移动通信无线基础知识 - 图文

及大量无线资源的占用，提高了通信质量、系统容量和效率。

（8） 智能天线在发射功率和接收抗干扰方面的优势，相当于在同样功率情况下，覆盖范围的

增加，降低了建网投资。

二 电波传播基础理论

.13. 陆地移动通信中无线电波传播的主要特点

陆地移动通信中无线电波传播有两个最显著的特点：

第一、随着移动体的行进，由于建筑物、树林、起伏的地形及其他人为的、自然的障碍物的连续变化，接收信号场强会产生两种衰落，即多径快衰落和阴影慢衰落。前者是快速的微观变化，故称之为快衰落；后者是缓慢的宏观变化，是由阻挡物引起的阴影效应所造成的慢衰落。这两种衰落叠加在一起就是陆地移动通信电波传播的主要特性。

第二、在城市环境中，衰落信号的平均强度与自由空间或光滑球面传播相比要小得多，并且接收信号的质量还要受到环境噪声的严重影响。通常，随距离增大而衰落的平均强度用电波传播的路径（中值）损耗表示。

.14. 路径（中值）损耗

通常移动通信电波传播的路径（中值）损耗与距离和频率有关，与收发天线的高度有关，也与地形地貌有关。各类场强预测模式都是人工模型，就是以某些特定的地形为基础，经过大量测试及计算机模拟分析以后提出的参考标准，随后再加以修正。

当工作频率确定以后，在特定的天线高度下，人工传播模型都有三个特征值：断点、斜率和附加修正因子。

LP=K+ n lgdd0+C

K ——当d = d0时的路径(中值)损耗，d0即为断点 n ——路径（中值）损耗随距离而变化的斜率（衰减因子） C ——对地形地貌的修正因子

.15. 快衰落遵循什么分布规律？基本特征和克服方法。

在移动通信传播环境中，到达移动台天线的信号不是单一路径，而是来自许多路径的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各条路径的反射波到达的时间不同，相位也不同。不同相位和幅度的多个信号在接收端叠加，有时同相增强，有时反相减弱。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了衰落。这种衰落是由多径传播所引起的，称为多径快衰落。它的变化速率与移动体行进速度及工作频率（波长）有关，其变化范围可达数十分贝。衰落的平均速率为2?/?（?为车速m/s；?为波长m）。

大量统计结果表明，绝大多数的多径衰落遵循瑞利（Raxleigh）分布。一般来说，模拟移动通信系统主要考虑接收信号幅度的变化；而数字移动通信系统还需考虑信号的时延和扩展。

在第二代和第三代数字移动通信系统中，都采用了以下三个措施减少多径快衰落的影响： （1） 采用合理的纠错编码（如卷积码、Turbo码等）、交织保护和重传协议，以增加信号的冗

余度，并进行时间分集；

（2） 利用快速功控和（接收和/或发信）分集缓解功率损失；

（3） 使用多个Rake接收指峰进行多径分集接收，更好地集中能量。

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.16. 慢衰落遵循什么分布规律？基本特征及对工程设计参数的影响？

在移动通信传播环境中，电波在传播路径上遇到起伏的山丘、建筑物、树林等障碍物阻挡，形成电波的阴影区，就会造成信号场强中值的缓慢变化，引起衰落。通常把这种现象称为阴影效应，由此引起的衰落又称为阴影慢衰落。另外，由于气象条件的变化，电波折射系数随时间的平缓变化，使得同一地点接收到的信号场强中值也随时间缓慢地变化。但因为在陆地移动通信中随着时间的慢变化远小于随地形的慢变化，因而通常在工程设计中忽略了随时间的慢变化，而仅考虑随地形的慢变化。

慢衰落的速率与频率无关，主要取决于阻挡物的尺寸和结构以及收发天线的高度和移动体的速度；而慢衰落的深度取决于信号频率和阻挡物的材质。

大量统计数据表明，阴影衰落服从对数—正态分布，正态分布有两个特征值，即均值（?）和偏差（?），按照对数—正态分布的特征可知，当覆盖区边缘的接收场强中值恰巧等于均值（?）时，系统接收场强没有余量，只能保证覆盖区边缘50%的地点满足通信要求。

在移动通信系统的无线工程设计中，必须提供接收场强的余量才能保证更多地点的可通率，这个余量与偏差（?）有关。按对数—正态分布规律 ? 1.28? 1.64? 2? 0 余量（dB） 覆盖区边缘可通率（%） 50 84 90 95 97.7 而?值根据不同地形特征由实测得到，也可根据国际电联的相关推荐数据进行比较选择而定。

.17. 移动通信中的多普勒频移

移动通信中的多普勒（Doppler）效应是由于接收端的移动用户高速运动引起传输频率的扩散而

引起的，其扩散程度与用户运动的速度成正比。

如图（ａ）所示，当移动体以速度V前进时，如果接收电波传播方向与其成夹角θ，则移动体所接收的信号强度可用下式表示：

S(t)??o?exp?j(wot??o??VtCos??

式中：??2?，λ为波长

?式中一个附加的频率成份即由于多普勒效应而引起的

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其频率为：fd?fmCos? 而fm?V为最大多普勒频移

?多普勒频移可以为正值，也可为负值，取决于入射角θ

图（b）所示为前进方向有阻挡物引起反射而出现驻波的情况。

当靠近移动体的阻挡物也是移动体时，接收信号强度及其多普勒频移将取决于阻挡物速度及反射角的具体情况。

.18. 什么是自由空间的传播模式？

所谓自由空间是指相对介电常数和相对磁导率均恒为1的均匀介质所存在的空间，这相当于一个真空的空间，在360°的球体具有各向同性，电导率为零等特性。自由空间传播与真空传播一样，只有扩散损耗的直线传播，而没有反射、折射、绕射、色散等等现象，其传播速度等于光速，因此，自由空间是一种科学的抽象，但它可以作为实际传播模式的参考。特别在室内视线可见的范围内，其传播模式非常接近于自由空间模型。

自由空间的路径中值损耗

Lbs=32.45+20lgf +20lgd

式中f：工作频率（MHz） d：收发天线间距（km）

需要指出, 对于自由空间以及下面以平面大地理论为基础的各类人工模式, 其适用条件是: d > 5(hb+hm).

.19. 2G系统的宏小区传播模式

国际电联推荐用奥村（Okumura-Hata）模式所提供的曲线及其归纳的经验公式作为第二代移动通信系统中城市宏小区传播模型。

LP= [69.55+26.16lgf-13.82lghb-α(hm)] + [44.9-6.55lghb] lgd（dB） 该模型使用范围：

f：150～1500MHz hb：30～200m

hm：1～10m d：1～20km hm以1.5m为基准 对于中小城市

α(hm) = [1.1lgf-0.7] hm-[1.56lgf-0.7] （dB） 对大城市

α(hm) =8.29[lg（1.54 hm）]-1.1 （dB） 当f?300MHz α(hm) =3.2[lg（11.75 hm）]-4.97 （dB） 当f >300MHz

22.20. 3G系统的宏小区传播模式

前述奥村模式工作频率的上限只有1500MHz。因此，欧洲科学和技术研究协会（Euro-Cost）组成了COST—231工作委员会，提出了奥村模式的扩展模型，即COST—231 Hata 模型。其路径损耗

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的计算公式为：

LP（dB）=[46.3+33.9lgf-13.82lghb-α(hm)] + [44.9-6.55lghb] lgd +CM 式中，CM为大城市中心校正因子。

在中小城市和郊区，CM=0，在市中心，CM=3 dB 该模型适用于下列参数范围： f：1500～2300MHz hb：30～200m

hm：1～10m d：1～20km

.21. 微小区传播模式

随着3G的问世，微小区覆盖更显重要，我们介绍两种传播模型 ——COST—231WI模型

该模型广泛用于建筑物高度近似一致的市、郊小区，该模型考虑了自由空间损耗、从建筑物顶到街面的损耗以及街道走向对电波传播衰耗的影响。

如图所示为该模型的传播示意图

——双线模型

双线模型的基本假设是：从发射天线到接收天线有两条路径，即视距可见直达波和地面反射波。其路径损耗为收发之间距离d的函数，并且可以用3条不同斜率的线段来表示。

双线模型中首先要确定一个突发点，即发射天线到该点的距离恰好是从发射到接收的第一菲涅尔半径椭球碰到地面的那一点的距离。

d= (4 ht hr)/? 对于f=1900MHz时

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