移動通信無線電波傳播

第1章  基本概念  1
 1.1  移動通信  1
 1.2  電磁理論基礎(chǔ)  2
 1.2.1  麥克斯韋方程  2
 1.2.2  邊界條件  4
 1.2.3  波動方程  5
 1.2.4  矢量位和標量位  5
 1.2.5  無界媒質(zhì)中的均勻平面電磁波  6
 1.2.6  正弦平面電磁波入射到不同媒質(zhì)分界面上  7
 1.2.7  電流元的輻射  8
 1.2.8  麥克斯韋方程組的二重性  9
 1.2.9  小電流環(huán)  10
 1.2.10  輻射區(qū)  10
 1.3  無線頻譜  11
 1.4  自由空間傳播損耗  12
 1.4.1  點對面鏈路  12
 1.4.2  點對點鏈路  13
 1.4.3  變換公式  14
 1.4.4  接收場強和功率的關(guān)系  15
 1.4.5  功率(鏈路)預算  15
 1.5  富萊斯(Friis)傳輸公式  16
 1.6  惠更斯-菲涅耳原理和菲涅耳區(qū)  16
 1.7  近似分析方法——幾何光學法  18
 1.7.1  射線  18
 1.7.2  象散波  20
 1.8  惠更斯-基爾霍夫(Huygens-Kirchhoff)原理  20
 1.9  幾何繞射理論和UTD法  22
 1.9.1  引言  22
 1.9.2  均勻媒質(zhì)中的射線場  23
 1.9.3  邊緣繞射射線  24
 1.9.4  邊緣繞射場的計算  26
 1.9.5  UTD法——一致性劈繞射理論  29
 1.9.6  任意指向直劈上的繞射點計算  33
 參考文獻  34
 第2章  地球表面大氣分層概況  35
 2.1  對流層  35
 2.1.1  對流層的彎曲傳播  35
 2.1.2  流星余跡散射通信  37
 2.1.3  對流層散射  39
 2.2  平流層  40
 2.3  電離層  40
 2.3.1  電離層的成分  41
 2.3.2  電離層的分層  41
 2.3.3  電離氣體的相對介電常數(shù)  42
 2.3.4  最高可用頻率(MUF)  43
 2.3.5  各頻段在電離層傳播的情況  44
 2.4  磁層  45
 參考文獻  45
 第3章  地球表面均勻大氣中的電波傳播  46
 3.1  平坦地面上的電波傳播  46
 3.1.1  反射的有效區(qū)域  46
 3.1.2  平坦地面上的反射系數(shù)  49
 3.1.3  雙射線傳播模式  53
 3.1.4  路徑余隙對無線電波的影響  56
 3.2  多個障礙物地面上的電波傳播  57
 3.3  有植被地面上的電波傳播  64
 3.3.1  側(cè)面波傳播的確定性模式  64
 3.3.2  并矢格林函數(shù)法計算樹林傳播損耗  67
 3.3.3  威斯鮑格(Weissberger)經(jīng)驗模式  74
 3.3.4  樹冠散射的隨機模式  74
 參考文獻  75
 第4章  利用地球軌道衛(wèi)星的移動通信  77
 4.1  引言  77
 4.2  衛(wèi)星軌道基本知識  77
 4.2.1  軌道機理  77
 4.2.2  軌道類型  78
 4.3  衛(wèi)星無線路徑  79
 4.3.1  衛(wèi)星鏈路中的路徑損耗  80
 4.3.2  降雨衰耗  81
 4.3.3  電離層閃爍  85
 4.3.4  多普勒頻移  87
 4.3.5  衛(wèi)星的覆蓋  88
 4.3.6  來自地球軌道衛(wèi)星的鏈路特性  89
 4.4  來自軌道衛(wèi)星信號中的極化影響  90
 4.4.1  反射和繞射的影響  91
 4.4.2  極化的法拉第旋轉(zhuǎn)  92
 參考文獻  94
 第5章  陸地移動通信無線傳播機制  95
 5.1  引言  95
 5.2  隨機場  97
 5.2.1  隨機變量與分布函數(shù)  97
 5.2.2  隨機變量的矩  99
 5.2.3  平穩(wěn)隨機過程  100
 5.3  路徑損耗  102
 5.3.1  冪定律傳播機制  102
 5.3.2  對蜂窩設(shè)計的影響  105
 5.4  陰影遮擋  109
 5.4.1  引言  109
 5.4.2  陰影衰落服從的對數(shù)正態(tài)分布  111
 5.4.3  陰影遮擋和路徑損耗的結(jié)合  112
 5.4.4  陰影遮擋對系統(tǒng)設(shè)計的影響  113
 5.4.5  合成的瑞利-對數(shù)正態(tài)(Suzuki分布)信號分布  115
 5.4.6  合成的伽馬—對數(shù)正態(tài)分布  117
 5.5  多徑衰落  118
 5.5.1  多徑衰落的物理基礎(chǔ)  119
 5.5.2  多徑衰落的數(shù)學模型——Clarke模型  120
 5.5.3  信號包絡(luò)的瑞利分布  123
 5.5.4  信號功率的指數(shù)分布  124
 5.5.5  信號包絡(luò)的萊斯分布  126
 5.5.6  Nakagami-m 分布  128
 附錄5-1  用誤差函數(shù)表示高斯(正態(tài))分布  130
 附錄5-2  (5.83)式中隨機變量sc(dB)的均值和方差  131
 附錄5-3  (5.86)式中隨機變量sc的均值和方差  133
 附錄5-4  (5.112)式中隨機變量sdB的均值和方差  134
 附錄5-5  (5.117)式中隨機變量r的均值  135
 參考文獻  136
 第6章  陸地移動通信路徑損耗傳播模式  138
 6.1  傳播模式的分類  138
 6.2  宏小區(qū)傳播模式  139
 6.2.1  Okumura-Hata模式  139
 6.2.2  COST 231-Hata模式  143
 6.2.3  Lee模式  143
 6.2.4  Ibrahim和Parsons模式  144
 6.2.5  McGeehan和Griffiths模式  145
 6.2.6  Atefi和Parsons模式  145
 6.2.7  Sakagami-Kuboi模式  146
 6.2.8  Ikegami模式  146
 6.2.9  Walfisch和Bertoni模式  147
 6.2.10  Xia和Bertoni模式  147
 6.2.11  COST 231-Walfisch-Ikegami模式  150
 6.2.12  基于繞射屏布局的其他模式  153
 6.2.13  根據(jù)900MHz頻段的測試情況來估算1800MHz頻段的市區(qū)傳輸損耗  154
 6.3  微小區(qū)傳播模式  154
 6.3.1  雙射線模式  154
 6.3.2  多射線模式  155
 6.3.3  多隙縫波導模式  155
 6.3.4  Lund大學模式  158
 6.4  室內(nèi)傳播模式  158
 6.4.1  對數(shù)距離路徑損耗模式  159
 6.4.2  衰減因子模式  159
 6.4.3  軟隔墻和混凝土墻衰減因子模式  161
 6.4.4  Keenau-Motley模式  161
 6.4.5  多層墻模式  161
 6.5  建筑物內(nèi). 靠近建筑物和進入建筑物的傳播  162
 6.5.1  理論上的建筑物內(nèi)傳播  162
 6.5.2  靠近建筑物的傳播  163
 6.5.3  進入建筑物的傳播  164
 6.6  IMT-2000模式  165
 6.6.1  室內(nèi)辦公環(huán)境  165
 6.6.2  室外到室內(nèi)和步行的環(huán)境  166
 6.6.3  車載環(huán)境  166
 6.6.4  IMT-2000模式中的遲延擴展值  166
 6.7  第三代移動系統(tǒng)用的混合預測算法[44]  167
 6.7.1  模式的基本考慮  167
 6.7.2  數(shù)學描述  167
 參考文獻  170
 第7章  陸地移動通信無線傳播——多徑信道特性  174
 7.1  多徑信道的數(shù)學模型  174
 7.2  多普勒擴展和延遲擴展  176
 7.2.1  相干時間和多普勒擴展  176
 7.2.2  相干帶寬和延遲擴展  178
 7.3  非頻率選擇性(平坦)多徑衰落  182
 7.3.1  接收信號的相關(guān)性和功率譜  183
 7.3.2  接收信號包絡(luò)和相位的分布  189
 7.3.3  包絡(luò)的相關(guān)性和譜  191
 7.3.4  電平通過率和衰落持續(xù)時間  195
 7.3.5  譜相關(guān)  201
 7.4  頻率選擇性多徑衰落  204
 7.5  分集技術(shù)  208
 7.5.1  微分集技術(shù)  209
 7.5.2  宏分集技術(shù)  214
 7.5.3  RAKE接收機  216
 參考文獻  216
 第8章  射線跟蹤  219
 8.1  引言  219
 8.2  幾何模型和形態(tài)模型  220
 8.2.1  幾何模型  220
 8.2.2  形態(tài)模型  220
 8.2.3  多面體面模型  221
 8.3  射線跟蹤用的基本原理  223
 8.3.1  陰影測試  223
 8.3.2  可視化和UHF傳播的射線跟蹤技術(shù)  224
 8.4  三維(3-D)射線跟蹤技術(shù)  226
 8.4.1  射線發(fā)射的射線跟蹤技術(shù)  226
 8.4.2  射線管的射線跟蹤技術(shù)  231
 8.4.3  傳統(tǒng)鏡像法的射線跟蹤技術(shù)  236
 8.4.4  SBR/鏡像法的射線跟蹤技術(shù)  239
 8.5  射線跟蹤加速技術(shù)  242
 8.5.1  二元空間分區(qū)算法  243
 8.5.2  空間體積分區(qū)算法  248
 8.5.3  角度的Z緩存區(qū)算法  250
 8.5.4  SVP和AZB技術(shù)之間的比較  256
 8.6  二次繞射時繞射點的精確計算  256
 8.7  射線跟蹤用的基本算法  257
 8.7.1  具有任意3-D多面體面的射線求交算法  258
 8.7.2  具有特殊3-D多面體面的射線求交算法  262
 附錄8A  任意多面體面的法向矢量  262
 附錄8B  背面采集  263
 參考文獻  263