【LTE基礎(chǔ)知識(shí)】移動(dòng)通信中無線傳播特性分析

  無線信道的傳播特性對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能影響很大，無線傳播環(huán)境的特點(diǎn)有以下三點(diǎn)：

1.    傳播的開放性

         一切無線信道都是基于電磁波在空間傳播來實(shí)現(xiàn)信息傳播的。

2.    接收點(diǎn)地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性

         一般可將地理環(huán)境劃分為下列四類典型區(qū)域：

•       高樓林立的城市中心繁華區(qū)，也稱密集城區(qū)；

•       一般樓宇的城市區(qū)域，也稱一般城區(qū)；

•       以一般性建筑物為主的近郊小城鎮(zhèn)區(qū)，也稱郊區(qū)；

•       以山丘、湖泊、平原為主的農(nóng)村及遠(yuǎn)郊區(qū)。

3.    通信用戶的隨機(jī)移動(dòng)性

         通常用戶的隨機(jī)移動(dòng)性體現(xiàn)為：慢速步行時(shí)的通信；高速車載時(shí)的不間斷通信等。

         由于無線傳播的特性，使得終端用戶接收到的無線電波主要有：直射波、反射波、繞射波、透射波和散射波。

直射波

  直射波是指在視距覆蓋區(qū)內(nèi)無遮擋的傳播，直射波傳播的信號(hào)最強(qiáng)。

  在實(shí)際環(huán)境中很難找到理想的自由空間，即直射波的傳播，但在研究移動(dòng)通信環(huán)境電波傳播問題時(shí)往往作為各種傳播環(huán)境的參考標(biāo)準(zhǔn)。

  自由空間中距發(fā)射機(jī)d處輻射功率密度為：

  式中Pt為發(fā)射功率，Gt為發(fā)射天線增益。

  假設(shè)接收天線增益為Gr，則有效面積A為：

  因此，接收天線的接收功率為：

  通常研究路徑損耗，可以根據(jù)上式推導(dǎo)出自由空間的傳播損耗公式：

PathLoss = 32.44 + 20lgfMHz + 20lgdkm

  式中，f為頻率，d為距離（公里）。上式與距離d的對(duì)數(shù)成正比，當(dāng)d增加一倍，自由空間路徑損耗增加6分貝。同時(shí)，當(dāng)減小波長（提高頻率f），路徑損耗增大�？梢酝ㄟ^增大輻射和接收天線增益來補(bǔ)償這些損耗。

反射波

  反射是在電波遇到比波長大得多的物體時(shí)發(fā)生的，比如地面、建筑物墻體表面的反射等。反射波是指從不同建筑物或其它物體反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號(hào)，其信號(hào)強(qiáng)度較直射波次之。

  自由空間傳播中的有關(guān)公式只能用于非常嚴(yán)格的條件下，實(shí)際的移動(dòng)無線傳播總是受到阻擋或地面的反射。在此種情況下，主要考慮兩種情況，球形地面的反射（即收發(fā)天線之間距離足夠遠(yuǎn)，以致必須考慮到地面表面的曲率影響）和平坦地面的反射（即收發(fā)天線之間距離足夠小，以致可以忽略地球表面的曲率影響）。

繞射波

  繞射現(xiàn)象是指波繞過障礙物繼續(xù)傳播，也稱衍射，當(dāng)障礙物的線度接近光的波長，繞射現(xiàn)象尤其顯著。在無線傳播環(huán)境中，當(dāng)阻擋面產(chǎn)生的二次波出現(xiàn)在整個(gè)空間中，甚至當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間不存在視距路徑時(shí)，在阻擋物的陰影區(qū)內(nèi)會(huì)繞過阻擋物產(chǎn)生彎曲波，其強(qiáng)度與反射波相當(dāng)。

  惠更斯原理可定性地說明繞射現(xiàn)象。波在空間傳播，是振動(dòng)的傳播，波在空間各處都引起振動(dòng)，波場中任一點(diǎn)，即波前中任一點(diǎn)都可視為新的振動(dòng)中心，這些振動(dòng)中心發(fā)出的波，稱為次波，如下圖所示。次波又可以產(chǎn)生新的振動(dòng)中心，繼續(xù)發(fā)出次波，由此使得波不斷向前傳播。新的波面即是這些振動(dòng)中心發(fā)出的各個(gè)次波波面的包絡(luò)面。

  繞射波是由次級(jí)波的傳播進(jìn)入陰影區(qū)形成的。陰影區(qū)繞射波場強(qiáng)就是圍繞障礙物所有次級(jí)波的矢量和,如下圖：

透射波

  透射主要發(fā)生在室外向室內(nèi)傳播的情況下。

  當(dāng)射線到達(dá)兩種不同介質(zhì)界面時(shí)，將有部分能量發(fā)射到第一種介質(zhì)中（即反射線），另一部分能量透射到第二種介質(zhì)中（即透射線和折射線）。對(duì)室外傳播，透射線的影響很小。當(dāng)射線透射過建筑物外墻時(shí)，由于透射后遇到后續(xù)障礙物引起場強(qiáng)衰減很快。因此，再返回到室外介質(zhì)的射線場可以忽略。對(duì)室內(nèi)傳播現(xiàn)象，透射過墻體的射線起重要作用，因此室內(nèi)傳播模型必須考慮透射線。穿過墻體的透射線強(qiáng)度可以用透射系數(shù)來計(jì)算，該透射系數(shù)可以對(duì)典型建筑物墻體用測量方法獲得，但經(jīng)驗(yàn)透射系數(shù)沒有考慮到諸如入射線、墻體厚度等參數(shù)的影響。

散射波

  散射發(fā)生在電波傳播時(shí)遇到許多尺寸小于波長的散射體的情況下，主要由粗糙表面、小散射體或其他不規(guī)則物體引起的，比如城市環(huán)境的樹葉、街道廣告牌和燈柱等就是散射體。散射波信號(hào)強(qiáng)度最弱。