移動(dòng)通信技術(shù)及應(yīng)用第2章移動(dòng)通信概論

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1、第二章移動(dòng)通信的基本概念無(wú)線電波的傳播特性移動(dòng)信道的特征*陸地移動(dòng)信道的場(chǎng)強(qiáng)估算與損耗蜂窩系統(tǒng)工作原理移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)線環(huán)境下的噪聲與干擾學(xué)習(xí)目標(biāo)理解并掌握直射波、反射波、地面波、自由空間、自由空間傳播、地球等效半徑、視距傳播、繞射損耗、多徑效應(yīng)、多普勒頻移、快衰落、慢衰落等概念。初步了解地形、地物的分類，以及任意地形地區(qū)的傳播損耗中值的估算。掌握蜂窩、小區(qū)、區(qū)群、中心激勵(lì)、頂點(diǎn)激勵(lì)、移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成、多址技術(shù)等概念，能夠使用自己的語(yǔ)言陳述常用的各功能設(shè)備的作用與接口。理解常見的各類噪聲與干擾，如同頻干擾、鄰頻干

2、擾、互調(diào)干擾、時(shí)隙干擾和碼間干擾等，了解某些抑制噪聲和干擾的技術(shù)。了解全國(guó)蜂窩系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，了解移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域、號(hào)碼、地址與識(shí)別。學(xué)習(xí)指導(dǎo)本章主要內(nèi)容涉及移動(dòng)通信中的一些基礎(chǔ)概念，主要包括無(wú)線電波的傳播特性、移動(dòng)信道的特征、陸地移動(dòng)信道的場(chǎng)強(qiáng)估算與損耗、蜂窩系統(tǒng)的工作原理、移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及噪聲與抗干擾技術(shù)。其中無(wú)線電波的傳播特性、移動(dòng)信道的特征兩部分是本章的重點(diǎn)與難點(diǎn)，涉及的基本概念很多，而且這兩部分是后面陸地移動(dòng)信道的場(chǎng)強(qiáng)估算與損耗的基礎(chǔ)。在本章中，蜂窩系統(tǒng)的工作原理和移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也是本章的

3、重點(diǎn)，它為你提供了一個(gè)系統(tǒng)的、全局的視角來(lái)理解移動(dòng)通信的概貌。噪聲和干擾是影響通信性能的一個(gè)重要因素，了解噪聲與干擾對(duì)解決移動(dòng)通信中的很多實(shí)際問題具有很大的幫助。對(duì)本章中諸多基本概念的理解與掌握有助于后續(xù)移動(dòng)通信系統(tǒng)各章節(jié)的學(xué)習(xí)，為理解移動(dòng)通信中的一系列問題可提供相關(guān)的理論基礎(chǔ)。知識(shí)地圖無(wú)線電波的傳播特性1電波的傳播方式直射波大氣中的電波傳播障礙物的影響與繞射損耗反射波1、電波的傳播方式從發(fā)信機(jī)發(fā)出的電波在到達(dá)收信機(jī)時(shí)，可能會(huì)沿不同的路徑進(jìn)行傳播，如圖2-1示。沿著地表面?zhèn)鞑サ碾姴ǎㄈ缏窂?）稱為地面波；從發(fā)射天線直接到達(dá)接收

4、天線的電波（如路徑2）稱為直射波；經(jīng)過(guò)大地反射到達(dá)收信機(jī)的電波（如路徑3）稱為反射波。一般而言，收信機(jī)A接收到的電波是由直射波和大地反射波合成的，但是有時(shí)也混有一些地面波，所有這些波統(tǒng)稱空間波。經(jīng)過(guò)電離層反射而傳播的電波（如路徑4）稱為電離層波，它主要用于短波通信。無(wú)線電波的傳播特性1圖2-1典型的電波傳播通路無(wú)線電波的傳播特性1地面波直射波反射波電離層波由于地面波隨頻率的提高衰減很快，所以在使用VHF和UHF頻段的移動(dòng)通信中，地面波可以忽略不計(jì)。另外，當(dāng)陸上天線的高度小于一個(gè)波長(zhǎng)，海上天線的高度小于5~10個(gè)波長(zhǎng)的情況下，地

5、面波的場(chǎng)強(qiáng)才能超過(guò)直射波的場(chǎng)強(qiáng)，這時(shí)才考慮地面波。即只要天線高度超過(guò)這個(gè)界限，直射波和反射波合成場(chǎng)強(qiáng)便起主要作用，并大于地面波；當(dāng)天線高度低于這個(gè)界限時(shí)，電波傳播主要由地面波決定。在VHF頻帶的定點(diǎn)通信中，天線高度都處在幾個(gè)波長(zhǎng)以上，因此可以不考慮地面波的影響。對(duì)于VHF頻帶的移動(dòng)通信中，也是將電波傳播考慮為直射波和反射波相干合成。無(wú)線電波的傳播特性12、直射波電磁波在真空中的傳播稱為自由空間傳播。由于自由空間具有各向同性、電導(dǎo)率為零等特性，因此電波在自由空間里傳播時(shí)，不存在反射、折射、繞射、散射以及吸收等現(xiàn)象，只存在因電磁場(chǎng)

6、能量擴(kuò)散而引起的傳播損耗。無(wú)線電波的傳播特性1直射波可近似按自由空間傳播來(lái)考慮。實(shí)際上，只要地面上的大氣層是各向同性的均勻媒質(zhì)，其相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)導(dǎo)磁率都等于1，傳播路徑上沒有障礙物阻擋，到達(dá)接收天線的地面反射信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)也可以忽略不計(jì)，在這樣的情況下，電波傳播就可以視作在自由空間中傳播。也就是說(shuō)，把大氣看成為近似真空的均勻介質(zhì)，在大氣中的傳播就等效于自由空間傳播，它只與頻率f和距離d有關(guān)。當(dāng)電波經(jīng)過(guò)一段距離傳播之后，輻射能量會(huì)擴(kuò)散而引起衰耗（也稱衰減或損耗）。自由空間的傳播衰耗lts定義為：無(wú)線電波的傳播特性1(式2-1)式中

7、，λ是電磁波的波長(zhǎng)，d是收發(fā)天線間距離。直射波的傳播途徑如圖2-1中路徑2所示。直射波傳播距離一般限于視距范圍。在傳播過(guò)程中，它的強(qiáng)度衰減較慢，超短波和微波通信就是利用直射波傳播的。無(wú)線電波的傳播特性13、大氣中的電波傳播（1）自由空間傳播的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算電波在自由空間中的傳播模型可用圖2-2來(lái)模擬。在O點(diǎn)有一個(gè)各向同性的輻射器，假設(shè)其輻射功率為Pt，從電磁場(chǎng)理論知道，在距離波源為d處的功率密度如下：圖2-2各向同性輻射器在自由空間的輻射無(wú)線電波的傳播特性1同時(shí)，功率密度可寫成：式中，Em、Hm分別為電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的振幅值；Eo

8、、Ho分別為電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的有效值，故可得式中Pt和d的單位分別為W和m。通常場(chǎng)強(qiáng)以分貝（dB）表示，并取場(chǎng)強(qiáng)1μv/m為0參考點(diǎn)（dBμv/m，簡(jiǎn)稱dBμ），則式中，Pt為輻射功率（W），d為距離（km）。無(wú)線電波的傳播特性1以上的輻射器為各向同性輻射器，若輻射器有方向