正得到。模型則通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)情況模型進(jìn)行修正得到。第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【6】2、按服務(wù)區(qū)域的人口密度、建筑物密度及高度、經(jīng)濟(jì)發(fā)、按服務(wù)區(qū)域的人口密度、建筑物密度及高度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及前景等情況進(jìn)行分類(lèi)，無(wú)線(xiàn)覆蓋區(qū)域可以劃分成如展水平及前景等情況進(jìn)行分類(lèi)，無(wú)線(xiàn)覆蓋區(qū)域可以劃分成如下類(lèi)型：下類(lèi)型：大城市、中等城市、小城鎮(zhèn)和農(nóng)村大城市、中等城市、小城鎮(zhèn)和農(nóng)村。 建筑物的密

8、度與高度對(duì)電波建筑物的密度與高度對(duì)電波傳播會(huì)傳播會(huì)產(chǎn)生兩方面的影響產(chǎn)生兩方面的影響：1、高大密集的建筑物對(duì)電波傳播會(huì)產(chǎn)生反射、散射、能量吸、高大密集的建筑物對(duì)電波傳播會(huì)產(chǎn)生反射、散射、能量吸收等，這些因素綜合起來(lái)會(huì)加快電波傳播的大尺度損耗；收等，這些因素綜合起來(lái)會(huì)加快電波傳播的大尺度損耗；2、高大建筑物還會(huì)造成電波陰影，陰影區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度可能會(huì)、高大建筑物還會(huì)造成電波陰影，陰影區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度可能會(huì)非常弱。非常弱。這些地域類(lèi)型的具體描述如表這些地域類(lèi)型的具體描述如表2-2所示。所示。第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【7】表2-2 無(wú)線(xiàn)覆蓋區(qū)域類(lèi)型劃分第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【8】3. 按照地物的密集程度不同可以分為

9、三類(lèi)地區(qū)：按照地物的密集程度不同可以分為三類(lèi)地區(qū)： 開(kāi)闊地：開(kāi)闊地：在電波傳播的路徑上無(wú)高大樹(shù)木、建在電波傳播的路徑上無(wú)高大樹(shù)木、建筑物等障礙物，呈開(kāi)闊狀地面，如農(nóng)田、荒野、筑物等障礙物，呈開(kāi)闊狀地面，如農(nóng)田、荒野、廣場(chǎng)、沙漠和戈壁灘等；廣場(chǎng)、沙漠和戈壁灘等； 郊區(qū)：郊區(qū)：在靠近移動(dòng)臺(tái)近處有些障礙物但不稠密，在靠近移動(dòng)臺(tái)近處有些障礙物但不稠密，如有少量的低層房屋或小樹(shù)林等如有少量的低層房屋或小樹(shù)林等 市區(qū)：市區(qū)：有較密集的建筑物和高層樓房有較密集的建筑物和高層樓房第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【9】2.2.2 自由空間傳播模型自由空間傳播模型 電波向周?chē)臻g擴(kuò)散傳播時(shí)，距離越遠(yuǎn)，單位面積電波向周?chē)臻g擴(kuò)

10、散傳播時(shí)，距離越遠(yuǎn)，單位面積上所接收的能量就越少，這種電波擴(kuò)散引起的衰耗稱(chēng)為上所接收的能量就越少，這種電波擴(kuò)散引起的衰耗稱(chēng)為自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗。 自由空間傳播模型自由空間傳播模型的作用的作用：用于：用于預(yù)測(cè)接收機(jī)預(yù)測(cè)接收機(jī)和發(fā)射和發(fā)射機(jī)之間完全無(wú)遮擋時(shí)的視線(xiàn)路徑接收信號(hào)強(qiáng)度。機(jī)之間完全無(wú)遮擋時(shí)的視線(xiàn)路徑接收信號(hào)強(qiáng)度。 自由空間傳播自由空間傳播的條件：的條件：理想的均勻介質(zhì)；無(wú)阻擋、理想的均勻介質(zhì)；無(wú)阻擋、無(wú)反射、無(wú)繞射、無(wú)散射，無(wú)吸收。無(wú)反射、無(wú)繞射、無(wú)散射，無(wú)吸收。第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【10】通常可以把滿(mǎn)足以下條件的空間近似視為自由空間：通?？梢园褲M(mǎn)足以下條件的空間近似視為自由

11、空間：a) 地面上空大氣層是各向同性的均勻介質(zhì)地面上空大氣層是各向同性的均勻介質(zhì)b) 無(wú)損耗的無(wú)限大空間（只有傳播損耗）無(wú)損耗的無(wú)限大空間（只有傳播損耗） 如衛(wèi)星通信系統(tǒng)和微波視距無(wú)線(xiàn)鏈路是典型的自由空間如衛(wèi)星通信系統(tǒng)和微波視距無(wú)線(xiàn)鏈路是典型的自由空間傳播。傳播。 直射波直射波可近似按自由空間傳播模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，是電可近似按自由空間傳播模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，是電磁波傳播的最簡(jiǎn)單情況。磁波傳播的最簡(jiǎn)單情況。 Friis公式給出了在自由空間中，距發(fā)射機(jī)公式給出了在自由空間中，距發(fā)射機(jī)d 處接收處接收天線(xiàn)的接收功率。天線(xiàn)的接收功率。第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【11】Ptdn發(fā)射天線(xiàn)為全向均勻輻射，發(fā)射功率為發(fā)射天線(xiàn)

12、為全向均勻輻射，發(fā)射功率為Pt ，則以發(fā)射源為中心，則以發(fā)射源為中心，d為半徑的球面為半徑的球面上單位面積功率為：上單位面積功率為：S Pt / 4 d2n 發(fā)射天線(xiàn)增益：發(fā)射天線(xiàn)增益：Gtn發(fā)射天線(xiàn)在距離發(fā)射天線(xiàn)在距離d處的輻射功率密度為處的輻射功率密度為Friis公式（公式（1）：定義）：定義2tt4 dGPPd信號(hào)強(qiáng)度隨著信號(hào)強(qiáng)度隨著距離的平方成反比衰減距離的平方成反比衰減。（2-2-1）第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【12】n 接收天線(xiàn)接收天線(xiàn)有效面積：有效面積：Ae = Gr 2 / 4 其中：其中：Gr為接收天線(xiàn)增益，為接收天線(xiàn)增益， 為信號(hào)波長(zhǎng)。為信號(hào)波長(zhǎng)。自由空間中距發(fā)射機(jī)自由空間中距發(fā)

13、射機(jī)d處天線(xiàn)的接收功率為：處天線(xiàn)的接收功率為：2244ttrettrPGPAPGGdd其中：其中：Pt為發(fā)射功率；為發(fā)射功率；Gt是發(fā)射天線(xiàn)增益是發(fā)射天線(xiàn)增益 Pr為接收功率；為接收功率；Gr是接收天線(xiàn)增益是接收天線(xiàn)增益 d是是T-R間距離，單位為間距離，單位為m； 為波長(zhǎng)，單位為為波長(zhǎng)，單位為m；（2-2-2）第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【13】工程上常用的工程上常用的dB為單位，正值表示衰減，則式為單位，正值表示衰減，則式(2-2-3)可寫(xiě)成可寫(xiě)成式（式（2-2-4）說(shuō)明，對(duì)于自由空間的電磁波傳播，距離增加一）說(shuō)明，對(duì)于自由空間的電磁波傳播，距離增加一倍時(shí)，傳播衰減增加倍時(shí)，傳播衰減增加6 dB(

14、20lg2dB)；傳播距離增加到；傳播距離增加到10倍時(shí)，倍時(shí)，衰減增加衰減增加20 dB。（2-2-4）4lg20lg10lg20)4(lg10lg10)dB(PLet22rtrtAGddGGPP2（2-2-3）222rttr)4(dGGPP自由空間的傳播衰減為自由空間的傳播衰減為接收功率衰減與接收功率衰減與距離的關(guān)系為距離的關(guān)系為20dB/20dB/十倍程十倍程第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【14】Friis公式（公式（2）：適用范圍）：適用范圍Friis自由空間傳播模型僅適用于天線(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。【定義】遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)為接收天線(xiàn)與發(fā)射天線(xiàn)的距離【定義】遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)為接收天線(xiàn)與發(fā)射天線(xiàn)的距離df 滿(mǎn)滿(mǎn)足下列條件的區(qū)域：足

15、下列條件的區(qū)域： df D 和和 df 遠(yuǎn)場(chǎng)距離遠(yuǎn)場(chǎng)距離df 計(jì)算公式：計(jì)算公式：22Ddf（D為天線(xiàn)的最大物理線(xiàn)性尺寸）為天線(xiàn)的最大物理線(xiàn)性尺寸）第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【15】參考距離 T-R以距離以距離d0作為接收功率的參考點(diǎn)。得到距離為作為接收功率的參考點(diǎn)。得到距離為d處處的接收功率的接收功率Pr與與距離為距離為d0的接收功率的接收功率Pr(d0)的關(guān)系：的關(guān)系：fddd0222tt00rr0220(4)rPG GddP(d )P(d )ddd d0必須滿(mǎn)足遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)條件。必須滿(mǎn)足遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)條件。 Pr(d0)可以用式（可以用式（2-2-2）預(yù)測(cè)得到）預(yù)測(cè)得到（2-2-5）第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【1

16、6】以以dBm為單位表示時(shí)，式（為單位表示時(shí)，式（2-2-5）變?yōu)椋┳優(yōu)槭街?，式中，Pr（d0）的單位為）的單位為mW。（2-2-6）dddPdP00rrlg20)(lg10)dBm)(在實(shí)際常用的移動(dòng)通信系統(tǒng)中（頻率在在實(shí)際常用的移動(dòng)通信系統(tǒng)中（頻率在12 GHz附附近），室內(nèi)環(huán)境參考距離典型值取近），室內(nèi)環(huán)境參考距離典型值取1 m，室外環(huán)境取，室外環(huán)境取100 m或或1 km。這樣選取參考距離后，式（。這樣選取參考距離后，式（2-2-5）和式（）和式（2-2-6）中的分子就是中的分子就是10的倍數(shù)，這使得以的倍數(shù)，這使得以dB為單位的傳播損耗計(jì)為單位的傳播損耗計(jì)算很容易。算很容易。第2章

17、無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【17】明確幾個(gè)常用單位：?jiǎn)挝粏挝籨B： 10log dBW表示大于或小于表示大于或小于1瓦的分貝瓦的分貝數(shù)：數(shù)：10log1WdBmW（dBm）表示大于或小于）表示大于或小于1毫瓦的分貝毫瓦的分貝數(shù)：數(shù)：10log1mW0dBm = 10lg(1mW)0dBW =10lg(1W)(是個(gè)相對(duì)值，表示兩個(gè)量的相對(duì)大小關(guān)系是個(gè)相對(duì)值，表示兩個(gè)量的相對(duì)大小關(guān)系)(表示功率絕對(duì)值的單位表示功率絕對(duì)值的單位)0dBW =10lg(1W)= 10lg(1000mW)=30dBm30dBm-0dBm=30dB第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【18】例子1 假設(shè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為單位增益天線(xiàn)，發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率假

18、設(shè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為單位增益天線(xiàn)，發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率 為為50W。 A) 將其換算成將其換算成dBm；B) 將其換算成將其換算成dBW；C) 如果如果d0=100m的接收功率為的接收功率為0.0035mW，請(qǐng)問(wèn)，請(qǐng)問(wèn) 10km處處的接收功率是多少？的接收功率是多少？第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【19】解A) Pt (W) =50W. Pt (dBm) = 10lgPt (mW)/1mW)Pt (dBm) = 10lg(50*1000)Pt (dBm) = 47 dBmB)Pt (dBW) = 10lgPt (W)/1W)Pt (dBW) = 10lg(50)Pt (dBW) = 17 dBW第2章 無(wú)線(xiàn)通

19、信基礎(chǔ)【20】C)Pr(d) = Pr(d0)(d0/d)2將已知量代入公式可得：將已知量代入公式可得： Pr(10km) = Pr(100m) *(100m/10km)2Pr(10km) = 0.0035mW *(10-4)Pr(10km) = 3.5x10-10WPr(10km) dBm = 10lg(3.5x10-10W/1mW) = 10lg(3.5x10-7) = -64.5dBm第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【21】 例題例題2：發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均為單位增益天線(xiàn)，發(fā)射機(jī)的功：發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均為單位增益天線(xiàn)，發(fā)射機(jī)的功率為率為50W，載頻為，載頻為900MHz。 求自由空間中距離天線(xiàn)求自由空間中

20、距離天線(xiàn)100m和和10Km處的接收功率為多少處的接收功率為多少dBm？第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【22】22(100)222633(100m)(dBm)(100)mWmW0.3350(4 )(43.14100)3.5 10 W3.5 10 mW. 10lg10lg(3.5 10/1)24.5 dBmtrrmtrrmGGPPWdPP 例題例題2：發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均為單位增益天線(xiàn)，發(fā)射機(jī)的功：發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均為單位增益天線(xiàn)，發(fā)射機(jī)的功率為率為50W，載頻為，載頻為900MHz。 求自由空間中距離天線(xiàn)求自由空間中距離天線(xiàn)100m和和10Km處的接收功率為多少處的接收功率為多少dBm？解：883 100 3

21、3 m9 10c.f 20(10km)(100m)(100m)(dBm)100()20lg64.5 dBm.10000rrrdPPPd 100m處的處的接收功率為接收功率為10km處的處的接收功率為接收功率為第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【23】例例2-2 一個(gè)發(fā)射機(jī)通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射出去的功率為1 W，載波頻率為2.4 GHz，如果收發(fā)天線(xiàn)的增益均為1.6，收發(fā)天線(xiàn)之間的距離為1.6 km。請(qǐng)問(wèn)：（1） 接收天線(xiàn)的接收功率是多少（dBm）？（2） 路徑損耗為多少？（3） 傳播時(shí)延為多少？解解：已知Pt=1 W， Gt=Gr=1.6， f=2.4 GHz， d=1.6 km。（1） 以dBm表示發(fā)射功率為t1

22、 W1 W10101030 dBm1mW0 001lg( P )lglg. 第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【24】取參考距離為取參考距離為100 m，利用式（2-2-4）求得參考點(diǎn)的功率為22trr(100m)t22221 6 1 60 125P1010301044100 3075 9645 96 dBmG G.lg( P )lglg() d(). 根據(jù)式（2-2-6），接收天線(xiàn)在1.6 km處的接收功率為0r(1.6km)45 962045 9624 170 06 dBmdP.lg.d 電磁波波長(zhǎng)為m 125. 0104 . 210398fc第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【25】（2） 以dBm為單位時(shí)，根據(jù)式

23、（2-2-4），路徑損耗為 （3） 傳播時(shí)延為dB 06.100)06.70(30 )lg(10)lg(10lg10PL(dB)rtrtPPPPs 33. 5m/s 103m 160082trr(1.6km)t222226P101041 6 1 60 125301070 06 dBm41 610G Glg( P )lg() d.lg.(). 也可直也可直接計(jì)算接計(jì)算第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【26】2.2.3 輻射電場(chǎng)與功率的關(guān)系輻射電場(chǎng)與功率的關(guān)系1、輻射電場(chǎng)與接收功率的關(guān)系、輻射電場(chǎng)與接收功率的關(guān)系遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)的電場(chǎng)與磁場(chǎng)方向相互垂直，電場(chǎng)幅度與遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)的電場(chǎng)與磁場(chǎng)方向相互垂直，電場(chǎng)幅度與磁場(chǎng)幅

24、度之比稱(chēng)為磁場(chǎng)幅度之比稱(chēng)為電磁波的波阻抗電磁波的波阻抗。用。用表示表示:00120 377 EEHH 為自由空間固有阻抗為自由空間固有阻抗 120 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 介電常數(shù)介電常數(shù) 第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【27】則自由空間中的能流密度為則自由空間中的能流密度為(即天線(xiàn)在該點(diǎn)處的輻射功率密即天線(xiàn)在該點(diǎn)處的輻射功率密度度)則距離發(fā)射天線(xiàn)則距離發(fā)射天線(xiàn)d處的接收天線(xiàn)的接收功率為處的接收天線(xiàn)的接收功率為 式（式（2-2-8）就把接收點(diǎn)的輻射電強(qiáng)與接收功率聯(lián)系起來(lái)了。就把接收點(diǎn)的輻射電強(qiáng)與接收功率聯(lián)系起來(lái)了。能流密度能流密度指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)與傳播方向垂直的單位面積的能量。指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)與傳播方向垂直的單位

25、面積的能量。 （2-2-7）2ttd24PGEPEHd (W/m2)（2-2-8）22r2e2edr480120)(GEAEAPdP(W)E其中， 表示遠(yuǎn)場(chǎng)電場(chǎng)輻射部分的幅度第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【28】2、接收機(jī)輸入電壓與接收功率之間的關(guān)系、接收機(jī)輸入電壓與接收功率之間的關(guān)系 Vant天線(xiàn)的感應(yīng)電勢(shì)天線(xiàn)的感應(yīng)電勢(shì)Rant接收天線(xiàn)的等效內(nèi)阻接收天線(xiàn)的等效內(nèi)阻Rin接收機(jī)的輸入電阻接收機(jī)的輸入電阻Vin接收機(jī)的輸入電壓接收機(jī)的輸入電壓顯然，顯然， Vin Vant圖2-12 接收機(jī)的等效電路（2-2-9）222antantinrinantant24(V/)VVP(d )RRR 當(dāng)接收機(jī)與天線(xiàn)匹配連

26、接時(shí)，當(dāng)接收機(jī)與天線(xiàn)匹配連接時(shí)， Rin=Rant，接收機(jī)功率最大，接收機(jī)功率最大 式（式（2-2-9）給出了接收機(jī)輸入電壓與天線(xiàn)接收功率之間的關(guān)系）給出了接收機(jī)輸入電壓與天線(xiàn)接收功率之間的關(guān)系注意：無(wú)負(fù)載時(shí)，注意：無(wú)負(fù)載時(shí)， Vin =Vant第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【29】例例2-3 假設(shè)發(fā)射機(jī)在自由空間以50 W功率發(fā)射，載頻為900 MHz，Gt=1, Gr=2，接收天線(xiàn)阻抗為50 的純電阻。假設(shè)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)處于最佳接收狀態(tài)，并且接收機(jī)與接收天線(xiàn)理想匹配。試求：（1） 10km處接收機(jī)收到的功率；（2） 接收天線(xiàn)的感應(yīng)電場(chǎng)幅度；（3） 接收機(jī)的輸入電壓。第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【30】解解：已

27、知Pt=50 W, fc=900 MHz, Gt=1, Gr=2，接收天線(xiàn)的50 純實(shí)數(shù)阻抗與接收機(jī)匹配。（1） 先計(jì)算電磁波的波長(zhǎng)：所以10 km處的接收功率為m 3110910388fc2210ttrr222250 1 2 (1/3)( )7.036 10 W(4)(4)10000PGGP dd 用dBW或dBm為單位表示則有：Pr(d)=10 lg(7.0361010)91.5 dBW=61.5 dBm第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【31】(2) 用式（2-2-8）計(jì)算接收電場(chǎng)幅度: (3) 用式（2-2-9）計(jì)算接收機(jī)輸入電壓為:mV 0039. 0)3/1 (248010036. 7480)(

28、22102r2rGdPEantrantin10/ 2/ 2/ 2( )47.036 104 500.1875 mVVVP dR（2-2-8）222rre2120480E GEP ( d )A (W)（2-2-9）22antinrinant4VVP ( d )RR 第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【32】作業(yè)：作業(yè)： 有一室內(nèi)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，載波頻率有一室內(nèi)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，載波頻率900MHz，小區(qū)，小區(qū)半徑半徑10m，使用單位增益天線(xiàn)。在自由空間路徑，使用單位增益天線(xiàn)。在自由空間路徑損耗模型下，若要求小區(qū)內(nèi)所有終端的最小接損耗模型下，若要求小區(qū)內(nèi)所有終端的最小接收功率為收功率為10W，則發(fā)射功率應(yīng)該是多大？若工，

29、則發(fā)射功率應(yīng)該是多大？若工作頻率換為作頻率換為5GHz，相應(yīng)的所需發(fā)射功率又為多，相應(yīng)的所需發(fā)射功率又為多少？少？ P73-74 2-7、2-8第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【33】2.2.4 電磁波基本傳播機(jī)制電磁波基本傳播機(jī)制 自由空間傳播是電磁波傳播的最簡(jiǎn)單情況。自由空間傳播是電磁波傳播的最簡(jiǎn)單情況。 實(shí)際情況下，電磁波傳播路徑上一般存在不同的障實(shí)際情況下，電磁波傳播路徑上一般存在不同的障礙物，發(fā)生礙物，發(fā)生反射、透射、繞射（也叫衍射）和散射反射、透射、繞射（也叫衍射）和散射等。等。第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【34】1. 電磁波的反射和透射電磁波的反射和透射反射的條件：反射的條件：當(dāng)電波傳播中遇到兩種不

30、同介質(zhì)的光滑界當(dāng)電波傳播中遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時(shí)，如果界面的面時(shí)，如果界面的尺寸遠(yuǎn)大于電波的波長(zhǎng)尺寸遠(yuǎn)大于電波的波長(zhǎng)時(shí)，產(chǎn)生反射。時(shí)，產(chǎn)生反射。 假設(shè)平面波入射到假設(shè)平面波入射到兩種電介質(zhì)的兩種電介質(zhì)的交界面，會(huì)發(fā)生反射和透射：交界面，會(huì)發(fā)生反射和透射： a)若第二介質(zhì)為理想導(dǎo)體，則僅有反射，無(wú)透射，無(wú)損耗；若第二介質(zhì)為理想導(dǎo)體，則僅有反射，無(wú)透射，無(wú)損耗；b)若是非理想電介質(zhì)，則有能量損耗。若是非理想電介質(zhì)，則有能量損耗。 反射波與傳輸波的電場(chǎng)強(qiáng)度反射波與傳輸波的電場(chǎng)強(qiáng)度取決于取決于反射系數(shù)反射系數(shù)R和和透射系數(shù)透射系數(shù)；反射系數(shù)與介質(zhì)的屬性有關(guān)，并且與電波的極化方式、；反射系數(shù)與介質(zhì)

31、的屬性有關(guān)，并且與電波的極化方式、入射角、頻率有關(guān)。入射角、頻率有關(guān)。第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【35】2. 地面反射和傳播環(huán)境對(duì)功率衰減的影響（地面反射和傳播環(huán)境對(duì)功率衰減的影響（地面反射雙線(xiàn)模型地面反射雙線(xiàn)模型） 在移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道中，在移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道中，MS和和BS之間很少存在單一之間很少存在單一LOS傳播，傳播，所以只考慮了所以只考慮了直射波的自由空間模型直射波的自由空間模型在很多情況下不能正在很多情況下不能正確地預(yù)測(cè)大尺度衰減情況。確地預(yù)測(cè)大尺度衰減情況。 在存在直射波的情況下，無(wú)線(xiàn)通信的在存在直射波的情況下，無(wú)線(xiàn)通信的雙線(xiàn)模型雙線(xiàn)模型能夠準(zhǔn)確能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)地預(yù)測(cè)幾千米通信范圍幾千米通信范圍的大

32、尺度信號(hào)衰落。的大尺度信號(hào)衰落。適用于適用于農(nóng)村和農(nóng)村和城郊等比較平坦、開(kāi)闊的傳播環(huán)境，并且對(duì)城區(qū)微蜂窩環(huán)城郊等比較平坦、開(kāi)闊的傳播環(huán)境，并且對(duì)城區(qū)微蜂窩環(huán)境下的境下的LOS鏈路也比較準(zhǔn)確。鏈路也比較準(zhǔn)確。 該模型以幾何光學(xué)為基礎(chǔ)，考慮了直射、反射路徑。并該模型以幾何光學(xué)為基礎(chǔ)，考慮了直射、反射路徑。并且認(rèn)為地面發(fā)生且認(rèn)為地面發(fā)生全反射全反射，反射前后信號(hào)相位相差，反射前后信號(hào)相位相差180，反，反射系數(shù)射系數(shù)R=-1。第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【36】假設(shè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均處于地平線(xiàn)上，其中間是平坦的地面。假設(shè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均處于地平線(xiàn)上，其中間是平坦的地面。電磁波的傳播路徑有兩條：電磁波的傳播路徑

33、有兩條：1、與自由空間傳播相同的、與自由空間傳播相同的LOS（視線(xiàn)路徑），（視線(xiàn)路徑），2、經(jīng)地面反射后到達(dá)接收機(jī)的路徑。、經(jīng)地面反射后到達(dá)接收機(jī)的路徑。 這兩條路徑的傳播距離是不相同的，使得同時(shí)到達(dá)接收機(jī)這兩條路徑的傳播距離是不相同的，使得同時(shí)到達(dá)接收機(jī)的兩路信號(hào)之間存在的兩路信號(hào)之間存在相位差相位差，從而對(duì)傳播衰減產(chǎn)生影響。，從而對(duì)傳播衰減產(chǎn)生影響。圖2-14 無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境下的雙線(xiàn)模型第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【37】221()trddhh直線(xiàn)傳播距離：直線(xiàn)傳播距離：222()trddhh反射路徑傳播距離：反射路徑傳播距離：u 雙線(xiàn)模型雙線(xiàn)模型第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【38】22222122()()

34、1()1()trtrtrtrdddhhdhhdhhhhdddtrhhd通常：10trdhh221 11(1)2aaa 有：則則d1與與d2的路徑差的路徑差d為為22trtrtr111()1()222hhhhdddddh hd（2-2-16）第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【39】并參考式（并參考式（2-2-5）中引入?yún)⒖键c(diǎn)距離）中引入?yún)⒖键c(diǎn)距離d0的思想，可以導(dǎo)出的思想，可以導(dǎo)出經(jīng)經(jīng)直射路徑直射路徑到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度為到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度為 式中，式中，k=2/，為自由空間波數(shù)；，為自由空間波數(shù)； E0為距發(fā)射機(jī)參考距離為距發(fā)射機(jī)參考距離d0處的電場(chǎng)強(qiáng)度。處的電場(chǎng)強(qiáng)度。1j1001ekdddEE

35、（2-1-1）00j(/ )j(/ )0 020jsinej e4t d ct d ci lEEc d 遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)輻射電場(chǎng)表達(dá)式遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)輻射電場(chǎng)表達(dá)式第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【40】則經(jīng)則經(jīng)反射路徑反射路徑到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度可以表示為到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度可以表示為 由于反射系數(shù)由于反射系數(shù)R=1，因此接收信號(hào)總的場(chǎng)強(qiáng)為，因此接收信號(hào)總的場(chǎng)強(qiáng)為2j2002ekdddEE（2-2-14）21j200j10021eekdkdddEddEREEE在全反射的情況下，由于在全反射的情況下，由于d1和和d2相差不大，和的差別相差不大，和的差別對(duì)信號(hào)幅度的影響就可以忽略，可以認(rèn)為對(duì)信號(hào)幅度的影響就可以忽略，可

36、以認(rèn)為 但是，對(duì)于處在相位項(xiàng)上的但是，對(duì)于處在相位項(xiàng)上的d1和和d2可能產(chǎn)生對(duì)信號(hào)幅度有很可能產(chǎn)生對(duì)信號(hào)幅度有很大影響的相位差大影響的相位差 ，故其距離差不能忽略。，故其距離差不能忽略。11d21dddd11121第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【41】將將d2=d1+d代入式（代入式（2-2-14）得到：）得到： 式中，式中， =kd為兩個(gè)到達(dá)信號(hào)之間的相位差。為兩個(gè)到達(dá)信號(hào)之間的相位差。（2-2-15）1111jj ()jj000000jj00ee(1e)e(1e)ekdk ddkdk dkdE dE dE dEdddE dd42trh hdk dd相位差：由路徑差由路徑差d的表達(dá)式可以的表達(dá)式可以得到得到第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【42】根據(jù)式（根據(jù)式（2-2-15）可以得到接收信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度的包絡(luò)為）可以得到接收信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度的包絡(luò)為（2-2-17）j001eE dEd考慮到相位差，接收信號(hào)功率為考慮到相位差，接收信號(hào)功率為：22( )1e4jrttrP dPG Gd2222221 e1 cosjsin1 cossin2 2cos4sin4sin2jd 22( )4sin4rttrdP dPGGd其中：第2章 無(wú)線(xiàn)通信基礎(chǔ)【43】2222