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无线通信的三种基本电波传播机制以及两径模型介绍

 

1. 三种基本传播机制的物理模型

一般认为,无线通信中影响传播有三种基本的电波传播机制,分别是:反射、折射和绕射。接收功率是基于反射、绕射、散射的大尺度传播预测模型的最重要的参数。

在无线通信中,卫星通信通常依赖自由空间传输(视距传输)。但是在地面无线通信中,由于发射机与接收机之间通常不存在直接的视距路径,因此地面无线通信主要依靠的是反射和绕射。

①反射
反射发生在地面以及建筑物的表面,当电磁波遇到比其波长大得多的物体时就会发生反射。
②绕射
当接收机与发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡的时候会发生绕射。通常指电磁波围绕各种建筑物或是山脉等地形,以及通过各种树木所产生的偏移。
③散射
散射产生于粗糙表面、小物体或其它不规则的物体。在无线电波传输的过程中,树叶、街道标志、灯柱等都会引起散射。

2. 两径模型
①电磁波反射
电磁波的反射发生在不同物体界面上,这些界面可能规则也可能不规则,可能平滑也可能粗糙。为了简化,我们考虑反射表面都是平滑的,也称为理想介质表面。电磁波通过理想介质表面后反射,电磁波的能量会全波反射回来。

②两径传播模型
无线通信的传播环境是非常复杂的,实际上由于众多的反射波的存在,接收端收到的是大量多径信号的叠加。为了使问题简化,我们首先考虑两径传播的情况,再研究多径传播问题。

如图,这是有一条直射波和一条反射波路径的两径传播模型。
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图中,ht表示发射机高度,hr表示接收机高度,d表示发射机与接收机之间的水平距离,当d足够大的时候,接收机的接收功率可以表示为:
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其中,Pr 与Pt表示接收功率与发射功率,Gr与Gt表示基站与移动台的天线增益。将其表示为分贝形式:
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由上式可以看出,当距离d很大的时候,接收功率随距离的4次方衰减,比自由空间中的损耗要快得多。此时,接收功率和路径损耗与频率(波长)无关。两径模型的路径损耗可以表示为:
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