2移动通信的关键技术-电波传播分、集均衡与天线

第2章 蜂窝移动通信的关键技术

一. 移动通信的特点根据移动通信的定义及其无线电波传播特性可知， 陆地 移动通信有以下特点: 1) 电波传播条件恶劣 由于移动体来往于地面的建筑群和各种障碍物之中, 根 , 据电波传播的特性会发生直射、折射、绕射等各种情况，从 而使电波传播的路径不同。使接收端收到的信号是这些信号 的合成波。

第2章 蜂窝移动通信的关键技术 移动体(汽车)在不同位置, 不同的方向接收到的合成波信号 强度会有起伏, 而且相差很大, 可达30 dB以上。图2所示的这种 现象称为衰落, 它严重地影响着通话质量。 电波传播引起信号变坏的例子很多, 如接收差转电视时，在 接收天线的不同位置, 图像质量会发生很大差别, 有的位置图像 清晰, 有的位置雪花点严重, 有的位置图像模糊不清, 有的位置出 , , , 现许多重影等等。 这就是由于电波通过传播，到室内天线时, 已经过了电波直 射、 折射， 到家庭中时, 又经过房屋四壁反射, 这些不同强度相 位波的叠加就形成了上面的多种现象。这种现象我们称之为多 径衰落。多径衰落直接影响了电视图像质量, 如图3所示。

第2章 蜂窝移动通信的关键技术

第2章 蜂窝移动通信的关键技术

第2章 蜂窝移动通信的关键技术 在移动通信中, 接收信号的强弱值称为场强。为了表征电 波传播的特性, 特用统计分析的方法, 采用统计的数字特征来 描述。 (1) 场强中值。 具有50%的概率场强值称为场强中值, 这是一个统计平均 值, 如图7.4所示。在图中, 场强变化曲线高于规定电平值的持 续时间, 占统计时间一半时, 则所规定的那个电平值即为场强 中值。图中的T为统计时间, 规定电平值为E0。在周期T内, 高 于E0的值的时间段有t1, t2, t3。如果统计时间T足够长, 则在T时 间内超过E0的概率为

第2章 蜂窝移动通信的关键技术

第2章 蜂窝移动通信的关键技术 P(%)=

t1 + t2 + t3 × 100% TP (%) = ∑i =1 n

用一般式表示为

ti × 100% T

在上式统计时间T内, 当超过E0值的百分比为50%时, 即 称E0 为场强中值。 依次类推, 当概率超过50%时, 称80%或90%概率场强值。 在实际的应用中, 场强中值恰好等于接收机的最低门限值, 即 通信的可通率为50%, 这就是说只有50%能维持正常通信。 因此,在实际应用中要使场强中值远大于接收机门限, 才能在 绝大多数时间保证通信正常进行。

第2章 蜂窝移动通信的关键技术 (2) 衰落深度。 衰落深度定义为接收的电平值与场强中值电平之差, 即以 场强中值电平为参考电平, 表明信号起伏偏离其中值电平的 幅度。这是电波衰落程度的一种量度(即数字特征), 用电平表 示为

Ei 衰落深度/dB=20lg E 0

式中, Ei为接收电平值; E0为场强中值。 (3) 衰落速率。 衰落速率描述接收信号场强变化快慢, 即衰落的频繁程 度。衰落速率与工作频率、移动体行进速度及行进方向有关。 工作频率越高衰落越快；速度越快衰落越快, 其平均衰落率 表示为

第2章 蜂窝移动通信的关键技术 N= λ

V=1.85×103·v·f (Hz) (7.1.4)

2 式中, N为衰落率;

v为移动体速度单位为km/h; λ为波长, 应与v同单位(km); F为频率, 一般以MHz为单位。 F , MHz (4) 衰落持续时间。 衰落时间是指场强低于某一给定电平值的持续时间。 在 移动通信中, 常会出现移动台收不到电台信号或者中断了信号 的情况。这种情况是由于接收到的信号电平值低于接收机门限 电平所致。

第2章 蜂窝移动通信的关键技术 2) 在强干扰条件下工作 移动通信, 特别是陆地移动通信的电波在地面受到许多干 扰和噪声。噪声主要是人为噪声, 如汽车点火、电火花、发动 机噪声等。 主要的干扰是内部的干扰, 有互调干扰、同频干扰、多路 干扰、邻道干扰等。另外，还有雷达以及其他种类的移动信 号干扰等。 3) 具有多卜勒频移效应 当移动体运动达到一定的速度, 设备接收的载波频率将会 随运动速度变化而产生频移, 这种现象称为多卜勒频移。用公 式表示为

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fd =

v

λ

cos

θ为电波到达时的入射角。 4) 移动用户经常移动 由于移动体经常移动, 它与固定点无固定联系, 加之开、 关的随意性以及电池更换等原因, 带来了呼叫、接续等的复杂 情况。所以在移动通信网的信号设计时要考虑的因素很多, 因 此技术复杂, 也因此带来了设备价格昂贵影响普及程度等缺点。

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二、移动通信中的电波传播一 电波传播

电电载

已二 发发

发发 设设

发发 发发

接接 发发

接接 设设

已二 接接

图 1移动通信系统中的电波传播

第2章 蜂窝移动通信的关键技术 1. 电波传播方式

垂发载θ θ

地发载

绕发载 散发载

图 2 移动通信电波传播方式示意图

第2章 蜂窝移动通信的关键技术 1) 直射波 电波传播过程中没有遇到任何的障碍物, 直接到达接收端的 电波, 称为直射波。直射波更多出现于理想的电波传播环境中。 2) 反射波 电波在传播过程中遇到比自身的波长大得多的物体时, 会 在物体表面发生反射, 形成反射波。 反射常发生于地表、 建筑 物的墙壁表面等。

第2章 蜂窝移动通信的关键技术 3) 绕射波 电波在传播过程中被尖利的边缘阻挡时, 会由阻挡表面产生 二次波, 二次波能够散布于空间, 甚至到达阻挡体的背面, 那些 到达阻挡体背面的电波就称为绕射波。 由于地球表面的弯

曲性 和地表物体的密集性, 使得绕射波在电波传播过程中起到了重 要作用。 4) 散射波 电波在传播过程中遇到障碍物表面粗糙或者体积小但数目 多时, 会在其表面发生散射, 形成散射波。 散射波可能散布于许 多方向, 因而电波的能量也被分散于多个方向。

第2章 蜂窝移动通信的关键技术 2. 电波传播现象

阴阴基地 多水衰多 纵水附衰 移移电移

发发移

穿穿附衰

图 3移动通信电波传播路径损耗和多径衰落