均方根時(shí)延擴(kuò)展ITU

1、ITU-RP.1238-4建議書(shū)用于規(guī)劃頻率范圍在900MH到100GHZ的室內(nèi)無(wú)線電通信系統(tǒng)和無(wú)線局域網(wǎng)的傳播數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)方法（ITU-R211/3號(hào)研究課題）（1997-1999-2001-2003-2005）國(guó)際電聯(lián)無(wú)線電通信全會(huì)，考慮到a）正在開(kāi)發(fā)將在室內(nèi)工作的許多短距離（工作范圍短于1km）的個(gè)人通信應(yīng)用；b）正如許多現(xiàn)有產(chǎn)品和熱門(mén)的研究活動(dòng)所表明的那樣，無(wú)線局域網(wǎng)（RLAN）和無(wú)線專用交換機(jī)（WPBX）需求很旺盛；c）希望設(shè)立無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可與無(wú)線和有線通信都兼容；d）采用非常低功率的短距離系統(tǒng)在移動(dòng)和個(gè)人環(huán)境下提供業(yè)務(wù)有許多優(yōu)點(diǎn)；e）在建筑物內(nèi)的傳播特性和在同一區(qū)域內(nèi)許多用戶引起

2、的干擾這兩方面的知識(shí)，對(duì)系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)是非常重要的；f）用于系統(tǒng)初步規(guī)劃和干擾估算的通用（即與位置無(wú)關(guān)）模型和用于某些細(xì)致評(píng)估的定型（或具體地點(diǎn)）模型都是需要的；注意到a）ITU-RP.1411建議書(shū)為頻率范圍在300MHz至U100GHz的室外短距離電波傳播提供了指導(dǎo)，并且該建議也應(yīng)該作為同時(shí)存在室內(nèi)和室外傳播條件的那些情況下的參考文件。建議1對(duì)工彳于900MHz至M00GHz之間的室內(nèi)無(wú)線電系統(tǒng)的傳播特性進(jìn)行評(píng)估時(shí)，采用附件1中的資料和方法。1引言室內(nèi)無(wú)線電系統(tǒng)的傳播預(yù)測(cè)在某些方面是與室外系統(tǒng)有區(qū)別的。跟室外系統(tǒng)中一樣，根本目的是保證在所要求的區(qū)域內(nèi)有效覆蓋（或在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)情況下保證有可靠

3、的傳播路徑）和避免干擾，包括系統(tǒng)內(nèi)的干擾以及其他系統(tǒng)的干擾。然而，在室內(nèi)情況下，覆蓋的范圍是由建筑物的幾何形狀明確地限定的，而且建筑物本身的各邊界將對(duì)傳播有影響。除了一建筑物的同一層上的頻率要重復(fù)使用外，經(jīng)常還希望在同一建筑物的各層之間要頻率共用。這樣就增添了三維干擾問(wèn)題。最后，距離很短，特別是使用毫米波頻率的場(chǎng)合，意味著無(wú)線電路徑附近環(huán)境的微小變化可能會(huì)對(duì)傳播特性有重大的影響。由于這些因素的復(fù)雜性，若要著手室內(nèi)無(wú)線電系統(tǒng)的具體規(guī)劃，就需要知道特定位置的詳細(xì)情況，如幾何形狀、材料、家具、預(yù)期的使用模型等。但是，為了進(jìn)行系統(tǒng)初步規(guī)劃，必須估計(jì)出覆蓋該區(qū)域內(nèi)所分布的移動(dòng)站所需要的基站數(shù)目以及要估計(jì)

4、與其他業(yè)務(wù)的可能干擾或系統(tǒng)之間的潛在干擾。對(duì)這些系統(tǒng)規(guī)劃的情況而言，通常必須要有代表該環(huán)境中的傳播特性的模型。同時(shí)，為了完成計(jì)算，該模型不應(yīng)該要求使用者提供許多輸入信息。本附件主要說(shuō)明了在室內(nèi)無(wú)線電環(huán)境中遇到的傳輸損傷的通用的、與位置無(wú)關(guān)的模型和定性的建議。如有可能，也給出與位置有關(guān)的專用模型。在許多情況下，基本模型可用的數(shù)據(jù)受限于頻率或試驗(yàn)環(huán)境。當(dāng)可以取得更多的數(shù)據(jù)時(shí)，希望將附件中的建議加以擴(kuò)充。同樣，要根據(jù)使用這些模型過(guò)程中取得的經(jīng)驗(yàn)來(lái)改善這些模型的精度。但是，本附件代表了目前可以使用的最佳建議。2室內(nèi)無(wú)線電系統(tǒng)中的傳播損傷和質(zhì)量的度量標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)無(wú)線電信道的傳播損傷主要由下列因素所造成：一來(lái)

5、自房間內(nèi)的物體（包括墻和地板）的反射和物體附近的衍射；一穿過(guò)墻、地板和其他障礙物的傳輸損耗；一高頻情況下能量的通道效應(yīng)，特別時(shí)走廊中這個(gè)效應(yīng)更明顯；一房間中人和物體的運(yùn)動(dòng)，包括在無(wú)線電鏈路的一端或兩端可能的運(yùn)動(dòng)，而引起的傳播損傷如下：一路徑損耗一一不僅有自由空間損耗，還有由于障礙物以及穿過(guò)建筑物材料傳輸引起的附加損耗,并且由于通道效應(yīng)，自由空間損耗可能會(huì)減??；一路徑損耗隨時(shí)間和空間的變化；一從波的反射分量和衍射分量而引起的多徑效應(yīng)；由于移動(dòng)終端的隨機(jī)位置變化而引起的極化失配。室內(nèi)無(wú)線通信業(yè)務(wù)可以由如下特性來(lái)表征：一高/中/低數(shù)據(jù)速率；每個(gè)基站的覆蓋區(qū)（如房間、樓層、建筑物）；一移動(dòng)式/便攜式/

6、固定式；一實(shí)時(shí)/非實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)；一網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ㄈ琰c(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、每一點(diǎn)對(duì)每一點(diǎn)）。對(duì)于每一種應(yīng)用場(chǎng)合，如語(yǔ)音通信、不同速率的數(shù)據(jù)傳輸、圖像傳送和視頻業(yè)務(wù)等，確定一個(gè)信道的哪一種傳播特性最適合于描述它的質(zhì)量是很有用的。表1列出了典型業(yè)務(wù)最重要的特性。表1典型業(yè)務(wù)和傳播損傷業(yè)務(wù)特性有關(guān)的傳播損傷無(wú)線局域網(wǎng)高數(shù)據(jù)速率、單個(gè)或多個(gè)房間、便攜式、非實(shí)時(shí)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或每一點(diǎn)對(duì)每一點(diǎn)路徑損耗一時(shí)間和空間分布多徑時(shí)延有用模和無(wú)用模的強(qiáng)度之比無(wú)線專用交換機(jī)中等數(shù)據(jù)速率、多個(gè)房間，單層或多層，實(shí)時(shí)、移動(dòng)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)路徑損耗一時(shí)間和空間分布室內(nèi)傳呼低數(shù)據(jù)速率、多層、非實(shí)時(shí)、移動(dòng)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)路徑損耗一時(shí)間和空間分布室內(nèi)無(wú)線

7、電視高數(shù)據(jù)速率、多個(gè)房間，實(shí)時(shí)、移動(dòng)式或便攜式、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)路徑損耗一時(shí)間和空間分布多徑時(shí)延3路徑損耗模型使用這一傳輸損耗模型時(shí)假設(shè)基站和便攜終端位于同一建筑物內(nèi)。可以用位置通用的模型或位置專用的模型來(lái)估算室內(nèi)基站到移動(dòng)站/便攜無(wú)線電終端的路徑損耗。3.1位置通用模型本節(jié)所描述的模型可視為位置通用的模型，因?yàn)檫@些模型幾乎不需要有關(guān)路徑或位置的信息。室內(nèi)無(wú)線電路徑損耗可以用平均路徑損耗和它的相關(guān)的陰影衰落統(tǒng)計(jì)兩者來(lái)表征。幾種室內(nèi)路徑損耗模型計(jì)及了信號(hào)穿過(guò)多堵墻和/或多層樓板的衰減。本節(jié)中所描述的模型計(jì)及了穿過(guò)多層樓板的損耗，以便考慮樓層之間諸如頻率重復(fù)使用這樣一些特性。下面給出的距離功率損耗系數(shù)包含隱

8、含的穿過(guò)墻以及越過(guò)和穿過(guò)障礙物傳輸?shù)姆蓊~，還包括建筑物單一層內(nèi)可能遇到的其他損耗機(jī)理的份額。位置專用模型將會(huì)有選項(xiàng)，明確地計(jì)及由于每堵墻引入的損耗，而不是在距離模型中包含的損耗?；灸Ｐ陀腥缦鹿剑篖totai=2010g10f+Nlogi0d+Lf(n)-28dB(1)其中：N:距離功率損耗系數(shù)f:頻率(MHZ)d:基站和便攜終端之間的距離(其中d1m)Lf：樓層穿透損耗因子(dB)n：(n1)基站和便攜終端之間的樓板數(shù)。表2和3給出了一些典型參數(shù)。它們是基于各種各樣的測(cè)量結(jié)果得到的。在本節(jié)末尾給出了附加的通用指導(dǎo)原則。表2用于室內(nèi)傳輸損耗計(jì)算的功率損耗系數(shù)N N頻率居民樓辦公室商業(yè)樓900

9、MHz一33201.2-1.3GHz一32221.8-2GHz2830224GHz一28225.2GHz一31一160GHz1一2217（1）70GHz一22一60GHz和70GHz的數(shù)值是假設(shè)在單一房間或空間內(nèi)的傳輸，不包括任何穿過(guò)墻傳輸?shù)膿p耗。距離大于100m時(shí)，60GHz附近的氣體吸收已很重要，它可能影響頻率重復(fù)使用的距離(見(jiàn)ITU-RP.676建議書(shū))。表3用于室內(nèi)傳輸損耗計(jì)算的穿透n n層樓板時(shí)的樓板穿透損耗因子L Lf f(dB)(dB)( (n1)n1)頻率居民樓辦公室商業(yè)樓900MHz一9（1層）19（2層）24（3層）一1.8-2GHz4n15+4（n1）6+3（nT）5.2

10、GHz一16（1層）一對(duì)居民樓沒(méi)有列出不同頻帶上的功率損耗系數(shù)，可以使用辦公室樓情況下給出的數(shù)值。應(yīng)該指出，穿過(guò)多層樓板時(shí)所預(yù)期的隔離可能有一個(gè)極限值。信號(hào)可能會(huì)找到其他的外部傳輸路徑來(lái)連接鏈路，該外部傳輸路徑的總傳輸損耗小于有穿過(guò)多層樓板的穿透損耗引入的總損耗。當(dāng)不存在外部路徑時(shí)，在5.2GHz頻率上的測(cè)試結(jié)果表明，在正常入射角下，典型的鋼筋混凝土樓板和吊頂?shù)膫翁旎ò逡黄鹨氲钠骄郊訐p耗為20dB,其標(biāo)準(zhǔn)差為1.5dB。燈具使平均損耗增加到30dB,其標(biāo)準(zhǔn)差為3dB;樓板下的通風(fēng)管道使平均損耗增加到36dB,其標(biāo)準(zhǔn)差為5dB。在如射線跟蹤那樣的位置專用的模型中，應(yīng)該使用這些值，而不用Lf。

11、室內(nèi)陰影衰落統(tǒng)計(jì)呈正態(tài)分布。表4給出了標(biāo)準(zhǔn)差值（dB）。表4用于室內(nèi)傳輸損耗計(jì)算的陰影衰落統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差（dB）頻率（GHZ居民樓辦公室商業(yè)樓1.8-2810105.2一12一雖然已經(jīng)在各種各樣的條件下做了許多有用的測(cè)試，但將它們做直接比較是困難的，而且僅報(bào)告了一些經(jīng)過(guò)選擇的頻帶的結(jié)果，可以得到幾個(gè)一般性的結(jié)論，特別是有關(guān)900-2000MHz頻帶的結(jié)論。一具有視距（LoS）分量的路徑是以自由空間損耗為主的，而且距離功率損耗系數(shù)約為20。一大型開(kāi)放式房間的距離功率損耗系數(shù)約為20。這可能是由于在房間的大部分區(qū)域內(nèi)都有強(qiáng)的視距傳輸分量。實(shí)例包括位于大型零售商場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、開(kāi)放式安排的工廠和辦公樓中的

12、那些房間。一走廊的路徑損耗比自由空間損耗小，典型的距離功率系數(shù)約為18。具有長(zhǎng)的直線形過(guò)道的雜貨鋪的路徑損耗也呈現(xiàn)走廊路徑損耗特征。一在障礙物周圍和穿過(guò)墻的傳播將要引入相當(dāng)大的損耗。在典型的環(huán)境下，可能會(huì)使功率距離系數(shù)增加到40左右。實(shí)例包括封閉式安排的辦公樓的各個(gè)房間之間的傳輸路徑。一對(duì)于長(zhǎng)的無(wú)阻擋路徑，可能出現(xiàn)第一菲涅耳區(qū)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在這轉(zhuǎn)折點(diǎn)的距離上，距離功率損耗系數(shù)可能會(huì)從20左右變化到40左右。一辦公室環(huán)境中，路徑損耗系數(shù)隨頻率增加而降低并不總能觀察到，或并不容易解釋清楚（表2）。一方面，隨著頻率的增加，通過(guò)障礙物（例如墻、家具）的損耗增加了，而繞射信號(hào)對(duì)接收功率的影響比較小；另一方面

13、，在更高的頻率處，第一菲涅耳區(qū)被阻擋得比較少，因而損耗比較低。實(shí)際的路徑損耗與這些相反的機(jī)理有關(guān)。3.2位置專用的模型為了估計(jì)路徑損耗或場(chǎng)強(qiáng)，位置專用的模型也是有用的。已經(jīng)可以啟用基于統(tǒng)一繞射理論（UTD）和射線跟蹤技術(shù)的用于室內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)的多個(gè)模型。要計(jì)算室內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)，必須要有建筑物結(jié)構(gòu)的詳盡資料。這些模型把經(jīng)3元素與UTD的電磁理論求解方法結(jié)合起來(lái)。該方法考慮到了單個(gè)繞射射線和單個(gè)反射射線，并且可以推廣到多次反射或繞射以及繞射射線和反射射線的組合。反射射線和繞射射線都考慮進(jìn)去以后，路徑損耗的預(yù)測(cè)精度得到很大改善。時(shí)延擴(kuò)散模型多徑移動(dòng)/便攜式無(wú)線電傳播信道隨時(shí)間、頻率和空間位移而變化。即使在靜態(tài)的

14、情況下，即發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置固定不變的情況下，該信道也可能是動(dòng)態(tài)變化的，因?yàn)樯⑸潴w和反射體都很可能在運(yùn)動(dòng)之中。術(shù)語(yǔ)“多徑”是根據(jù)如下事實(shí)引入的，即無(wú)線電波通過(guò)反射、繞射和散射等多種路徑從發(fā)射機(jī)傳送到接收機(jī)。每一傳播路徑都有相應(yīng)的時(shí)延，時(shí)延的長(zhǎng)短與路徑長(zhǎng)度成正比。（在一給定環(huán)境中預(yù)期的最大時(shí)延時(shí)間的很粗略的估計(jì)，可以完全從房間的大小和無(wú)線電脈沖傳播距離d（m）所用的時(shí)間（ns）接近于3.3d這一事實(shí)來(lái)得到。這些有時(shí)延的信號(hào)中的每一個(gè)都有相應(yīng)的幅度，它們形成了具有時(shí)變特性的線性濾波器。脈沖響應(yīng)信道建模的目標(biāo)，是提供在無(wú)線電鏈路和系統(tǒng)仿真中要使用的無(wú)線電傳播的精確數(shù)學(xué)表達(dá)式，用于系統(tǒng)應(yīng)用的建模。因

15、為無(wú)線電信道是線性信道，它完全可以由它的脈沖響應(yīng)來(lái)描述。只要知道了脈沖響應(yīng)，就可以確定無(wú)線電信道對(duì)任何輸入的響應(yīng)。這是鏈路性能仿真的基礎(chǔ)。脈沖響應(yīng)一般表示為功率密度，它表示為相對(duì)于第1個(gè)可檢測(cè)的信號(hào)的額外時(shí)延的函數(shù)。這一函數(shù)常常稱為功率時(shí)延曲線。它的一個(gè)例子如ITU-RP.1407建議書(shū)中圖（1）所示，但是室內(nèi)信道的時(shí)延標(biāo)度要用納秒而不是毫秒來(lái)表示。本建議還包含表征脈沖響應(yīng)曲線的幾個(gè)參數(shù)的定義。信道脈沖響應(yīng)隨接收機(jī)的位置變化而變化，它也可能隨時(shí)間變化。所以，它通常按一個(gè)波長(zhǎng)范圍的脈沖響應(yīng)曲線的平均值來(lái)度量和報(bào)道，以減少噪音的效應(yīng)，或者在幾個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)求平均確定空間平均值。重要的是要明確地確定指

16、的是那一種平均和怎么進(jìn)行平均。所建議的平均程序是按以下方式形成一個(gè)統(tǒng)計(jì)模型：為每一脈沖響應(yīng)估計(jì)（功率時(shí)延曲線）確定在平均時(shí)延TD前和后的時(shí)間（見(jiàn)ITU-RP.1407建議書(shū)），在這些時(shí)間以外，功率密度相對(duì)于峰彳1功率密度不超過(guò)規(guī)定值（-10、-15、-20、-25、-30dB）。這些時(shí)間的分布的中值和如需要90%的點(diǎn)就形成了模型。均方根時(shí)延擴(kuò)展功率時(shí)延曲線常常用上面提到的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)來(lái)表征。這些參數(shù)應(yīng)該根據(jù)在尺寸達(dá)幾個(gè)波長(zhǎng)的區(qū)域內(nèi)取平均的曲線圖計(jì)算。（參數(shù)均方根時(shí)延擴(kuò)展有時(shí)是根據(jù)各個(gè)單個(gè)曲線求出，并將得到的結(jié)果取平均值，但是一般其結(jié)果與從平均后的曲線計(jì)算出的結(jié)果不相同。）噪聲排除門(mén)限或接受標(biāo)

17、準(zhǔn)，如低于曲線峰值30dB,應(yīng)該與得到的時(shí)延擴(kuò)展一起發(fā)表出來(lái)。時(shí)延擴(kuò)展隨這一門(mén)限而定。雖然廣泛應(yīng)用均方根時(shí)延擴(kuò)展，但它并不總是時(shí)延曲線圖的充分表征。在時(shí)延擴(kuò)展超過(guò)了符號(hào)持續(xù)期的多徑環(huán)境下，相移鍵控調(diào)制的比特差錯(cuò)率不是取決于均方根時(shí)延擴(kuò)展，而是取決于接收到的有用波與無(wú)用波的功率比。對(duì)高符號(hào)率系統(tǒng)這是特別明確的；當(dāng)多徑分量中有一強(qiáng)的主導(dǎo)信號(hào)時(shí)（Rician衰落），即使對(duì)低符號(hào)率系統(tǒng)，這一點(diǎn)也是正確的。然而，若可以假設(shè)一指數(shù)衰變特性的曲線，它足以表示均方根時(shí)延擴(kuò)展，而不是功率時(shí)延曲線。在這種情況下，可以將脈沖響應(yīng)重新近似表示為如下形式：其中:S:均方根時(shí)延擴(kuò)散tmax：最大時(shí)延tmax1S.用均方根

18、時(shí)延擴(kuò)散作為該模型的輸出參數(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)， 是可以用列表方式簡(jiǎn)單地表示這一模型。 在三個(gè)室內(nèi)環(huán)境條件下，根據(jù)平均時(shí)延分布曲線估算出的典型時(shí)延擴(kuò)散參數(shù)如表5所示。這些數(shù)值是根據(jù)用全向天線在1900MHZ和5.2GHz頻率上的測(cè)量結(jié)果求得的。（在使用全向天線時(shí)，幾乎沒(méi)有這些參數(shù)與頻率有較強(qiáng)依從關(guān)系的證據(jù)。對(duì)于其他天線方向圖，請(qǐng)參閱5中的討論。）表5中，B列代表經(jīng)常出現(xiàn)的中值；A列代表也是經(jīng)常出現(xiàn)的較低的數(shù)值，但不是最低值；而C列僅代表偶爾出現(xiàn)的極高的時(shí)延值。表中給出的值代表在每一環(huán)境下可能會(huì)遇到的最大房間尺寸的情況。均方根時(shí)延擴(kuò)散參數(shù)頻率環(huán)境A(ns)B(ns)C(ns)1900MHz室內(nèi)居民樓20

19、701501900MHz室內(nèi)辦公樓351004601900MHz室內(nèi)商用樓551505005.2GHz室內(nèi)辦公樓4575150在給定的建筑物內(nèi)，時(shí)延擴(kuò)展趨向于隨天線之間距離的增加而增加，因而它隨路徑損耗的增加而增加。天線之間距離越遠(yuǎn)，路徑被阻擋的可能性更大，并且所接收的信號(hào)將完全由許多散射路徑組成。均方根時(shí)延擴(kuò)展S致上與樓層空間的面積F城正比，它可由公式（3）來(lái)表示。10logS=2.3log(Fs)+11.0式中Fs和S的單位分別為m2和ns,這一公式是根據(jù)幾種建筑物類型如辦公室、大廳、走廊和體育館等在2GHz頻帶上的測(cè)量結(jié)果得出的。用于測(cè)量的最大樓層空間為1000m2。估值誤差的中值為-1

20、.6ns,標(biāo)準(zhǔn)差為24.3ns。4/Smt)=對(duì)于0MtMtmax其他當(dāng)時(shí)延擴(kuò)散S用dB來(lái)表示時(shí)，S的標(biāo)準(zhǔn)差約在0.7至M.2dB范圍以內(nèi)。統(tǒng)計(jì)模型統(tǒng)計(jì)模型用傳輸仿真中所用的方法綜合了大量測(cè)試的結(jié)果。例如，可以用離散廣義穩(wěn)態(tài)非相關(guān)散射(WSSUS)信道模型來(lái)進(jìn)行仿真。完成仿真的一個(gè)方法是在模型中只用一些N多徑分量來(lái)替代實(shí)際信道中可能存在的許多散射路徑。然后，復(fù)高斯時(shí)間變量處理各gn(t)的樣本，把從不同角度到達(dá)的未分解的多徑分量迭加起來(lái)，這些多徑分量的時(shí)延近似于第n個(gè)模多徑分量的時(shí)延即。再由下式求出脈沖響應(yīng)h(t):Nh(t)=4fpTgn(t)6(trn)(4)n4式中Pn是接收到的第n個(gè)樣

21、本的多徑分量的功率。像這樣的統(tǒng)計(jì)模型對(duì)每一個(gè)分量需要適當(dāng)?shù)膮?shù)。位置專用模型盡管在導(dǎo)出規(guī)劃的指導(dǎo)原則時(shí)統(tǒng)計(jì)模型是有用的，但確定性(或位置專用的)模型對(duì)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師有相當(dāng)大的價(jià)值。有好幾種用于傳播建模的確定性技術(shù)可以使用。 特別是對(duì)室內(nèi)應(yīng)用場(chǎng)合， 已經(jīng)研究了有限差分時(shí)域(FDTD)技術(shù)和幾何光學(xué)技術(shù)。幾何光學(xué)技術(shù)比FDTD計(jì)算效率更高。在幾何光學(xué)技術(shù)中有兩種基本的方法，即映射法和射線投射法。映射法使用接收機(jī)相對(duì)于環(huán)境的所有反射面的映像。計(jì)算所有映像的對(duì)應(yīng)物，然后從這些映像畫(huà)射線。射線投射法涉及在發(fā)射天線周圍的空間中均勻發(fā)射的許多射線。跟蹤每一射線，直到它到達(dá)接收機(jī)為止或它的幅度下降到所有規(guī)

22、定的極限以下為止。與映射法相比較，射線投射法的靈活性更好一些，因?yàn)檠苌渚€和散射線可以與鏡面反射一起處理。而且，用射線分裂技術(shù)或變分法可以節(jié)省計(jì)算時(shí)間，同時(shí)保持滿意的分辨率。射線投射法是可適用于大面積預(yù)測(cè)信道脈沖響應(yīng)的技術(shù)，而映射法適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的預(yù)測(cè)。確定性模型一般對(duì)所研究的頻率上建筑材料的效應(yīng)作了假設(shè)。(見(jiàn)7有關(guān)建筑材料的性能的資料)。位置專用模型應(yīng)該考慮環(huán)境的幾何特性、反射、繞射和通過(guò)墻壁的傳輸。在給定的點(diǎn)上的脈沖響應(yīng)可以用下式表不：1j1Pnve在t%)尸一其中：h(t):脈沖響應(yīng)N:入射射線的序號(hào)rnMpnnrnuxnlu1.v7Mrn：第n射線反射的次數(shù)號(hào)Mpn：第n射線穿透的次數(shù)號(hào)P

23、nu：第n射線第u次墻壁反射的系數(shù)Pnv：第n射線第v次墻壁穿透的系數(shù)rn：第n射線路徑長(zhǎng)度Tn：第n射線的時(shí)延用菲涅耳公式計(jì)算從墻和其他表面反射以及穿透墻和其他表面的射線。所以，要求將建筑材料的復(fù)介電常數(shù)作為輸入數(shù)據(jù)。7中給出了測(cè)得的一些建筑材料的介電常數(shù)值。正如公式（5）中所描述的那樣，除了反射射線和穿透射線外，還應(yīng)該考慮衍射射線和散射射線，以便足夠準(zhǔn)確地建立接收信號(hào)模型。特別是在有拐角的走廊內(nèi)和有其他類似傳播狀態(tài)的情況下?？梢允褂镁鶆蜓苌淅碚摚║TD）來(lái)計(jì)算繞射射線。極化和天線輻射圖的效應(yīng)在室內(nèi)環(huán)境中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間不僅存在直接路徑，而且也存在反射和衍射路徑。正如菲涅耳反射公式所表示

24、的那樣，建筑材料的反射特性取決于極化、入射角和材料的復(fù)介電常數(shù)。多徑分量的到達(dá)角是分布式的，取決于天線的射束寬度、建筑物的結(jié)構(gòu)以及發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置。所以，極化和天線有效輻射圖可能會(huì)嚴(yán)重影響室內(nèi)傳播特性。視距情況普遍認(rèn)為在視距（LoS）信道中，與全向天線相比，定向天線減小了均方根時(shí)延擴(kuò)展，而且圓極化（CD）的均方根時(shí)延擴(kuò)展比線極化（LP）小。因此，在這種情況下，定向圓極化天線是減小時(shí)延擴(kuò)展的有效手段。與極化有關(guān)的主要機(jī)理可能是由于如下事實(shí)，即當(dāng)圓極化信號(hào)以小于布魯斯特角的入射角入射到反射表面時(shí)，被反射的圓極化信號(hào)的左右旋方向會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。每次反射時(shí)圓極化信號(hào)的極化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)，意味著經(jīng)過(guò)一次反

25、射以后到達(dá)的多徑分量與視距分量的極化正交。這樣，它抵消了大部分的多徑干擾。這一效應(yīng)與頻率無(wú)關(guān)，這一點(diǎn)理論上已預(yù)計(jì)到，并且已由頻率1.3到60GHz范圍內(nèi)的室內(nèi)傳播實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。它同樣用于室內(nèi)和室外環(huán)境下。因?yàn)楝F(xiàn)在使用的所有建筑材料的布魯斯特角都大于45,在大多數(shù)室內(nèi)環(huán)境下，不管房間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用的材料如何，由單次反射引起的多徑干擾（即多徑分量的主要來(lái)源）被有效地抑制。但是，可能有例外的環(huán)境條件，如長(zhǎng)走廊那樣的環(huán)境，此時(shí)很大的入射角占多徑的主流地位。在移動(dòng)鏈路上使用圓極化天線也減少了均方根時(shí)延擴(kuò)展的變化。由于多徑傳播分量的到達(dá)角呈分布式，所以，使用定向天線后，空間上過(guò)濾掉了天線射束寬度以外的那些

26、分量，從而可以減小時(shí)延擴(kuò)展。用一個(gè)全向發(fā)射天線和四個(gè)不同類型的接收天線（全向、寬射束、標(biāo)準(zhǔn)喇叭和窄射束天線）正對(duì)著發(fā)射天線，在60GHz完成的室內(nèi)傳播測(cè)量和射束跟蹤仿真結(jié)果表明，用窄射束天線時(shí)對(duì)時(shí)延分量的抑制更有效。表6給出了一個(gè)天線方向性與靜態(tài)的均方根時(shí)延擴(kuò)展之間的依從關(guān)系的實(shí)例。表中列出的數(shù)據(jù)是在一個(gè)空的辦公室內(nèi)在60GHz時(shí)由射線跟蹤仿真得到的90%不被超過(guò)的均方根時(shí)延擴(kuò)展值?？赡芤赋龅氖蔷礁鶗r(shí)延擴(kuò)展的減少可能不一定總是所希望的結(jié)果，因?yàn)樗赡芤馕吨鴮拵盘?hào)的衰落動(dòng)態(tài)范圍增加，這是失去了固有的頻率分集的結(jié)果。此外，可能還要指出，有些傳輸方案利用了多徑效應(yīng)。天線方向性與靜態(tài)均方根時(shí)延擴(kuò)

27、展依次關(guān)系的實(shí)例頻率(GHZ發(fā)射天線發(fā)射天線射束帶寬（度）靜態(tài)均方根時(shí)延擴(kuò)展（90%）（ns）房間尺寸（m）備注60全向全向1713.5X7.8空辦公室射線跟蹤601610551有遮擋的路徑情況當(dāng)直接路徑受遮擋時(shí)，極化和天線方向性與時(shí)延擴(kuò)展的關(guān)系可能比視距路徑情況下要復(fù)雜得多。有關(guān)遮擋情況下的試驗(yàn)結(jié)果很少見(jiàn)。然而，在2.4GHz得到的試驗(yàn)結(jié)果給我們的啟示是在遮擋路徑中極化和天線方向性與時(shí)延擴(kuò)展的關(guān)系與視距路徑情況下有很大差別。例如，在障礙路徑情況下，發(fā)射用全向水平極化天線而接收用定向圓極化天線時(shí)，均方根時(shí)延擴(kuò)展最小，并且最大額外時(shí)延也最少。移動(dòng)終端的指向在便攜無(wú)線電環(huán)境下，傳播通常是以信號(hào)的反

28、射和散射占主導(dǎo)地位的。通常能量由被發(fā)射的極化散射到正交的極化中去。在這些條件下，交叉極化耦合增加了隨機(jī)指向便攜式無(wú)線設(shè)備接收到足夠電平的概率。在816MHz上進(jìn)行的交叉極化耦合測(cè)量結(jié)果表明耦合度相當(dāng)高。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)安放位置的影響關(guān)于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)安放位置對(duì)室內(nèi)傳播特性的影響幾乎沒(méi)有進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)和理論研究。但是，通?？赡芙ㄗh基站應(yīng)盡可能放得高，靠近房間的天花板，以盡可能達(dá)到視距路徑的要求。在手持終端情況下，用戶終端的位置自然將與使用者的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，而不取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的限制。但是，對(duì)非手持式終端而言，建議天線要足夠高，以盡可能保證與基站處于視距路徑條件下?；疚恢玫倪x擇也與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面（如空間

29、分集、分區(qū)結(jié)構(gòu)等）有很大關(guān)系。建筑材料、陳設(shè)和家具的影響室內(nèi)傳播特性受從建筑材料來(lái)的反射和通過(guò)建筑材料的傳播的影響。這些材料的反射特性和傳輸特性取決于材料的復(fù)介電常數(shù)。位置專用傳播預(yù)測(cè)模型可能需要有關(guān)建筑材料的復(fù)介電常數(shù)和建筑結(jié)構(gòu)的資料作為基本輸入數(shù)據(jù)。表7中列出了典型的建筑材料的復(fù)介電常數(shù)的數(shù)據(jù)，它們是在1、57.5、70、78.5和95.9GHz頻率上實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。這些介電常數(shù)的數(shù)值表明各種材料的介電常數(shù)相互之間的差別相當(dāng)大。在60-100GHz頻率范圍內(nèi)，除了地板變化了10%以外，其他材料的介電常數(shù)與頻率幾乎沒(méi)有關(guān)系。1GHz57.5GHz70GHz78.5GHz95.9GHz混凝土7-j

30、0.856.5-j0.43一一6.2-j0.34輕混凝土2-j0.5一一一一地板（合成樹(shù)脂）一3.91-j0.33一3.64-j0.373.16-j0.39糊墻紙板一2.25-j0.032.43-j0.042.37-j0.12.25-j0.06天花板（礦物絕緣纖維）1.2-j0.011.59-j0.01一1.56-j0.021.56-j0.04玻璃6.76-j0.096.76-j0.166.76-j0.176.76-j0.186.76-j0.19玻璃纖維1.2-j0.1一一一一內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料的復(fù)介電常數(shù)*玻璃的復(fù)介電常數(shù)由公式（6a）-（6d）導(dǎo)出。其他值由測(cè)量得出。計(jì)算頻率范圍為0.9GHz到

31、100GHz的玻璃的復(fù)介電常數(shù)刀的實(shí)驗(yàn)公式如下:2(ncr-jnci)(6a)其中ncr=2.60ci(6b)1.773O.153x-O.027x2-O.011x30.014x4nci-I0(6c)x=logIOf,0.9GHzf100GHz(6d)用反射系數(shù)和傳輸系數(shù)可以對(duì)反射特性和傳輸特性進(jìn)行評(píng)估。反射系數(shù)和傳輸系數(shù)的定義如下:R_EkR=ET_EkT=邑RN-i?RPi，lNi，lpiEkEPENEP(6e)當(dāng)建筑材料的穿透損耗比較大，以至于沒(méi)有大的反射被反射回反射表面時(shí)，就可以用上列公式。若不是這種情況，必須要這里E代表電場(chǎng)的復(fù)振幅，而上標(biāo)i、r和t分別表示入射的、反射的和傳輸?shù)碾妶?chǎng)。

32、下標(biāo)N和P表示垂直于或平行于反射平面的電場(chǎng)分量。而反射平面是入射射線和反射射線都在內(nèi)的那個(gè)平面。(見(jiàn)圖1中表示的幾何關(guān)系。)入射電場(chǎng)和反射電場(chǎng)是在反射表面上定義的，而傳輸?shù)碾妶?chǎng)是在反射表面對(duì)面的那個(gè)表面上定義的。Ep、EN的參考方向和傳播方向總是按這一次序形成本地右手正交坐標(biāo)系。 規(guī)定對(duì)入射電場(chǎng)、 反射電場(chǎng)和傳輸電場(chǎng)的EN的參考方向是相同的。反射系數(shù)可以根據(jù)復(fù)介電常數(shù)Y按下式求出：RNcose-n-sin2e(電場(chǎng)分量垂直于反射平面)(7a)cos二-sin2ucos6-(n-sin2日方RP二,cos1式“-sin2日)彳(電場(chǎng)分量平行于反射平面)(7b)其中祀入射射線和反射射線的法線之間的

33、夾角，如圖1所示。特殊情況下，即當(dāng)入射電場(chǎng)為圓極化時(shí)，則從反射電場(chǎng)來(lái)的接收信號(hào)的振幅和相位的變化可以用圓極化的反射系數(shù)RC來(lái)表示，由下式給出：RP2(圓極化)(7c)圖1計(jì)算反射特性的幾何關(guān)系考慮在建筑材料內(nèi)部反射的效應(yīng)。當(dāng)建筑材料用N層介質(zhì)板來(lái)彳t表，第m層(m=1,2,N)的厚度和復(fù)介電常數(shù)分別用dm和m表示時(shí)，則可由下式求出反射系數(shù)和傳播系數(shù)：RN=70,RPGr,TN=：,TP1(8a)-(8d)A0F0A0F0式中A0、B0、F0和G0由下列遞推公式計(jì)算:AmvexpAmd1Ym.1Bm11-Ym1(9a)其中:Bm=ex2mIAm11-Ym1，Bm.11Ym1IFm=exp2mFm

34、11Wm1-Gm11-Wm1GmFm11-Wm1Gm11，Wm1WmhI,-：;m=jkmdmcos%,自由空間中的波長(zhǎng)在第m層中的折射角(9b)(9c)(9d)Ym1-FN1=1,GN1cos-icos71m1m1c0smmm(10a)-(10d)(11a)-(11c)2：-=Jm，k0=kN41九(12a)-(12c)0+1:在空氣中到最后的平面邊界的右邊的折射角對(duì)于只有單層的特殊情況下，公式（8）可以簡(jiǎn)化為如下形式:R=Lex-j25)R(反射系數(shù))(13a)1-Rexp(-j28)T_(1_R2)exp(-jS)1-R2exp(-j2S)（傳輸系數(shù)）(13b)其中:二二2-sin2(1

35、4)且d為建筑材料的厚度。在公式（13a）和（13b）中，R以RN或RP代入，取決于入射電場(chǎng)的極化。若沿一射線路徑的所有反射平面都是相同的，如在二維確定模型情況中那樣，按4.5中的定義，RN和RP可以用作反射系數(shù)7nu,而RN和TP可以用作穿透系數(shù)Ru。只有沿路徑的第一次反射，才可以將RC用作:nu,因?yàn)橥ǔA極化波經(jīng)反射以后就變換為橢圓極化波。入射電場(chǎng)一般被分解為垂直于或平行于反射面的分量，而RN和TN或Rp和Tp分別應(yīng)用于每一分量來(lái)確定反射電場(chǎng)和傳輸電場(chǎng)。在毫米波頻帶，必須把油漆那樣的表面涂層看作一層介質(zhì)層。在毫米波頻帶，當(dāng)?shù)匕宀牧细采w了表面粗糙的地毯時(shí)，來(lái)自地板和混凝土板那類樓板材料的鏡

36、面反射就大大降低了。窗戶覆蓋了窗簾那類物品后，也可能造成類似的反射降低現(xiàn)象。所以可以預(yù)料，隨著頻率提高，材料的特性效應(yīng)將更加重要。除了基本建筑結(jié)構(gòu)外，家具和其他設(shè)施也會(huì)顯著影響室內(nèi)的傳播特性?？梢詫⑦@些物品作為阻擋物來(lái)處理，適用3中的路徑損耗模型。附錄1提供了一個(gè)計(jì)算多層材料的反射特性和傳輸特性的方法，它用ABCD矩陣公式作為一個(gè)替代的計(jì)算方法。8物體在房間中移動(dòng)的影響人和物體在房間內(nèi)移動(dòng)引起室內(nèi)傳播特性隨時(shí)間變化。但是，與可能要使用的數(shù)據(jù)速率相比，這一變化速度是很慢的，所以可以把它按實(shí)際上非時(shí)變的隨機(jī)變量來(lái)處理。除了天線附近或直接路徑上有許多人的情況以外，在辦公室和其他地點(diǎn)以及建筑物周圍的人

37、的移動(dòng)對(duì)傳播特性的影響可以忽略不計(jì)。在鏈路的終端都固定不動(dòng)的情況下得到的測(cè)試結(jié)果表明衰落很頻繁(統(tǒng)計(jì)結(jié)果是非常不穩(wěn)定的)， 它或者是由于在給定的鏈路周圍的區(qū)域內(nèi)多徑信號(hào)的擾動(dòng)所造成的，或者是由于人們通過(guò)該鏈路而出現(xiàn)的陰影效應(yīng)所造成的。在1.7GHz上進(jìn)行的測(cè)量結(jié)果表明，一個(gè)人移動(dòng)進(jìn)入視距信號(hào)的路徑中時(shí)，接收到的功率電平會(huì)下降6到8dB,并且Nakagami-Rice分布的K值大大減小。非視距鏈路情況下，人們?cè)谔炀€附近移動(dòng)對(duì)信道沒(méi)有任何顯著的影響。在手持終端的情況下，使用者的頭部和身體附近對(duì)接收信號(hào)電平有影響。在900MHz頻率上，用偶極子天線進(jìn)行的測(cè)量結(jié)果表明，與天線離開(kāi)身體幾個(gè)波長(zhǎng)時(shí)的接收信

38、號(hào)場(chǎng)強(qiáng)相比較，當(dāng)握在終端的機(jī)身上時(shí)，接收信號(hào)強(qiáng)度減小4到7dB,當(dāng)對(duì)著使用者的頭部握住終端時(shí)，接收信號(hào)強(qiáng)度下降1到2dBo當(dāng)天線高度低于1m左右時(shí)，例如在典型的桌上型計(jì)算機(jī)和便攜式計(jì)算機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合下，人們移動(dòng)到用戶終端附近可能會(huì)阻擋視距路徑。 對(duì)這樣的數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合， 衰落的深度和持續(xù)時(shí)間都是很重要的。 在室內(nèi)辦公室大廳環(huán)境中在37GHz上的測(cè)量結(jié)果表明，經(jīng)常能觀測(cè)到10到15dB的衰落。在人們以隨機(jī)的方式連續(xù)穿過(guò)視距路徑時(shí)，由于身體遮擋引起的這些衰落的持續(xù)時(shí)間符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，平均值和標(biāo)準(zhǔn)差與衰落深度有關(guān)。在上述測(cè)量期間，當(dāng)衰落深度為10dB時(shí)，平均持續(xù)時(shí)間為0.11秒，其標(biāo)準(zhǔn)差為0.47秒；當(dāng)衰落深度為15dB時(shí)，平均持續(xù)時(shí)間為0.05秒，其標(biāo)準(zhǔn)差為0.15秒。在70Hz頻率上的測(cè)量結(jié)果已經(jīng)表明，對(duì)應(yīng)于衰落深度為10dB、20dB和30dB時(shí)，由人體遮擋引起的平均衰落持續(xù)時(shí)間分別為0.52秒、0.25秒和0.09秒。在測(cè)試過(guò)程中，估計(jì)人的平均步行速度為