第二章移動(dòng)信道傳播特性

1、2.3 小結(jié)小結(jié)2.2 小尺度衰落小尺度衰落 2.1 大尺度衰落大尺度衰落VHF:30300兆赫兆赫(MHz)UHF:3003000兆赫兆赫(MHz)無(wú)線通信廣泛使用無(wú)線通信廣泛使用VHFVHF、UHFUHF頻段：頻段：SHF:330(GHz)路徑損耗路徑損耗陰影衰落陰影衰落 陰影效應(yīng)陰影效應(yīng)接收信號(hào)除其瞬時(shí)電平產(chǎn)生深度且快速的衰接收信號(hào)除其瞬時(shí)電平產(chǎn)生深度且快速的衰落之外，其局部中值也是變化的，這是由于移動(dòng)無(wú)落之外，其局部中值也是變化的，這是由于移動(dòng)無(wú)線信道傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其他障礙線信道傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其他障礙物對(duì)電波傳播路徑的遮擋而形成的電磁場(chǎng)陰影效應(yīng)物對(duì)電波傳

2、播路徑的遮擋而形成的電磁場(chǎng)陰影效應(yīng)而造成的，稱為陰影衰落。而造成的，稱為陰影衰落。 大尺度大尺度衰落、衰落、慢慢衰落衰落2 2. .1 1大尺度衰落大尺度衰落 1. 1.一般路徑損耗模型（自由空間傳播損耗）一般路徑損耗模型（自由空間傳播損耗）無(wú)線電波從發(fā)射機(jī)天線發(fā)出，可以沿著不同的途徑無(wú)線電波從發(fā)射機(jī)天線發(fā)出，可以沿著不同的途徑和方式到達(dá)接收天線。和方式到達(dá)接收天線。圖圖2-1 2-1 電波傳播典型路徑電波傳播典型路徑 直射波，也稱為視距傳播（直射波，也稱為視距傳播（LOSLOS） 地面反射波；地面反射波； 地表面波。地表面波。除此之外，在移動(dòng)信道中，電波遇到各種障礙物時(shí)除此之外，在移動(dòng)信道中

3、，電波遇到各種障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生反射、繞射和散射現(xiàn)象。會(huì)發(fā)生反射、繞射和散射現(xiàn)象。2.2.直射直射直射波傳播可按自由空間傳播來(lái)考慮。自由空間傳播直射波傳播可按自由空間傳播來(lái)考慮。自由空間傳播是理想的傳播條件。滿足如下條件的電波可視作在自是理想的傳播條件。滿足如下條件的電波可視作在自由空間傳播：由空間傳播：地面上空的大氣層是各向同性的均勻媒質(zhì)；地面上空的大氣層是各向同性的均勻媒質(zhì)；媒質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)媒質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)r r和相對(duì)導(dǎo)磁率和相對(duì)導(dǎo)磁率r r都等于都等于1 1 傳播路徑上沒(méi)有障礙物阻擋，到達(dá)接收天線的地面?zhèn)鞑ヂ窂缴蠜](méi)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)。反射信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)也

4、可以忽略不計(jì)。 由電磁場(chǎng)理論可知，若各向同性天線（亦稱全向天線由電磁場(chǎng)理論可知，若各向同性天線（亦稱全向天線或無(wú)方向性天線）的輻射功率為或無(wú)方向性天線）的輻射功率為P PT T W W，則距輻射源，則距輻射源d d（單位單位m m）處的電場(chǎng)有效值）處的電場(chǎng)有效值E Eo o為：為：磁場(chǎng)有效值磁場(chǎng)有效值H H0 0為：為：T030(V/m)PEdT030(A/m)120PHd單位面積上的電波功率密度單位面積上的電波功率密度S S為：為：若用發(fā)射天線增益為若用發(fā)射天線增益為G GT T的方向性天線取代各向同性天線的方向性天線取代各向同性天線2T2(W/m )4PSdTT030(V/m)P GEdT

5、T030(A/m)120P GHd2TT2(W/m )4P GSd接收天線獲取的電波功率：接收天線獲取的電波功率：PR = SAR A AR R與與G GR R關(guān)系為：關(guān)系為：2 2/4/4為各向同性天線的有效面積。為各向同性天線的有效面積?？梢缘玫剑梢缘玫剑‵riisFriis公式）：公式）：2RR4AG2RTTR4PP G Gd當(dāng)當(dāng)G GR R = =G GT T = 1 = 1時(shí)，時(shí)，自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗L Lfsfs為為以以dBdB計(jì)，得：計(jì)，得：或：或：2RT4PPd2TfsR4PdLP2fs101044(dB)101 g(dB)201 g(dB)ddLoofs1010

6、(dB)32.44201 g(km)201 g(MHz)Lodof 引入隨著環(huán)境而改變的路徑損耗指數(shù)引入隨著環(huán)境而改變的路徑損耗指數(shù)n（26），可以修正自由空間路徑損耗模型），可以修正自由空間路徑損耗模型對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型。對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型。0100(dB)()10 1 gLDFSdLLdn od d0參考距離，參考距離，n=2對(duì)應(yīng)自由空間情況。對(duì)應(yīng)自由空間情況。2、奧村模型（、奧村模型（ Okumura ） Okumura模型是通過(guò)廣泛實(shí)驗(yàn)得到的應(yīng)用模型是通過(guò)廣泛實(shí)驗(yàn)得到的應(yīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的信道模型。于移動(dòng)通信系統(tǒng)的信道模型。為了計(jì)算移動(dòng)信為了計(jì)算移動(dòng)信道中信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度中值（或傳播損

7、耗中值），道中信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度中值（或傳播損耗中值），可將地形可將地形和地物進(jìn)行了和地物進(jìn)行了分類，并以中等起伏地分類，并以中等起伏地形形市區(qū)市區(qū)作傳播基準(zhǔn)作傳播基準(zhǔn)，其他地形地物在此基礎(chǔ)上，其他地形地物在此基礎(chǔ)上修正。修正。地形、地物分類地形、地物分類 （1）地形的分類與定義）地形的分類與定義 為了計(jì)算移動(dòng)信道中信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度中值（或傳為了計(jì)算移動(dòng)信道中信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度中值（或傳播損耗中值），可將地形分為兩大類，即播損耗中值），可將地形分為兩大類，即中等起伏中等起伏地形地形和和不規(guī)則地形不規(guī)則地形，并以中等起伏地形作傳播基準(zhǔn)。，并以中等起伏地形作傳播基準(zhǔn)。 地面起伏高度不超過(guò)地面起伏高度不超過(guò)20m。

8、且起伏緩慢，峰。且起伏緩慢，峰點(diǎn)與谷點(diǎn)之間的水平距離大于起伏高度。點(diǎn)與谷點(diǎn)之間的水平距離大于起伏高度。中等起伏地形中等起伏地形圖圖2-35 2-35 地形起伏高度地形起伏高度h h 地形起伏高度地形起伏高度h h定義為沿傳播方向，在傳播路徑定義為沿傳播方向，在傳播路徑的地形剖面圖上，距接收地點(diǎn)的地形剖面圖上，距接收地點(diǎn)10km10km范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，10%10%高度線高度線和和90%90%高度線的高度差。高度線的高度差。圖圖2-36 2-36 基站天線有效高度基站天線有效高度hbhbbtsgahhh（2）地物（或地區(qū)）分類）地物（或地區(qū)）分類開闊地。在電波傳播的路徑上無(wú)高大樹木、建筑物 等障礙

9、物，呈開闊狀地面。郊區(qū)。在靠近移動(dòng)臺(tái)近處有些障礙物但不稠密。市區(qū)。有較密集的建筑物和高層樓房。3.中等起伏地形上傳播損耗的中值中等起伏地形上傳播損耗的中值（1）市區(qū)傳播損耗的中值）市區(qū)傳播損耗的中值 在估算各種地形地物上的傳播損耗時(shí)，均以中等起伏地面上市區(qū)的損耗中值或場(chǎng)強(qiáng)中值作為基準(zhǔn)，因而把它稱作基準(zhǔn)中值或基本中值。圖圖2-37 2-37 中等起伏地上市區(qū)基本損耗中值中等起伏地上市區(qū)基本損耗中值通信距離通信距離頻率頻率 如果基站天線的高度不是200m，則損耗中值的差異用基站天線高度增益因子Hb(hb,d)表示。 同理，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)天線高度不是3m時(shí)，需用移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子Hm(hm,f )加以

10、修正。圖圖2-38 2-38 天線高度增益因子天線高度增益因子通信距離通信距離 此外，市區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)中值還與街道走向（相對(duì)于電波傳播方向）有關(guān)?？v向路線（與電波傳播方向相平行）的損耗中值明顯小于橫向路線（與傳播方向相垂直）的損耗中值。圖圖2-39 2-39 街道走向修正曲線街道走向修正曲線2.郊區(qū)和開闊地?fù)p耗的中值郊區(qū)和開闊地?fù)p耗的中值 郊區(qū)的建筑物一般是分散、低矮的，故電波傳播條件優(yōu)于市區(qū)。郊區(qū)場(chǎng)強(qiáng)中值與基準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)中值之差稱為郊區(qū)修正因子，記作Kmr。 圖圖2-40 2-40 郊區(qū)修正因子郊區(qū)修正因子圖圖2-41 2-41 開闊地、準(zhǔn)開闊地修正因子開闊地、準(zhǔn)開闊地修正因子通信距離通信距離4.不規(guī)則

11、地形上傳播損耗的中值不規(guī)則地形上傳播損耗的中值（1）丘陵地的修正因子）丘陵地的修正因子hK 對(duì)于地形起伏達(dá)數(shù)次以上的情況，丘陵地的地形對(duì)于地形起伏達(dá)數(shù)次以上的情況，丘陵地的地形參數(shù)用地形起伏高度參數(shù)用地形起伏高度hh表征。表征。 隨著丘陵地起伏高度h的增大，由于屏蔽影響的增大，傳播損耗隨之增大，因而場(chǎng)強(qiáng)中值隨之減小。 丘陵地平均修正因子Kh 此外，在丘陵地中，場(chǎng)強(qiáng)中值在起伏地的頂部與谷部必然有較大差異，需要對(duì)場(chǎng)強(qiáng)中值進(jìn)一步加以修正。丘陵地微小修正因子Khf 圖圖2-42 2-42 丘陵地場(chǎng)強(qiáng)中值修正因子丘陵地場(chǎng)強(qiáng)中值修正因子（2）孤立山岳修正因子）孤立山岳修正因子K Kjsjs 當(dāng)電波傳播路徑

12、上有近似刃形的單獨(dú)山岳時(shí)，求山背后的電場(chǎng)強(qiáng)度，從相應(yīng)的自由空間場(chǎng)強(qiáng)中減去刃峰繞射損耗即可。但對(duì)天線高度較低的陸上移動(dòng)臺(tái)來(lái)說(shuō)，還必須考慮障礙物的陰影效應(yīng)和屏蔽吸收等附加損耗。由于附加損耗不易計(jì)算，故仍采用統(tǒng)計(jì)方法給出修正因子Kjs曲線。圖圖2-43 2-43 孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子K Kjsjs（3）斜波地形修正因子）斜波地形修正因子K Kspsp 斜坡地形系指在510km范圍內(nèi)的傾斜地形。若在電波傳播方向上，地形逐漸升高，稱為正斜坡，傾角為 +m；反之為負(fù)斜坡，傾角為m。圖圖2-44 2-44 斜坡地形修正因子斜坡地形修正因子K Kspsp（4）水陸混合路徑修正因子）水陸混合路徑修正

13、因子K Ks s 在傳播路徑中如遇有湖泊或其他水域，接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)往往比全是陸地時(shí)要高。為估算水陸混合路徑情況下的場(chǎng)強(qiáng)中值，用水面距離dSR與全程距離d的比值作為地形參數(shù)。此外，水陸混合路徑修正因子Ks的大小還與水面所處的位置有關(guān)。圖圖2-45 2-45 水陸混合路徑修正因子水陸混合路徑修正因子5.任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值（1）中等起伏的市區(qū)傳播損耗中值）中等起伏的市區(qū)傳播損耗中值L LTmbbmm( ,)(,)(,)TfsLLAf dHhdHhf（2）中等起伏的市區(qū)中接收信號(hào)的功率中值）中等起伏的市區(qū)中接收信號(hào)的功率中值PP 中等起伏的市區(qū)接收信號(hào)的功率中值中

14、等起伏的市區(qū)接收信號(hào)的功率中值P PP P（不考慮街（不考慮街道走向）可由下式確定：道走向）可由下式確定：0pmbbmm( ,)(,)(,)1442443TTTfsPPPLPLAf dHhdHhfP P0 0：自由空間傳播條件下的接收信號(hào)的功率：自由空間傳播條件下的接收信號(hào)的功率20Tbm4PPG GdP PT T：發(fā)射機(jī)送至天線的發(fā)射功率；：發(fā)射機(jī)送至天線的發(fā)射功率； ：工作波長(zhǎng)；：工作波長(zhǎng)；d d：收發(fā)天線間的距離；：收發(fā)天線間的距離；p0mbbmm( ,)(,)(,)PPAf dHhdHhfGbGb：基站天線增益；：基站天線增益；GmGm：移動(dòng)臺(tái)天線增益；：移動(dòng)臺(tái)天線增益；Am(f, d

15、)Am(f, d)：中等起伏的市區(qū)的基本損耗中值，：中等起伏的市區(qū)的基本損耗中值，Hb(hb, d)Hb(hb, d)：基站天線高度增益因子：基站天線高度增益因子Hm(hm, f)Hm(hm, f)：移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子：移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子p0mbbmm( ,)(,)(,)PPAf dHhdHhf(1)(1)任意地形地區(qū)的傳播損耗中值任意地形地區(qū)的傳播損耗中值A(chǔ)TTLLKL LT T為中等起伏的市區(qū)傳播損耗中值為中等起伏的市區(qū)傳播損耗中值,TfsmbbmmLLAf dHh dHhd2.任意地形地區(qū)接收信號(hào)的功率中值任意地形地區(qū)接收信號(hào)的功率中值P Ppcpc (2) 任意地形地區(qū)接收信號(hào)

16、的功率中值任意地形地區(qū)接收信號(hào)的功率中值ppcT() 144244 3TATTTTTPPPLPLKPLK地形地物修正因子地形地物修正因子K KT T一般可寫成一般可寫成TmrorhhfjsspsKKQQKKKKKK Kmrmr：郊區(qū)修正因子；：郊區(qū)修正因子；Q Q0 0、Q Qr r：開闊地或準(zhǔn)開闊地修正因子；：開闊地或準(zhǔn)開闊地修正因子；K Kh h、K Khfhf：丘陵地修正因子及微小修正因子；：丘陵地修正因子及微小修正因子；K Kjsjs：孤立山岳修正因子；：孤立山岳修正因子；K Kspsp：斜坡地形修正因子；：斜坡地形修正因子；K Ks s：水陸混合路徑修正因子。：水陸混合路徑修正因子。

17、 例：某一移動(dòng)信道，工作頻段為例：某一移動(dòng)信道，工作頻段為450MHz450MHz，基站天線，基站天線高度為高度為50m50m，天線增益為，天線增益為6dB6dB，移動(dòng)臺(tái)天線高度為，移動(dòng)臺(tái)天線高度為3m3m，天，天線增益為線增益為0dB0dB；在市區(qū)工作，傳播路徑為中等起伏地形，；在市區(qū)工作，傳播路徑為中等起伏地形，通信距離為通信距離為l0kml0km，試求：，試求：（1 1）傳播路徑損耗中值；）傳播路徑損耗中值；（2 2）基站發(fā)射機(jī)送至天線的信號(hào)功率為）基站發(fā)射機(jī)送至天線的信號(hào)功率為10W10W，求移動(dòng)，求移動(dòng)臺(tái)天線得到的信號(hào)功率中值。臺(tái)天線得到的信號(hào)功率中值。解：（解：（1 1）根據(jù)巳知條

18、件，）根據(jù)巳知條件，K KT T = 0 = 0，L LA A = L = LT T，自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗 = 32.44 + 20lgf + 20lgd= 32.44 + 20lgf + 20lgd =32.44 + 20lg450 + 20lg10 =32.44 + 20lg450 + 20lg10 =105.5dB =105.5dBfsL市區(qū)基本損耗中值市區(qū)基本損耗中值m,27dBAf d 基站天線高度增益因子基站天線高度增益因子bb,12dBHh d 移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子,0mmHhddB傳播路徑損耗中值傳播路徑損耗中值105.527 12144.5

19、ATLLdB中等起伏的市區(qū)中接收信號(hào)的功率中值中等起伏的市區(qū)中接收信號(hào)的功率中值2pTbmmbbmmTfsbmmbbmmTbmT( ,)(,)(,)4 ( ,)(,)(,) 10lg1060 144.5128.5dBW98.5dBmPPG GAf dHhdHhfdPLGGAf dHhdHhfPGGL 若上題改為郊區(qū)工作，傳播路徑是正斜坡，若上題改為郊區(qū)工作，傳播路徑是正斜坡，且且 ，其他條件不變，再求傳播路徑損耗中，其他條件不變，再求傳播路徑損耗中值及接收信號(hào)功率中值。值及接收信號(hào)功率中值。解：解：L LA A = =L LT T- -K KT T，由上例已求得，由上例已求得 。地形地。地形地

20、區(qū)修正因子區(qū)修正因子K KT T只需考慮郊區(qū)修正因子只需考慮郊區(qū)修正因子 和斜坡修正和斜坡修正因子因子144.5TLdBmrKspK15mradmspTmrKKK查表得查表得=12.5dB=12.5dBmrK=3dB=3dBspK所以傳播路徑損耗中值所以傳播路徑損耗中值144.5 15.5129dBATTTmrspLLKLKK接收信號(hào)功率中值接收信號(hào)功率中值PCTbmA 106 129113dBW83dBmPPGGL 或或PCPT 128.515.511383PPKdBwdBdBwdBm 3. Hata模型模型 Hata Hata模型適用的頻率范圍為模型適用的頻率范圍為1501501500MH

21、z1500MHz。與。與OkumuraOkumura處理方法一樣，以市區(qū)傳播損耗為基準(zhǔn)，其他處理方法一樣，以市區(qū)傳播損耗為基準(zhǔn)，其他地形地物在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修正。地形地物在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修正。 市區(qū)的中值路徑損耗的標(biāo)準(zhǔn)公式為（市區(qū)的中值路徑損耗的標(biāo)準(zhǔn)公式為（CCIRCCIR采納的建采納的建議）（單位為議）（單位為dBdB） 69.5526.16lg13.82lg44.96.55lglgurbancbmbLfha hhd 是移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)的有效天線高度的修正因子，是移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)的有效天線高度的修正因子，取決于所處傳播環(huán)境。取決于所處傳播環(huán)境。cmc2mmc2mc(1.1lg0.7)(1.56lg0.8

22、)dB()8.29(lg1.54)1.1dB300MHz3.2(lg11.754)4.97 dB300MHzfhfa hhfhf中小城市大城市 大城市ma h在在HataHata模型中，郊區(qū)修正因子模型中，郊區(qū)修正因子 的公式為的公式為mrK2K2lg(/ 2.8)5.4mrcf郊區(qū)路徑損耗為郊區(qū)路徑損耗為suburbanurbanmrLLK開闊的農(nóng)村地帶的修正因子開闊的農(nóng)村地帶的修正因子 的公式為的公式為0Q2cc4.78 lg18.33lg40.94oQff開闊的農(nóng)村地帶路徑損耗為開闊的農(nóng)村地帶路徑損耗為ruralurbanoLLQ4 .COST-231/Walfish/IkegamiCO

23、ST-231/Walfish/Ikegami模型模型 歐洲研究委員會(huì)歐洲研究委員會(huì)COST-231COST-231在在WalfishWalfish和和IkegamiIkegami分分別提出的模型的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)加以完善而提出了別提出的模型的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)加以完善而提出了COST-231/Walfish/IkegamiCOST-231/Walfish/Ikegami模型。模型。COST-231COST-231適用于微小適用于微小區(qū)的工程設(shè)計(jì)。區(qū)的工程設(shè)計(jì)。該模型中的主要參數(shù)有：該模型中的主要參數(shù)有： 建筑物高度建筑物高度h hroofroof(m)(m) 道路寬度道路寬度w(m)w(m)

24、 建筑物的間隔建筑物的間隔b(m)b(m)圖圖2-46 COST-231/Walfish/Ikegami2-46 COST-231/Walfish/Ikegami模型中的參數(shù)定義模型中的參數(shù)定義該模型適用的范圍：該模型適用的范圍： 頻率頻率f f：8008002 000MHz2 000MHz 距離距離d d：0.020.025km5km 基站天線高度基站天線高度h hb b：4 450m50m 移動(dòng)臺(tái)天線高度移動(dòng)臺(tái)天線高度h hm m：1 13m3mCOST-231/Walfish/IkegamiCOST-231/Walfish/Ikegami模型根據(jù)傳播路徑是視距模型根據(jù)傳播路徑是視距和非視

25、距分別給出了無(wú)線鏈路的基本傳輸損耗。和非視距分別給出了無(wú)線鏈路的基本傳輸損耗。（2）非視距傳播的基本傳輸損耗）非視距傳播的基本傳輸損耗 非視距傳播的路徑損耗的計(jì)算公式為非視距傳播的路徑損耗的計(jì)算公式為fmsdrtsLLLL為自由空間傳播損耗為自由空間傳播損耗fL32.420lg ()20lg()fLd kmf MHz（1 1）視距傳播的基本傳輸損耗）視距傳播的基本傳輸損耗 視距傳播路的徑損耗計(jì)算公式為視距傳播路的徑損耗計(jì)算公式為 42.626lg20lgLdfbshadfmsdmsdlglg9lg0LKKdKfbLL0 為連排房屋建筑引起的多重屏障的繞射損耗，為連排房屋建筑引起的多重屏障的繞射

26、損耗，計(jì)算公式為計(jì)算公式為msdL 和和 表示由于基站天線高度降低而增加的路徑損耗；表示由于基站天線高度降低而增加的路徑損耗；K Kd d和和K Kf f為為L(zhǎng) Lmsdmsd與距離與距離d d和頻率和頻率f f相關(guān)的修正因子相關(guān)的修正因子aKbshLbbroofbshbroof18lg(1)0hhhLhhbroofabbroofbbroof54540.80.5km540.8/0.50.5kmhhKhhhdh dhhd且且broofdbroofbroof18185/hhKhhhh f40.7(/925 1)4 1.5(/925 1)fKf 區(qū)密度數(shù)目的郊區(qū)中心大城市中心中等城市及具有中等hb

27、= hbhroofL Lrtsrts為從屋頂?shù)浇值赖睦@射和散射損耗為從屋頂?shù)浇值赖睦@射和散射損耗moriroofmrtsrts16.9 10lg10lg20lg00wfhL hhLL式中，式中，w w為街道寬度，單位為為街道寬度，單位為m m； 為建筑物為建筑物屋頂?shù)母叨任蓓數(shù)母叨?與移動(dòng)臺(tái)天線高度與移動(dòng)臺(tái)天線高度 之差；之差；LoriLori為街道為街道取向因子。取向因子。mmroofhhhroofhmhori10+0.354035= 2.5 + 0.075(35)35554.00.114(55)5590L COST-231COST-231推薦使用下述默認(rèn)值：推薦使用下述默認(rèn)值： b= 20

28、 b= 2050m50m； w = b/2 w = b/2； = 90roof32 ()0h斜頂樓層高；平頂圖圖2-47 COST-231/Walfish/Ikegami2-47 COST-231/Walfish/Ikegami模型和模型和HataHata模型的比較模型的比較0010 l gwallFloordPLPLn oFFd5 .Motley-KeenanMotley-Keenan模型模型6 .射線追蹤模型射線追蹤模型 Okumura、COST231和和Hata模型，是通過(guò)對(duì)模型，是通過(guò)對(duì)大量測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和擬合，得到的圖表或公式大量測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和擬合，得到的圖表或公式。經(jīng)驗(yàn)性模型

29、統(tǒng)計(jì)地考慮所有的環(huán)境影響，但并不。經(jīng)驗(yàn)性模型統(tǒng)計(jì)地考慮所有的環(huán)境影響，但并不能很準(zhǔn)確地反映城區(qū)建筑物對(duì)于傳播模型的影響。能很準(zhǔn)確地反映城區(qū)建筑物對(duì)于傳播模型的影響。 射線追蹤技術(shù)是光學(xué)的射線技術(shù)在電磁計(jì)算領(lǐng)域射線追蹤技術(shù)是光學(xué)的射線技術(shù)在電磁計(jì)算領(lǐng)域中的應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確地考慮到電磁波的各種傳播途徑，中的應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確地考慮到電磁波的各種傳播途徑，包括直射、反射、繞射、透射等，并考慮到影響電波包括直射、反射、繞射、透射等，并考慮到影響電波傳播的各種因素，從而針對(duì)不同的具體場(chǎng)景做準(zhǔn)確的傳播的各種因素，從而針對(duì)不同的具體場(chǎng)景做準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)。 射線跟蹤模型一般基于射線跟蹤或射線發(fā)射兩項(xiàng)或射線跟蹤模型

30、一般基于射線跟蹤或射線發(fā)射兩項(xiàng)或其中一項(xiàng)的射線路徑搜索技術(shù)。其中一項(xiàng)的射線路徑搜索技術(shù)。 射線跟蹤是基于鏡像的電磁理論，它考慮所有的物射線跟蹤是基于鏡像的電磁理論，它考慮所有的物體作為潛在的發(fā)射物并且計(jì)算發(fā)射源像的位置。射線體作為潛在的發(fā)射物并且計(jì)算發(fā)射源像的位置。射線經(jīng)過(guò)路徑按照接收機(jī)，發(fā)射機(jī)和相關(guān)的像的位置構(gòu)成。經(jīng)過(guò)路徑按照接收機(jī)，發(fā)射機(jī)和相關(guān)的像的位置構(gòu)成。 射線發(fā)射是從發(fā)射機(jī)發(fā)射出很多角度離散的測(cè)試射射線發(fā)射是從發(fā)射機(jī)發(fā)射出很多角度離散的測(cè)試射線。射線傳播時(shí)，受當(dāng)前環(huán)境的物體影響而產(chǎn)生功率線。射線傳播時(shí)，受當(dāng)前環(huán)境的物體影響而產(chǎn)生功率損耗。當(dāng)射線功率下降到預(yù)先設(shè)置值以下時(shí)，射線終損耗。

31、當(dāng)射線功率下降到預(yù)先設(shè)置值以下時(shí)，射線終止傳播。止傳播。Volcano模型模型WaveSight模型模型WinProp模型模型都可以集成在多種網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件中。都可以集成在多種網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件中。 中興通訊在香港的中興通訊在香港的LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃項(xiàng)目中，考慮網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃項(xiàng)目中，考慮到香港地區(qū)復(fù)雜的無(wú)線傳播環(huán)境，為了進(jìn)行精確到香港地區(qū)復(fù)雜的無(wú)線傳播環(huán)境，為了進(jìn)行精確的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，獲得準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果，使用了的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，獲得準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果，使用了Volcano 射線追蹤模型。射線追蹤模型。 Volcano是由法國(guó)是由法國(guó)Siradel公司開發(fā)的包含了射線追公司開發(fā)的包含了射線追蹤技術(shù)的傳播模型。根據(jù)天線高度和電波

32、的主要傳播蹤技術(shù)的傳播模型。根據(jù)天線高度和電波的主要傳播方式定義為方式定義為3種傳播場(chǎng)景：種傳播場(chǎng)景：宏蜂窩宏蜂窩(Macrocell)：發(fā)射天線高于周圍建筑物：發(fā)射天線高于周圍建筑物微蜂窩微蜂窩(Microcell)：發(fā)射天線低于周圍建筑物：發(fā)射天線低于周圍建筑物Mini 蜂窩蜂窩(Minicell)：發(fā)射天線介于兩者之間：發(fā)射天線介于兩者之間 射線跟蹤模型需要高精度射線跟蹤模型需要高精度(至少至少5m精度精度)含含3D建筑物信息的數(shù)字地圖，預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性與建筑物信息的數(shù)字地圖，預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性與數(shù)字地圖的精確性以及站點(diǎn)工程參數(shù)數(shù)字地圖的精確性以及站點(diǎn)工程參數(shù)(天線位天線位置、天線高度、方向角、下

33、傾角等置、天線高度、方向角、下傾角等)設(shè)置的準(zhǔn)設(shè)置的準(zhǔn)確性密切相關(guān)。確性密切相關(guān)。 在使用了高精度的在使用了高精度的3D地圖的基礎(chǔ)上，還需地圖的基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)行大量的傳播特性測(cè)試和模型校正，使得要進(jìn)行大量的傳播特性測(cè)試和模型校正，使得模型的預(yù)測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確。模型的預(yù)測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確。 Winprop模型是德國(guó)模型是德國(guó)AWE公司開發(fā)的一種高公司開發(fā)的一種高性能的傳播模型，同時(shí)支持室內(nèi)微蜂窩和室外宏性能的傳播模型，同時(shí)支持室內(nèi)微蜂窩和室外宏蜂窩的高精度預(yù)測(cè)。蜂窩的高精度預(yù)測(cè)。 采用射線追蹤模型仿真時(shí)，需要耗費(fèi)的計(jì)算時(shí)間較采用射線追蹤模型仿真時(shí)，需要耗費(fèi)的計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，可能是普通經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膸妆丁资?/p>

34、。長(zhǎng)，可能是普通經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膸妆?、幾十倍?在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，是否采用高精度射線追蹤模型在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，是否采用高精度射線追蹤模型要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需求決定。此外，高精度射線追蹤要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需求決定。此外，高精度射線追蹤模型的準(zhǔn)確性是建立在高精度的電子地圖及準(zhǔn)確的站模型的準(zhǔn)確性是建立在高精度的電子地圖及準(zhǔn)確的站點(diǎn)信息基礎(chǔ)上的，缺乏這些先決條件就無(wú)法達(dá)到應(yīng)有點(diǎn)信息基礎(chǔ)上的，缺乏這些先決條件就無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的仿真效果。的仿真效果。 2. 2 小尺度衰落小尺度衰落 1. 1. 傳播路徑與信號(hào)衰落傳播路徑與信號(hào)衰落 假設(shè)反射系數(shù)假設(shè)反射系數(shù)R = 1（鏡面反射），則合成場(chǎng)強(qiáng)（鏡面反射），則合成場(chǎng)強(qiáng)E為

35、：為： 1222jj012(1ee)ddEE移動(dòng)信道的傳播路徑移動(dòng)信道的傳播路徑 直射波與地面反射波的合成場(chǎng)強(qiáng)將隨反直射波與地面反射波的合成場(chǎng)強(qiáng)將隨反射系數(shù)以及路徑差的變化而變化，有時(shí)會(huì)射系數(shù)以及路徑差的變化而變化，有時(shí)會(huì)同同相相加相相加，有時(shí)會(huì)，有時(shí)會(huì)反相抵消反相抵消，這就造成了合成，這就造成了合成波的衰落現(xiàn)象。波的衰落現(xiàn)象。| |R R| |越接近于越接近于1 1，衰落就越嚴(yán)，衰落就越嚴(yán)重重 。典型信號(hào)衰落特性典型信號(hào)衰落特性 衰落衰落：是由多徑傳播的同一信號(hào)的接收所產(chǎn)生的。根：是由多徑傳播的同一信號(hào)的接收所產(chǎn)生的。根據(jù)這些到達(dá)信號(hào)相位的不同，合成信號(hào)相消或者相長(zhǎng)，據(jù)這些到達(dá)信號(hào)相位的不同

36、，合成信號(hào)相消或者相長(zhǎng)，根據(jù)這些到達(dá)信號(hào)相位的不同，合成信號(hào)相消或者相長(zhǎng)，根據(jù)這些到達(dá)信號(hào)相位的不同，合成信號(hào)相消或者相長(zhǎng)，即使只經(jīng)過(guò)很短的距離，觀測(cè)到的接收信號(hào)的幅值也會(huì)即使只經(jīng)過(guò)很短的距離，觀測(cè)到的接收信號(hào)的幅值也會(huì)有非常大的不同。有非常大的不同。小尺度小尺度衰落衰落圖圖2-12 fc=2.5GHz2-12 fc=2.5GHz時(shí)相長(zhǎng)干擾（上圖）和相消干擾（下圖）的相位差變化不時(shí)相長(zhǎng)干擾（上圖）和相消干擾（下圖）的相位差變化不到到0.1ns0.1ns，相應(yīng)的距離，相應(yīng)的距離3cm3cm。( (路損和陰影衰落不變）路損和陰影衰落不變） 多徑時(shí)散多徑時(shí)散: :多徑效應(yīng)在時(shí)域上將導(dǎo)致接收信號(hào)波形多

37、徑效應(yīng)在時(shí)域上將導(dǎo)致接收信號(hào)波形 被展寬被展寬。 圖圖2-152-15多徑多徑色散色散2 2、時(shí)間色散時(shí)間色散頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落圖圖2-16 2-16 時(shí)變多徑信道響應(yīng)示例時(shí)變多徑信道響應(yīng)示例 時(shí)間色散參數(shù)時(shí)間色散參數(shù)平均附加時(shí)延平均附加時(shí)延 定義為定義為E E( ( ) )的一階矩的一階矩: : 時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延擴(kuò)展為為E E( ( ) )的均方根的均方根: : 0E( )d22200()( )d( )dEE 參數(shù)市區(qū)郊區(qū)平均附加時(shí)延i /s對(duì)應(yīng)路徑距離差/m1.52.54507500.12.030600時(shí)延擴(kuò)展 /s1.03.00.22.0最大附加時(shí)max /s5.0123.012

38、頻率選擇性衰落與頻率選擇性衰落與相關(guān)帶寬相關(guān)帶寬 相干帶寬相干帶寬BcBc是一頻率范圍的統(tǒng)計(jì)度量值，在此頻率是一頻率范圍的統(tǒng)計(jì)度量值，在此頻率范圍內(nèi)，信道可認(rèn)為是平坦的，即此范圍內(nèi)所有頻率范圍內(nèi)，信道可認(rèn)為是平坦的，即此范圍內(nèi)所有頻率分量具有近似相等的增益和線性相位。分量具有近似相等的增益和線性相位。 兩徑信道兩徑信道 圖圖2-19 2-19 兩徑信道模型兩徑信道模型(r=1)(r=1)兩路徑信道的等效網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)兩路徑信道的等效網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)( )( )02c(j )( )(j )=1e2cose(j )2jtjtirtHx c(j )Hc1=2Bt( )2 cos2t圖圖2-29 2-29

39、平坦衰落信道特性平坦衰落信道特性圖圖2-30 2-30 頻率選擇性信道特性頻率選擇性信道特性sT2 2、頻率、頻率色散色散時(shí)間選擇性衰落時(shí)間選擇性衰落 由于移動(dòng)臺(tái)的高速移動(dòng)而產(chǎn)生的傳播信號(hào)由于移動(dòng)臺(tái)的高速移動(dòng)而產(chǎn)生的傳播信號(hào)頻率的擴(kuò)散，稱為多普勒效應(yīng)。頻率的擴(kuò)散，稱為多普勒效應(yīng)。 d1cos2ft圖圖2-13多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)dtcosdt 兩處接收信號(hào)的路程差兩處接收信號(hào)的路程差: :由路程差引起的相位差由路程差引起的相位差: :cos22dt引起的頻率變化引起的頻率變化: :圖圖2-142-14多徑與多普勒多徑與多普勒頻移頻移接收信號(hào)頻率升高接收信號(hào)頻率升高接收信號(hào)頻率降低接收信號(hào)頻率降

40、低 相干時(shí)間相干時(shí)間: :相干時(shí)間用來(lái)表征信道頻率色散對(duì)應(yīng)的時(shí)域時(shí)變特相干時(shí)間用來(lái)表征信道頻率色散對(duì)應(yīng)的時(shí)域時(shí)變特性性。相干時(shí)間是信道沖激響應(yīng)維持不變的時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)相干時(shí)間是信道沖激響應(yīng)維持不變的時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)平均值。平均值。 時(shí)間選擇性衰落對(duì)數(shù)字信號(hào)誤碼有明顯的影響，為時(shí)間選擇性衰落對(duì)數(shù)字信號(hào)誤碼有明顯的影響，為了減少這種影響了減少這種影響, ,要求基帶信號(hào)的符號(hào)周期要遠(yuǎn)小于信要求基帶信號(hào)的符號(hào)周期要遠(yuǎn)小于信道的相干時(shí)間。道的相干時(shí)間。cd1TB時(shí)間選擇性衰落（快衰落）和時(shí)間平坦衰落（慢衰落）時(shí)間選擇性衰落（快衰落）和時(shí)間平坦衰落（慢衰落） 信道的時(shí)變性通過(guò)相干時(shí)間信道的時(shí)變性通過(guò)相干時(shí)間

41、Tc和多普勒擴(kuò)展和多普勒擴(kuò)展Bd來(lái)表來(lái)表征。符號(hào)間隔征。符號(hào)間隔Ts，帶寬，帶寬Bs = 1/Ts， TsTc (BsBd)信號(hào)經(jīng)歷快衰落，稱信道為快衰信號(hào)經(jīng)歷快衰落，稱信道為快衰落信道；反之，為慢衰落信道。落信道；反之，為慢衰落信道。移動(dòng)通信中，由于基站和移動(dòng)臺(tái)周圍散射環(huán)境不同移動(dòng)通信中，由于基站和移動(dòng)臺(tái)周圍散射環(huán)境不同, ,從而產(chǎn)生了角度色散，使得位于不同位置的天線經(jīng)歷的衰從而產(chǎn)生了角度色散，使得位于不同位置的天線經(jīng)歷的衰落不同，即產(chǎn)生了空間選擇性衰落。落不同，即產(chǎn)生了空間選擇性衰落。 角度擴(kuò)展角度擴(kuò)展 角度擴(kuò)展角度擴(kuò)展 rmsrms是用來(lái)表征空間選擇性衰落的重要參數(shù)是用來(lái)表征空間選擇性衰

42、落的重要參數(shù) 3 3、角度色散角度色散空間選擇性衰落空間選擇性衰落 相關(guān)距離相關(guān)距離 相關(guān)距離相關(guān)距離D Dc c是指信道沖激響應(yīng)保證一定相關(guān)度的空是指信道沖激響應(yīng)保證一定相關(guān)度的空間距離。隨著角度擴(kuò)展的增加，相關(guān)距離減少，反之間距離。隨著角度擴(kuò)展的增加，相關(guān)距離減少，反之亦然。估計(jì)相關(guān)距離的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式為亦然。估計(jì)相關(guān)距離的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式為 D Dc c2 2 / / rmsrms 2.2.多徑效應(yīng)多徑效應(yīng) 移動(dòng)信道由于多徑傳播和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致小尺移動(dòng)信道由于多徑傳播和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致小尺度衰落的產(chǎn)生，其主要效應(yīng)表現(xiàn)為：度衰落的產(chǎn)生，其主要效應(yīng)表現(xiàn)為： 信號(hào)強(qiáng)度隨距離（或時(shí)間）在短距離內(nèi)（或短信

43、號(hào)強(qiáng)度隨距離（或時(shí)間）在短距離內(nèi)（或短時(shí)間間隔內(nèi)）發(fā)生急劇變化；時(shí)間間隔內(nèi)）發(fā)生急劇變化； 多徑信號(hào)不同的多普勒頻移引起隨機(jī)頻率調(diào)制，多徑信號(hào)不同的多普勒頻移引起隨機(jī)頻率調(diào)制，或頻率色散；或頻率色散； 多徑傳播不同時(shí)延引起的時(shí)間彌散，不同到達(dá)多徑傳播不同時(shí)延引起的時(shí)間彌散，不同到達(dá)角引起角度色散。角引起角度色散。 (1)(1)多徑信道的沖激響應(yīng)模型多徑信道的沖激響應(yīng)模型時(shí)不變性沖激響應(yīng)信道可表示為時(shí)不變性沖激響應(yīng)信道可表示為: : 工程上可用抽頭延遲線實(shí)現(xiàn)。工程上可用抽頭延遲線實(shí)現(xiàn)。1bc1(, )(, )exp j(2()(, ) ()Niiiiihttfttt i( )exp( j) ()

44、iiih (2).(2).多徑信道的主要參數(shù)多徑信道的主要參數(shù):(:(3 3對(duì)對(duì)) ) 時(shí)間色散參數(shù)和相關(guān)帶寬時(shí)間色散參數(shù)和相關(guān)帶寬: :用功率延遲譜描述用功率延遲譜描述 時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延擴(kuò)展-相干帶寬相干帶寬B Bc c 頻率色散參數(shù)和相干時(shí)間頻率色散參數(shù)和相干時(shí)間: :用多普勒功率譜密度描述用多普勒功率譜密度描述 多普勒擴(kuò)展多普勒擴(kuò)展B Bd d-相干時(shí)間相干時(shí)間T Tc c 角度色散參數(shù)和相關(guān)距離角度色散參數(shù)和相關(guān)距離: :用角度譜描述用角度譜描述 角度擴(kuò)展角度擴(kuò)展 rmsrms-相關(guān)距離相關(guān)距離D Dc c (3)(3)多徑接收信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性多徑接收信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性 移動(dòng)無(wú)線信道接收端的信號(hào)是來(lái)

45、自不同傳播路徑移動(dòng)無(wú)線信道接收端的信號(hào)是來(lái)自不同傳播路徑信號(hào)之和，由于移動(dòng)信道是典型的隨參信道，這樣接信號(hào)之和，由于移動(dòng)信道是典型的隨參信道，這樣接收信號(hào)將不是確定和可預(yù)見的，而是具有很強(qiáng)的隨機(jī)收信號(hào)將不是確定和可預(yù)見的，而是具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，屬于時(shí)變信號(hào)。性，屬于時(shí)變信號(hào)。 瑞利分布瑞利分布設(shè)基站發(fā)射的信號(hào)為設(shè)基站發(fā)射的信號(hào)為 則則第第i i條路徑接收信號(hào)條路徑接收信號(hào) 0000( )expj(2)S tf t002exp j(cos) exp j(2)iiiiS (t)tf t接收信號(hào)為接收信號(hào)為 令令 則接收信號(hào)則接收信號(hào)s (t )可寫成可寫成 1( )( )NiiS tS t2cos

46、iiit11cosNNiiiiixx11sinNNiiiiiyy00jexp j(2)S(t)xyf tx x和和y y都是獨(dú)立隨機(jī)變量之和，根據(jù)概率論中心極限定理，都是獨(dú)立隨機(jī)變量之和，根據(jù)概率論中心極限定理，假設(shè)假設(shè) ，由于由于x和和和和y相互獨(dú)立，因而其聯(lián)合相互獨(dú)立，因而其聯(lián)合概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)p(x, y)可寫為可寫為2221( )e2xxxp x2221( )e2yyyp y222xy222221( , )( ) ( )=e2xyp x yp x p y 將其變換到極坐標(biāo)系將其變換到極坐標(biāo)系( (r r， ),), xx= =r r coscos ，yy= =r r sinsi

47、n ，相應(yīng)的雅克比行列式為相應(yīng)的雅克比行列式為 接收信號(hào)的接收信號(hào)的聯(lián)合概率密度函數(shù)聯(lián)合概率密度函數(shù)為為 222rxyarctanyxcossin( ,)sincos( ,)rx yJrr2222( ,)( ,)e2rrp rp x yJ對(duì)對(duì)積分，可求得包絡(luò)概率密度函數(shù)積分，可求得包絡(luò)概率密度函數(shù)p p( (r r) )為為22222222201( )ede02rrrp rrr同理，對(duì)同理，對(duì)r r積分可求得相位概率密度函數(shù)積分可求得相位概率密度函數(shù)p()p()為為2222011( )ed0222rprr多徑衰落信號(hào)的包絡(luò)服從多徑衰落信號(hào)的包絡(luò)服從瑞利分布瑞利分布，故把這種多徑衰落，故把這種多

48、徑衰落稱為稱為瑞利衰落瑞利衰落。相位服從。相位服從0 022間的間的均勻分布均勻分布。 均值均值0( )( )d1.2532mE rrp rr 均方值均方值2220()( )d2E rr p rr圖圖2-26 2-26 瑞利分布的概率密度瑞利分布的概率密度2ln21.177r1.17701( )d2p rr信號(hào)包絡(luò)中值信號(hào)包絡(luò)中值220( )d1kkp rre 圖圖2-27 2-27 瑞利衰落的累積分布瑞利衰落的累積分布b.萊斯分布萊斯分布 當(dāng)接收信號(hào)中有主導(dǎo)信號(hào)分量時(shí)，比如視距傳播的當(dāng)接收信號(hào)中有主導(dǎo)信號(hào)分量時(shí)，比如視距傳播的信號(hào)到達(dá)時(shí)，視距信號(hào)將成為接收信號(hào)中的主導(dǎo)分量，而信號(hào)到達(dá)時(shí)，視距信號(hào)將成為接收信號(hào)中的主導(dǎo)分量，而其他不同角度到達(dá)的多徑分量將疊加