電波傳播及信道模型第二章

電波傳播及信道模型第二章2.1電波傳播的特點2.2自由空間的電波傳播2.3地面電磁波傳輸機制2.4地面電磁波的射線跟蹤建模2.5路徑傳輸損耗2.6

2.7多徑衰落2.8移動信道統(tǒng)計模型第2章電波傳播及信道模型201603232Multipathfading多徑衰落 約1m Shadowing 陰影衰落 約100m Pathloss 路徑傳輸損耗距離Distance基站Basestation2.1電波傳播的特點2016032332.1電波傳播的特點傳播特征傳播的開放性。無線信道都是基于電磁波在空間的傳播來實現(xiàn)開放式信息傳輸?shù)?。它不同于固定的有線通信，是基于全封閉式的傳輸線來實現(xiàn)信息傳輸?shù)摹＝邮窄h(huán)境的復(fù)雜性。接收點地理環(huán)境的復(fù)雜多樣，一般可將接收點地理環(huán)境分為高樓林立的城市繁華區(qū)、以一般性建筑為主的近郊區(qū)、以山區(qū)和湖泊等為主的農(nóng)村及遠郊區(qū)。通信用戶的隨機移動性。用戶通信一般有3種狀態(tài)：準靜態(tài)的室內(nèi)用戶通信、慢速步行用戶通信、高速車載用戶通信。2016032342.1電波傳播的特點三種損耗路徑損耗：即電波在空間中傳播產(chǎn)生的損耗。它反映出電波在宏觀范圍內(nèi)的空間距離上接收信號電平平均值的變化趨勢。慢衰落損耗：主要是指電波在傳播路徑上受到建筑物等阻擋所產(chǎn)生陰影效應(yīng)時的損耗。它反映出電波在中等范圍內(nèi)的接收信號點評平均值起伏變化趨勢?？焖ヂ鋼p耗：它是反映微觀小范圍接收電平平均值的起伏變化趨勢。其電平幅度分布一般遵從瑞利分布、萊斯分布和納卡伽米分布，變化速度比慢衰落快，因此稱為快衰落?？焖ヂ溥€可分為：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落和時間選擇性衰落。2016032352.1電波傳播的特點四種效應(yīng)陰影效應(yīng)：由于大型建筑物和其他物體遮擋，在電波傳播的接收區(qū)域產(chǎn)生傳播半盲區(qū)。遠近效應(yīng)：由于接收用戶的隨機移動性，移動用戶與基站之間的距離也在隨機的變化，若各種移動用戶發(fā)射信號的功率一樣，那么到達基站時信號的強弱將不同，離基站近的信號強，反之則弱。2016032362.1電波傳播的特點多徑效應(yīng)：由于接收者所處地理環(huán)境復(fù)雜性，使得接收到的信號不僅有直射波的主徑信號，還有從不同建筑物反射及繞射過來的多條不同路徑信號，而且它們到達時的信號強度、到達時間及到達時的載波相位都不一樣。所接收到的信號實際上是各路徑信號的矢量和。多徑效應(yīng)是移動信道中較主要干擾。多普勒效應(yīng)：它是由于接收用戶處于高速移動中，比如車載通信時傳播頻率的擴散而引起的，其擴散程度與用戶運動速度成正比。這一現(xiàn)象只在高速車載通信時出現(xiàn)。201603237大尺度衰落與小尺度衰落對無線電波傳播模型的研究，傳統(tǒng)上集中于距發(fā)射機一定距離處平均接收信號場強的預(yù)測，以及特定位置附近信號場強的變化。對于預(yù)測平均信號場強并用于估計無線覆蓋范圍的傳播模型，由于它們描述的是發(fā)射機與接收機之間長距離（T-R）長距離（幾百米或是幾千米）上的信號場強變化，所以稱為大尺度傳播模型；描述無線電信號在短距離或短時間傳播后其幅度、相位或多徑時延快速變化的稱為小尺度衰落傳播模型。2.1電波傳播的特點201603238當(dāng)移動臺在極小范圍內(nèi)移動時，可能引起瞬時接收場強的快速波動，即小尺度衰落，其原因是接收信號由不同方向信號合成。小尺度衰落也稱為快衰落。由于小尺度衰落變化速度較快，以至于大尺度路徑損耗的影響可以忽略不計。這種衰落是由于同一傳播信號沿兩個或多個路徑傳播，以微小的時間差到達接收機的信號相互干擾所引起的。2.1電波傳播的特點2016032392.1電波傳播的特點無線信道的衰落特性可以用下式描述h(t)表示信道的衰落因子，指接收功率與發(fā)射功率之比。d-α表示路徑傳輸損耗的影響，同傳輸距離成反比，一般取2~5之間。表示陰影衰落的影響，服從正態(tài)分布。表示小尺度衰落的影響，包括多徑等。2016032310(2-1)自由空間傳輸損耗視距傳播2.2自由空間的電波傳播2016032311自由空間傳輸損耗所謂自由空間，嚴格來說應(yīng)指真空。通常把均勻無損耗的無限大空間視為自由空間。該空間具有各向同性、電導(dǎo)率為零、相對介電系數(shù)和相對磁導(dǎo)率均恒為1的特點，這是一種理想情況?，F(xiàn)實的電波傳播媒質(zhì)是有損耗的且是不均勻的，因而電波傳播的過程中除有衰減外，還會出現(xiàn)折射、反射、散射和繞射現(xiàn)象。為了能提供一個比較各種傳播情況的標準，并簡化場強和傳輸損耗的計算方法，才引入了自由空間電波傳播這一概念。2016032312電波傳播方式：發(fā)射機天線發(fā)出的無線電波，可依不同的路徑到達接收機，典型的傳播通路如圖。直射波：沿路徑d從發(fā)射天線直接到達接收天線反射波：沿路徑d1經(jīng)過地面反射到達接收機天線散射波：沿路徑d2經(jīng)建筑物散射到達接收機天線自由空間傳輸損耗2016032313雖然電波在自由空間里傳播不受阻擋，不產(chǎn)生反射、折射、繞射、散射和吸收，但是，當(dāng)電波經(jīng)過一段路徑傳播之后，能量仍會受到衰減，這是由輻射能量的擴散而引起的。由電磁場理論可知，若各向同性天線(亦稱全向天線或無方向性天線)的輻射功率為PT瓦，則距輻射源dm處的電場強度有效值E0為自由空間傳輸損耗2016032314自由空間傳輸損耗磁場強度有效值H0為單位面積上的電波功率密度S為2016032315自由空間傳輸損耗若用發(fā)射天線增益為GT的方向性天線取代各向同性天線，則上述公式應(yīng)改寫為2016032316自由空間傳輸損耗接收天線獲取的電波功率等于該點的電波功率密度乘以接收天線的有效面積，即

PR=SAR

式中，AR為接收天線的有效面積，它與接收天線增益GR滿足下列關(guān)系：式中，λ2/4π為各向同性天線的有效面積。2016032317由前面的公式可導(dǎo)出當(dāng)收、發(fā)天線增益為0dB，即當(dāng)GR=GT=1時，接收天線上獲得的功率為

自由空間傳輸損耗(2-2)(2-3)2016032318自由空間傳輸損耗

由上式可見，自由空間傳播損耗Lfs可定義為以dB計，得或

［Lfs］(dB)=32.45+20lgd(km)+20lgf(MHz)式中，d的單位為km，頻率單位以MHz計。Lossincreased6dBwithadoublefrequencyor

distanced(2-5)(2-6)(2-4)2016032319例2.1假設(shè)發(fā)射機發(fā)射50W的功率，將其換算成(a)

dBm和(b)

dBW。如果該發(fā)射機為單位增益天線，并且載頻為900MHZ，求出在自由空間中距天線100m處的接收功率為多少dBm?

10km處為多少？假定接收天線為單位增益天線。PT(dBm)=10log[PT(mW)]自由空間傳輸損耗=10log[50

×103

mW]=47.0dBm2016032320自由空間傳輸損耗當(dāng)d=100m時，利用公式確定接收功率：當(dāng)d=10km時，接收功率：2016032321自由空間傳輸損耗也可利用公式先計算自由空間的傳輸損耗，再用發(fā)射功率和傳輸損耗計算接收功率：2016032322視距傳播視線傳播極限距離如圖，天線的高度分別為ht和hr，兩個天線頂點的連線AB與地面相切于C點。由于地球等效半徑Re遠遠大于天線高度，不難證明，自發(fā)射天線頂點A到切點C的距離d1為(2-7)2016032323同理，由切點C到接收天線頂點B的距離d2為圖2-2視線距離示意圖視距傳播視線傳播極限距離將Re＝6370km,

h1，h2以米為單位代入，可得H1=10m,h2=2m，可得d0=16.34km在標準大氣折射情況下，Re=8500km,故(2-9)(2-8)2016032324(2-10)視距傳播對于球形地面，通常依據(jù)接收點離開發(fā)射天線的距離將通信區(qū)域分成三種情況：工程計算時盡量保證在亮區(qū)范圍

d

0.7d00.7d0

d

(1.2~1.4)d0

d

(1.2~1.4)d0亮區(qū)半陰影區(qū)陰影區(qū)2016032325作業(yè)思考題與習(xí)題23420160323262.3地面電磁波傳輸機制反射(Reflection)繞射(Diffraction)散射20160323272.3地面電磁波傳輸機制三種最基本的機制：反射、繞射和散射?？梢杂脕砻枋龃蟪叨葌鞑ィ部梢杂脕砻枋鲂〕叨然蚨鄰剿ヂ淠Ｐ?。2016032328阻擋體比傳輸波長大的多的物體產(chǎn)生多徑衰落的主要因素產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則物體阻擋體為尖利邊緣反射散射繞射當(dāng)電波傳播中遇到兩種不同介電常數(shù)的介質(zhì)交界處時，一部分被反射，另一部分則折射進入新介質(zhì)中。由于大地和大氣是不同的介質(zhì)，所以入射波會在界面上產(chǎn)生反射。通常在考慮地面對電波的反射時，按平面波處理，即電波在反射點的反射角等于入射角。不同界面的反射特性用反射系數(shù)R表征，它定義為反射波場強與入射波場強的比值，R可表示為式中，|R|為反射點上反射波場強與入射波場強的振幅比，ψ代表反射波相對于入射波的相移。R=|R|e-jψ反射(Reflection)2016032329反射(Reflection)理想介質(zhì)表面反射如果電磁波傳輸?shù)嚼硐虢橘|(zhì)表面，則能量都將反射回來反射系數(shù)(R)是反射波與入射波的比值

垂直極化水平極化2016032330對于垂直極化波和水平極化波的反射系數(shù)Rv和Rh分別由下列公式計算：反射(Reflection)(2-11)(2-12)式中，ε0是反射媒質(zhì)的等效復(fù)介電常數(shù)，它與介電常數(shù)ε、電導(dǎo)率σ和工作波長λ有關(guān)。2016032331對于地面反射，當(dāng)工作頻率高于150MHz(λ＜2m)時，θ＜1°，由式(2-11)和式(2-12)可得即反射波場強的幅度等于入射波場強的幅度，而相差為180°。Rv=Rh=-1反射(Reflection)2016032332電磁場的極化特性極化：電磁波在傳播過程中，其電場矢量的方向和幅度隨時間變化的狀態(tài)。分類：線極化、圓極化、橢圓極化水平極化：電場方向平行于地面垂直極化：電場方向垂直于地面接收特性：接收天線的極化方式只有與被接收的電磁波極化方式一樣時，才能有效地接收信號。極化失配：影響接收信號質(zhì)量。反射(Reflection)2016032333圖2-4繞射(Diffraction)繞射繞射：當(dāng)接收機和發(fā)射機之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時發(fā)生繞射。由阻擋表面產(chǎn)生的二次波散布于空間，甚至于阻擋體的背面。具有無限寬度、有效高度為h的阻擋屏放在距發(fā)射機d1、接收機d2處。波的實際傳播距離與直線距離是不同的。(其中h<<d1,

d2,

h>>λ,

發(fā)射機高度與接收機高度相差不多。)2016032334圖2-5刃形繞射接收機和發(fā)射機附加路徑長度：相應(yīng)的相位差：繞射(Diffraction)2016032335(h<<d1,

d2,

h>>λ,)

繞射(Diffraction)繞射現(xiàn)象可由惠更斯-菲涅爾原理來解釋惠更斯－菲涅爾原理菲涅爾區(qū)基爾霍夫公式2016032336惠更斯－菲涅爾原理原理波前上每點產(chǎn)生的次級波組合形成傳播方向上新的波前繞射由次級波的傳播進入陰影區(qū)而形成場強為圍繞阻擋物所有次級波的矢量和說明任一P’點，只有夾角為θ即(∠TP′R

)的次級波前能到達接收點R。

θ在0o到180o之間變化，

到達接收點輻射能量與θ成正比。繞射(Diffraction)2016032337菲涅爾區(qū)從發(fā)射點到接收點次級波路徑長度比直接路徑長度大nλ/2的連續(xù)區(qū)域。接收點信號的合成n為奇數(shù)時，兩信號抵消n為偶數(shù)時，兩信號疊加菲涅爾區(qū)同心半徑繞射(Diffraction)(2-15)2016032338繞射(Diffraction)第一菲涅爾區(qū)半徑（n=1）特點在接收點處第一菲涅爾區(qū)的場強是全部場強的一半發(fā)射機和接收機的距離略大于第一菲涅爾區(qū)，則大部分能量可以達到接收機。rn=h2016032339基爾霍夫公式從波前點到空間任何一點的場強式中，E是波面場強，是與波面正交的場強導(dǎo)數(shù)。2016032340繞射(Diffraction)菲涅爾余隙：設(shè)障礙物與發(fā)射點、接收點的相對位置如圖所示，圖中x表示障礙物頂點P至直線TR之間的垂直距離，在傳播理論中x稱為菲涅爾余隙。2016032341（a）負余隙（b）正余隙圖

菲涅爾余隙繞射(Diffraction)障礙物引起的繞射損耗與菲涅爾余隙之間的關(guān)系如圖所示。其中x1稱菲涅爾半徑（第一菲涅爾半徑）。結(jié)論：當(dāng)橫坐標x/x1>0.5時，則障礙物對直射波的傳播基本上沒有影響。當(dāng)x=0時，TR直射線從障礙物頂點擦過時，繞射損耗約6dB；當(dāng)x<0時，TR直射線低于障礙物頂點，損耗急劇增加。2016032342繞射(Diffraction)2016032343圖

繞射損耗與菲涅爾余隙之間的關(guān)系

繞射(Diffraction)例

設(shè)圖所示的傳播路徑中，菲涅爾余隙x=-82m,d1=5km,d2=10km,工作頻率為150MHz。試求出電波傳播損耗。解先由式(3-13)求出自由空間傳播的損耗Lfs為［Lfs］=32.44+20lg150+20lg(5+10)=99.5dB

由式(2-15)求第一菲涅爾區(qū)半徑x1為式中，λ=c/f,c為光速，f為頻率。2016032344繞射(Diffraction)由圖查得附加損耗(x/x1≈-1)為16.5dB,因此電波傳播的損耗L為［L］=［Lfs］+16.5=99.5+16.5=116.0dB2016032345散射散射(Scattering)粗糙表面，反射能量于所有方向表面光滑度的判定粗糙表面下的反射場強2016032346在實際的移動通信環(huán)境中，接收信號強度比單獨繞射和反射模型預(yù)測的要強。這是因為當(dāng)電波遇到粗糙表面時，反射能量由于散射而散布于所有方向，這種散射給接收機提供了額外的能量。散射(Scattering)2016032347給定入射角下的表面平整度的參考高度如果平面上最大的凸起高度h小于hc，則認為表面是光滑的；否則是粗糙的。粗糙平面的的反射系數(shù)要乘以一個散射損耗ρs，以代表減弱的反射場。散射損耗系數(shù)σh為表面高度與平均表面高度的標準偏差。當(dāng)h>hc時，可以用粗糙表面的修正反射系數(shù)Γrough來表示反射場強Γ，即散射(Scattering)2016032348射線跟蹤：根據(jù)電磁波傳播理論計算每條射線的幅度、相位、延遲和極化，然后結(jié)合天線方向圖和系統(tǒng)帶寬得到接收點所有射線的相干合成的結(jié)果。幾何光學(xué)原理：反射、折射和陰影繞射理論：幾何繞射理論(GTD)一致繞射理論(UTD)2.4地面電磁波傳播的射線跟蹤建模2016032349雙射線傳播模型在圖2-7中，由發(fā)射點A發(fā)出的電波分別經(jīng)過直射線(AB)與地面反射路徑(AOB)到達接收點B，由于兩者的路徑不同，從而會產(chǎn)生附加相移。由圖可知，反射波與直射波的路徑差為通常(ht+hr)<<d圖2-7雙射線模型(2-22)2016032350由路徑差Δd引起的附加相移Δφ為式中，2π/λ稱為傳播相移常數(shù)。這時接收點場強E可表示為(2-24)(2-23)雙射線傳播模型接收點信號功率為2016032351η0為自由空間特性阻抗，因為雙射線傳播模型2016032352并考慮到地面?zhèn)鞑キh(huán)境下R≈-1，Δφ<<1(弧度)，所以并接收功率對距離增大呈4次方衰減，這比自由空間中的損耗要快得多。(2-25)(2-27)多射線傳播模型當(dāng)存在建筑物和起伏地形時，接收信號中將包括建筑物等反射的電波。此時可用三徑、四徑等多徑模型來描述移動信道。2016032353(2-28)陸地移動通信的隨參信道大尺度衰落：路徑傳輸損耗、陰影衰落小尺度衰落：多譜勒頻移、多徑對移動信道來說，其傳輸環(huán)境比較復(fù)雜，和自由空間有比較大的區(qū)別，而無線傳播環(huán)境決定了電波傳播的損耗，所以人們通常根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析歸納出基于不同環(huán)境的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，在此基礎(chǔ)上對模型進行校正，使其更加接近實際，更準確。2.5路徑傳輸損耗20160323541.Okumura模型Okumura模型是在無線傳播模型中應(yīng)用最廣泛的一種，適用于頻率在500MHz~1920MHz的宏蜂窩設(shè)計。L

Lfs

Amu

f,

d

GT

hte

GR

hre

GAREAL為傳播路徑損耗中值，單位為dB；

Lfs為自由空間傳播損耗，單位為dB；

Amu為與電磁波工作頻率f和收發(fā)天線之間距離d相關(guān)的損耗因子；GT

hte

為發(fā)射天線的增益，單位為dB；

GR

hre

為接收天線的增益，單位為dB；

GAREA為與地形有關(guān)的增益因子，單位為dB。室外傳播模型20160323552.Okumura-Hata模型Okumura-Hata模型是在Okumura模型的基礎(chǔ)上簡化推演得出的，適用于頻率范圍為150MHz~1500MHz之間，小區(qū)半徑大于1km的宏蜂窩系統(tǒng)的路徑損耗的預(yù)測。L

69.55

26.16lgfc

13.82lghb

hre

44.9

6.55lghb

lgd

Ccell

Cterrainfc為電磁波工作頻率，單位為MHz；

hb為基站天線高度，單位為m，定義為基站天線實際海拔高度與基站沿傳播方向?qū)嶋H距離內(nèi)的平均地面海拔高度之差；hre為接收天線的有效高度，單位為m；

d為基站天線和移動臺天線之間的水平距離，單位為km。Cterrain為地形因子，單位為dB室外傳播模型20160323562.Okumura-Hata模型L

69.55

26.16lgfc

13.82lghb

hre

44.9

6.55lghb

lgd

Ccell

Cterrain

hre

為有效天線修正因子，是覆蓋區(qū)大小的函數(shù)，可由下式計算得到：

Ccell

為小區(qū)類型校正因子，可由下式計算得到：室外傳播模型2016032357中小城市大城市、郊區(qū)、鄉(xiāng)村城市郊區(qū)鄉(xiāng)村3.COST231-Hata模型COST歐洲研究委員會開發(fā)的Hata模型的擴展版本，其應(yīng)用頻率擴展到 1500MHz至2000MHz之間，而其他適用條件與Okumura-Hata模型相同，因此，也有專家稱COST231-Hata模型是Hata模型在2G頻段上的擴展。L

dB

46.3

33.9lgfc

13.82lghte

hre

44.9

6.55lghte

lgd

Ccell

Cterrain

CMCM為大城市中心校正因子，單位為dB：COST231-Hata模型除了頻率衰減系數(shù)、常數(shù)偏移有所改變之外，還加入了大城市中心校正因子CM

，增加了3dB。室外傳播模型2016032358中等城市和郊區(qū)大城市中心地區(qū)4.

COST231-Walfisch-Ikegami模型在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，COST231-Hata模型在高樓密集的城區(qū)的預(yù)測值與實測值之間的誤差比較大。為了改善高樓密集城區(qū)的鏈路計算，根據(jù)實測數(shù)據(jù)并參考Walfisch-Bertoni模型和Ikegami模型的理論基礎(chǔ)，將COST231-Hata模型分成自由空間傳播損耗、屋頂?shù)浇值姥苌浜蜕⑸鋼p耗以及多次屏蔽三個部分。因此這種模型就被稱為COST231-Walfisch-Ikegami模型。由于它考慮了自由空間損耗、從建筑物頂?shù)浇置娴膿p耗以及街道方向的影響，因此，它可以適用于發(fā)射天線高于、等于或低于周圍建筑物的傳播預(yù)測，并廣泛適用于建筑物高度近似一致的郊區(qū)和城區(qū)環(huán)境。其適用的頻率范圍為800MHz~2000MHz。26室外傳播模型2016032359室外傳播模型4.

COST231-Walfisch-Ikegami模型該模型中的主要參數(shù)有：hroof(m)：建筑物屋頂平均高度；w(m)：移動臺所在街道寬度；b(m)：相鄰建筑物中心的距離；φ：街區(qū)軸線與發(fā)射機和接收機天線的夾角。這些參數(shù)的定義見圖2-8。2016032360室外傳播模型4.

COST231-Walfisch-Ikegami模型

(a)模型中所用的參數(shù)；(b)街道方位的定義圖2-8

COST231-WI模型參數(shù)(NLOS)2016032361室外傳播模型4.

COST231-Walfisch-Ikegami模型該模型適用的范圍：頻率f：800～2000MHz；距離d：0.02～5km；基站天線高度hb：4～5m；移動臺天線高度hm：1～3m。2016032362室外傳播模型4.

COST231-Walfisch-Ikegami模型視距傳播(LOS)非視距傳播(NLOS)

1)可視傳播路徑損耗視傳播路徑損耗的計算公式為

L=42.6+26lgd+20lgf(2-35)式中損耗L以dB計算，距離d以km計算，頻率f以MHz計算。(下面公式中的參量單位與該式相同。)2016032363室外傳播模型

2)非可視傳播路徑損耗非可視傳播路徑損耗的計算公式為

(2-36)式中，Lfs是自由空間傳播損耗；Lrts是屋頂至街道的繞射及散射損耗；Lmsd是多重屏障的繞射損耗。

(1)自由空間傳播損耗的計算公式為

Lfs=32.45+20lgd+20lgf

(2-37)2016032364室外傳播模型(2)屋頂至街道的繞射及散射損耗(基于Ikegami模型)的計算公式為(2-38)式中：w為街道寬度(m)；Δhm

=hroof

-hm為基站天線所在公交車處建筑物高度hroof與移動臺天線高度hm之差(m)；Lori是考慮到街道方向的實驗修正值，且0≤φ<35°35°≤φ<55°55°≤φ<90°(2-39)式中的φ是入射電波與街道走向之間的夾角。2016032365室外傳播模型(3)多重屏障的繞射損耗(基于Walfish模型)的計算公式為(2-40)式中，b為沿傳播路徑建筑物之間的距離(m)；Lbsh和Ka表示由于基站天線高度降低而增加的路徑損耗；Kd和Kf表示相互獨立的多重衍射損耗，分別是距離d和頻率f相關(guān)的函數(shù)，與傳播環(huán)境有關(guān)。2016032366參數(shù)的值如下：

(2-41)hb>hroofhb≤hroof

hb>hroof

hb≤hroof且d≥0.5kmhb≤hroof且d＜0.5km

(2-42)室外傳播模型2016032367以上參數(shù)的值如下：室外傳播模型hb>hroof

hb≤hroof

(2-43)用于中等城市及具有中等密度樹木的郊區(qū)中心用于大城市中心(2-44)20160323685.CCIR模型CCIR模型綜合考慮了自由空間路徑損耗和地形引入的路徑損耗對無線電波傳播的影響。計算公式為:L

69.55

26.16lgfc

13.82lghte

hre

44.9

6.55lghte

lgd

B引模型為Hata模型在城市傳播環(huán)境下的應(yīng)用，式中B為地物覆蓋校正因子

B=30-25lg(地面建筑覆蓋率)如果15%的區(qū)域被建筑物覆蓋，則

B=30-25lg15=0dB室外傳播模型20160323696.SPM模型現(xiàn)在很多的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件中經(jīng)常使用標準傳播模型，即SPM（StandardPropagationModel）模型，它是建立在COST231-Hata經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上的。其計算公式為：Loss

K1+K2log10

d+K3log10hb

K4Diff_loss+K5log10hblog10d

K6hre

Clutter_OffsetK1為常數(shù)偏移，單位為dB;K2為與距離有關(guān)的衰落系數(shù)，單位為dB;K3為與發(fā)射天線有關(guān)的衰落系數(shù)，單位為dB;K4為與衍射有關(guān)的衰落系數(shù)，單位為dB；K5為與發(fā)射天線高度和距離都相關(guān)的衰落系數(shù)，單位為dB；K6為與接收天線高度相關(guān)的衰落系數(shù)；室外傳播模型20160323706.SPM模型Loss

K1+K2log10

d+K3log10hb

K4Diff_loss+K5log10hblog10d

K6hre

Clutter_Offsetd為發(fā)射天線與接收天線之間的距離，單位為km;hb為發(fā)射天線高度，單位為m;hre為接收天線高度，單位為m;Clutter_loss為地貌引起的加權(quán)平均損耗，單位為dB;表2-1

SPM模型系數(shù)默認值室外傳播模型2016032371系數(shù)默認值系數(shù)默認值K123.5K244.9K35.83K41K5-6.55k60Kclutter1路徑傳輸損耗的室外基本模型：六種模型考慮因素：距離、頻率、天線高度、地形、地貌。計算方法：在大量實驗的基礎(chǔ)上，找出準平滑市區(qū)地形的傳輸損耗中值，然后將地形地物劃分為幾種不同類型，利用圖表找出特殊地形的中值變動和瞬時值變動的數(shù)值，對由模型得來的傳輸損耗中值進行修正，最終得到整個電波傳播特性的預(yù)測值。陸地移動通信傳輸

損耗的圖表計算法20160323721.地形地物的分類及天線有效高度按照地面起伏高度的不同，地形可分為兩大類：一類是“準平滑地形（Quasi-SmoothTerrain）”，表面起伏在20m以下，而且峰點和峰谷之間水平距離大于波動幅度，在以公里計的量級內(nèi)，其平均地面高度的起伏變化也在20m以內(nèi)；另一類是不規(guī)則地形（irregulartopography），按地形狀態(tài)它又分成丘陵地形、孤立山岳、傾斜地形和海陸混合地形等。傳輸損耗的圖表計算法2016032373按照環(huán)境地物的密集狀況，又可將移動通信環(huán)境分為三類：開闊地(openarea)

在電波傳播方向上無高大樹木、建筑物等障礙物，呈開闊狀地面，如農(nóng)田、荒野和廣場等。郊區(qū)地(Suburb)

是指在移動臺近處存在障礙物但不稠密的地區(qū)。例如，樹木、房屋稀少的田園地帶。市區(qū)地(Urban)

是指有兩層以上建筑物稠密地區(qū)，除大、中城市外，還有建筑物和樹木混合密集的大村莊，都屬于此類地區(qū)。傳輸損耗的圖表計算法2016032374天線有效高度：設(shè)基地臺天線頂端海拔高度為htn，從基地臺天線設(shè)置點起3～15km距離內(nèi)地平面平均海拔高度為hgn，則基地臺天線有效高度hb=

htn-

hgn。而移動臺天線高度hm則是指路面以上的高度。傳輸損耗的圖表計算法2016032375圖2-9

基地臺天線有效高度hb的定義2.準平滑市區(qū)地形傳輸損耗中值在計算各種地形、地物上的傳播損耗時，均以中等起伏地上市區(qū)的損耗中值或場強中值作為基準，因而把它稱作基準中值或基本中值。由電波傳播理論可知，傳播損耗取決于傳播距離d、工作頻率f、基站天線高度hb和移動臺天線高度hm等。在大量實驗、統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，可作出傳播損耗基本中值的預(yù)測曲線。圖2-10給出了典型準平滑地形市區(qū)的基本中值A(chǔ)m(f,d)與頻率、距離的關(guān)系曲線。傳輸損耗的圖表計算法2016032376傳輸損耗的圖表計算法縱坐標刻度以dB計，是以自由空間的傳播損耗為0dB的相對值。換言之，曲線上讀出的是基本損耗中值大于自由空間傳播損耗的數(shù)值。由圖可見，隨著頻率升高和距離增大，市區(qū)傳播基本損耗中值都將增加。圖中曲線是在基準天線高度情況下測得的，即基站天線高度hb=200m，移動臺天線高度hm=3m。L(實際)=Lfs+Am(f,d)圖2-10(a)準平滑地形市區(qū)損耗中值2016032377傳輸損耗的圖表計算法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。圖2-10(b)給出了不同通信距離d時，Hb(hb,d)與hb的關(guān)系。顯然，當(dāng)hb＞200m時，Hb(hb,d)＞0dB；反之，當(dāng)hb＜200m時，Hb(hb,d)＜0dB。同理，當(dāng)移動臺天線高度不是3m時，需用移動臺天線高度增益因子Hm(hm,f)加以修正，參見圖2-10(c)。當(dāng)hm

＞3m時，Hm(hm,f)＞0dB；反之，當(dāng)hm＜3m時，Hm(hm,f)＜0dB。2016032378基地臺天線高度增益因子Hb(hb,d)Hm(hm,f)傳輸損耗的圖表計算法20160323792-10(b)基地臺天線高度增益因子2-10(c)移動臺天線高度增益因子傳輸損耗的圖表計算法由圖2-10(c)還可見，當(dāng)移動臺天線高度大于5m以上時，其高度增益因子Hm(hm,f)不僅與天線高度、頻率有關(guān)，而且還與環(huán)境條件有關(guān)。例如：在中小城市，因建筑物的平均高度較低，故其屏蔽作用較小，當(dāng)移動臺天線高度大于4m時，隨天線高度增加，天線高度增益因子明顯增大；若移動臺天線高度在1～4m范圍內(nèi)，Hm(hm,

f)受環(huán)境條件的影響較小，移動臺天線高度增高一倍時，Hm(hm,f)變化約為3dB。2016032380此外，市區(qū)的場強中值還與街道走向(相對于電波傳播方向)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。這是由于沿建筑物形成的溝道有利于無線電波的傳播(稱溝道效應(yīng))，使得在縱向路線上的場強中值高于基準場強中值，而在橫向路線上的場強中值低于基準場強中值。圖2-11給出了它們相對于基準場強中值的修正曲線。傳輸損耗的圖表計算法2016032381圖2-11市區(qū)街道走向?qū)p耗中值的修正曲線傳輸損耗的圖表計算法2016032382綜合各種因素，可以寫出路徑傳輸損耗中值的公式：LT

Lfs

Am(f,d)

Hb(hb,d)

Hm(hm,f)通常，由曲線上查得的基本損耗中值A(chǔ)m(f,d)加上自由空間的傳播損耗Lfs才是實際路徑損耗LT。LT

Lfs

Am(f,d)傳輸損耗的圖表計算法2016032383若基地站天線有效高度不是200m，可利用圖2-10(b)查出修正因子Hb(hb,d)，對基本損耗中值加以修正，稱為基站天線高度的增加因子。若移動臺天線高度不等于3m時，可利用圖2-10(c)查出修正因子Hm(hm,f)，對基本損耗中值進行修正，稱為移動臺天線高度的增益因子。在考慮基站天線高度因子與移動臺天線高度因子的情況下，市區(qū)路徑傳播損耗中值應(yīng)為：

LT

Lfs

Am(f,d)

Hb(hb,d)

Hm(hm,f)傳輸損耗的圖表計算法2016032384(2-49)例：計算準平滑地形，城市地區(qū)的路徑損耗中值。已知：hb=200m,hm=3m,d=10km,f=900MHz

解：首先求得自由空間的傳播損耗中值Lfs為：

查圖2-10(b)可求得Am(f,d)，即利用式(2-49)就可以計算出準平滑地形，城市街道地區(qū)的傳播損耗中值：傳輸損耗的圖表計算法fdLfslg20lg2045.32++=2016032385若hb=50m,hm=2m，其他條件不變，求損耗中值。

在上題結(jié)果的基礎(chǔ)上，要再加入基站和移動臺的高度增益因子。

查圖2-10(b)得查圖2-10(c)得則修正后的路徑損耗中值為：傳輸損耗的圖表計算法20160323863.地物狀況修正值按照地物密集程序，移動通信環(huán)境可以分為市區(qū)、郊區(qū)、和開闊地三類。郊區(qū)和開闊地傳播條件要供大于求市區(qū)，路徑損耗必然低于市區(qū)。市區(qū)損耗中值與郊區(qū)損耗中值之差稱為郊區(qū)修正因子kmr，kmr為增益因子。它隨工作頻率和傳播距離的變化關(guān)系如圖2-12所示。

傳輸損耗的圖表計算法2016032387傳輸損耗的圖表計算法kmr隨著工作頻率提高而增大，與基地臺天線高度關(guān)系不大。在距離小于20km時，kmr隨著距離增加而減小；但當(dāng)距離大于20km時，kmr大體為固定值。2016032388圖2-12郊區(qū)修正因子

傳輸損耗的圖表計算法3.地物狀況修正值開闊地，準開闊地（開闊地與郊區(qū)之間的過渡地區(qū)）的損耗中值相對于市區(qū)損耗中值的修正曲線，如圖2-13所示。Q0為開闊地修正因子；Qr為準開闊地修正因子。在求郊區(qū)或開闊地，準開闊地的傳播損耗中值時，應(yīng)在市區(qū)損耗中值的基礎(chǔ)上，減去由圖2-12或2-13查得的修正因子。

2016032389傳輸損耗的圖表計算法開闊地傳播條件明顯好于市區(qū)和郊區(qū)；在同樣天線高度和距離情況下，開闊地典型的接收信號中值比市區(qū)約高出20dB。2016032390圖2-13開闊區(qū)、準開闊區(qū)修正因子

4.不規(guī)則地形的修正丘陵地的修正因子Correctionfactortohillyland孤立山岳的修正因子Correctionfactortoisolatedhill斜坡地形的修正因子Correctionfactortoslope/slantground水陸混合路徑的修正因子Correctionfactortomixtureoflandandwaterterrain傳輸損耗的圖表計算法2016032391傳輸損耗的圖表計算法4.不規(guī)則地形的修正丘陵地修正因子丘陵地的地形參數(shù)可用“地形起伏”高度△h表示。其定義是：自接收點向發(fā)射點延伸10km范圍內(nèi)，地形起伏的90%與10%處的高度差。2016032392丘陵地修正因子基本損耗中值與丘陵地損耗中值之差。常稱為丘陵地形修正因子kh，kh為增益因子。20160323932-14丘陵地損耗中值修正因子丘陵地修正因子丘陵地上起伏的頂部和谷部的微小修正值khf

。它是在kh的基礎(chǔ)上，進一步修正的微小修正值。20160323942-14丘陵地微小修正因子傳輸損耗的圖表計算法4.不規(guī)則地形的修正孤立山岳地形的修正因子在使用450MHz，900MHz頻段，山岳高度H=110~350m時，基本損耗中值與實測的損耗中值的差值，并歸一化為H=200m時的值，即孤立山岳修正因子kjs

。kjs亦為增益因子。當(dāng)山岳高度不等于200m時，查得的kjs值還需乘以一個系數(shù)201603239520160323962-15孤立山岳修正因子傳輸損耗的圖表計算法4.不規(guī)則地形的修正斜坡地形的修正因子斜坡地形系指在5~10km內(nèi)傾斜的地形。若在電波傳播方向上，地形逐漸升高，稱為正斜坡，傾角為+θm；反之為負斜坡，傾角為-θm。斜坡地形修正因子ksp也是增益因子。2016032397斜坡地形的修正因子圖2-16斜波地形修正因子傳輸損耗的圖表計算法2016032398傳輸損耗的圖表計算法4.不規(guī)則地形的修正水陸混合地形的修正因子在傳播路徑中如遇有湖泊或其它水域，接收信號的場強往往比全是陸地時要高。為估算水陸混合路徑情況下的場強中值，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2-17中，曲線A表示水面靠近移動臺一方的修正因子，曲線B(虛線)表示水面靠近基站一方時的修正因子。在同樣dSR/d情況下，水面位于移動臺一方的修正因子KS較大，即信號場強中值較大。如果水面位于傳播路徑中間，則應(yīng)取上述兩條曲線的中間值。2016032399Fig.2-17水陸混合地形修正因子201603231004.不規(guī)則地形的修正任意地形的信號中值預(yù)測(1)計算自由空間的傳輸損耗。根據(jù)節(jié)可得自由空間傳輸損耗Lfs為 Lfs

32.45

20lgf

20lgd(dB)(2)市區(qū)準平滑地形的損耗中值。根據(jù)節(jié)可得上市區(qū)準平滑地形的傳播損耗中值為LT

Lfs

Am(f,d)

Hb(hb,d)

Hm(hm,f)如果發(fā)射機送至天線的發(fā)射功率為P

T，則市區(qū)準平滑地形的接收功率中值P

R為 PR

PT

LT

P

Lfs

Am(f,d)

Hb(hb,d)

Hm(hm,f)傳輸損耗的圖表計算法20160323101傳輸損耗的圖表計算法任意地形的信號中值預(yù)測(3)任意地形地物情況下的信號中值。任意地形地物情況下的傳播信號中值LA為 LA

LT

KT式中，LT為準平滑地形市區(qū)的傳輸損耗中值；KT為地形地物修正因子。KT由如下項目構(gòu)成：KT=Kmr+Qo+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+Ks式中：Kmr：郊區(qū)修正因子；Q0，Qr：開闊區(qū)，準開闊區(qū)修正因子；Kh，Khf：丘陵地形修正因子及丘陵地微小修正值；20160323102傳輸損耗的圖表計算法Kjs：孤立山丘地形修正因子；Ksp：斜坡地形修正因子；Ks：水路混合地形修正因子根據(jù)實際的地形地物情況，KT因子可能只有其中的某幾項或為零。如傳播路徑為開闊地、丘陵地形，則

KT=Qo+Kh+Khf任意地形地物情況下接收信號的功率中值PPC是以市區(qū)準平滑地形的接收功率中值PR為基礎(chǔ)，加上地形地物修正因子KT，即PPC=PR+KT

20160323103例1：某一移動系統(tǒng)，工作頻率為450MHZ，基地站天線高度為70m，移動臺天線高度為1.5m，在市區(qū)工作，傳播路徑為準平滑地形，通信距離為20km，求傳播路徑的損耗中值？解：⑴求自由空間的傳播損耗Lbs由圖2-10(a)查得：由圖2-10(b)查得：由圖2-10(c)查得：⑵計算準平滑地形市區(qū)的損耗中值

傳輸損耗的圖表計算法20160323104所以準平滑地形市區(qū)損耗中值為：

⑶計算任意地形地物情況下的損耗中值根據(jù)已知條件可知：

傳輸損耗的圖表計算法20160323105例2：若上題改為在郊區(qū)工作，傳播路徑是正斜坡，且θm=15mrad，其它條件不變，再求傳播路徑的損耗中值？

解：根據(jù)已知條件，由圖2-12查得：由圖2-16查得：斜坡修正因子所以地形地物修正因子KT為：因此傳播路徑損耗中值LA為：郊區(qū)修正因子傳輸損耗的圖表計算法20160323106室內(nèi)傳播模型室內(nèi)通話占到了3G語音話務(wù)總量的70%左右。室內(nèi)無線信道具有兩個顯著的特點：其一，室內(nèi)覆蓋面積更??；其二，收發(fā)機間的傳播環(huán)境變化更大。研究表明，影響室內(nèi)傳播的因素主要是建筑物的布局、建筑材料和建筑類型等。實驗研究表明，建筑物內(nèi)部接收到的信號強度隨樓層高度增加而增強。因而對室內(nèi)傳播特性的預(yù)測，需要使用針對性更強的模型。室內(nèi)傳播模型20160323107室內(nèi)傳播模型室內(nèi)（辦公室）路徑損耗模型對數(shù)距離路徑損耗模型Ericsson多重斷點模型衰減因子模型Keenan-Motley模型多墻模型超寬帶模型室內(nèi)傳播模型20160323108室內(nèi)傳播模型1.室內(nèi)(辦公室)路徑損耗模型室內(nèi)(辦公室)路徑損耗的基礎(chǔ)是COST-231模型，定義如下：式中：Lfs—發(fā)射機和接收機之間的自由空間損耗；Lc—固定損耗；kwi—被穿透的i類墻的數(shù)量；n—被穿透樓層數(shù)量；Lwi—i類墻的損耗；Lf—相鄰層之間的損耗；b—經(jīng)驗參數(shù)。(2-58)20160323109表對損耗分類的加權(quán)平均室內(nèi)傳播模型20160323110室內(nèi)路徑損耗(dB)模型可用下面的簡化形式表示:式中：d為收發(fā)信機的距離間隔(m)，

n為在傳播路徑中樓層的數(shù)目。

L在任何情況下應(yīng)小于自由空間的損耗，對數(shù)正態(tài)陰影衰落標準偏差為12dB。(2-59)室內(nèi)傳播模型201603231115.

Keenan-Motley(馬特內(nèi)-馬恩納模型)用于模擬室內(nèi)路徑損耗。這是一個實驗?zāi)Ｐ?，用以考察從發(fā)射機到接收機的路徑中，由墻壁和地板造成的損耗，模型預(yù)測的路徑損耗(dB)為：L0表示在參考點(1m)處的損耗，γ依賴于周圍和環(huán)境和建筑物類型。Lwj和Lfi

表示發(fā)射信號穿過不同種類的墻和地板的數(shù)量Nwj和Nfi代表不同種類的墻和地板所對應(yīng)的損耗因子參考值：L0=37dB、Lfi=12~15dB、Lwj=1~5dB、γ=2室內(nèi)傳播模型20160323112作業(yè)思考題與習(xí)題61120160323113Shadowing（陰影衰落）：是指當(dāng)電波在無線傳播路徑上遇到起伏地形、建筑物、植被等障礙物時，在障礙物的后面形成電波的陰影區(qū)，如下圖所示，陰影區(qū)的電波信號場強較弱，移動臺在運動中通過不同障礙物的陰影時，就會導(dǎo)致接收 天線場強的變化，從而引起衰落。其特點是衰落與無線電波傳播的地形和地物的分布、高度有關(guān)。）2.6陰影衰落201603231142.6陰影衰落移動信道是隨機時變的變參信道。1.陰影衰落的統(tǒng)計特性（1）阻擋引起衰落（2）大氣折射變化引起衰落（?。┊?dāng)移動臺通過不同障礙物的陰影時，導(dǎo)致接收場強中值隨著地理位置改變而出現(xiàn)的緩慢變化稱為慢衰落（陰影衰落）。

20160323115典型信號衰落特性2.6陰影衰落201603231162.6陰影衰落陰影衰落使所預(yù)測的路徑損耗會產(chǎn)生很大的變化，通過大量統(tǒng)計測試表明，陰影衰落近似服從對數(shù)正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)如下：式中，r為接收信號的局部場強中值，m為r的期望值，μs為標準偏差。這三個參數(shù)均用dB表示，其中標準偏差μs，取決于測試區(qū)的地形、地物和工作頻率等因素。(2-72)201603231172.6陰影衰落2.陰影效應(yīng)對移動通信系統(tǒng)的影響影響移動通信小區(qū)覆蓋范圍。導(dǎo)致移動通信覆蓋盲區(qū)。影響移動通信的切換。影響信噪比或載噪比等的大小。這四個方面的影響可以通過在系統(tǒng)設(shè)計設(shè)置衰落余量和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時對基站站址的合理選取加以克服。20160323118多徑衰落導(dǎo)致接收信號包絡(luò)的快速變化，它的形成是因為平面波以隨機相位從不同的方向達到，并且在接收天線上進行矢量合成。典型的情況為，因為同相疊加和反相疊加，接收包絡(luò)波長的某些部分能夠出現(xiàn)大約30～40dB的變化。其一般服從于瑞利衰落或萊斯衰落。多徑還能由于時間彌散而引起碼間干擾，時間彌散在TDMA系統(tǒng)中需要進行時域均衡，在CDMA系統(tǒng)中需要進行RAKE接收。HITCRC482.7多徑衰落201603231192.7多徑衰落多徑衰落的基本特性幅度衰落幅度隨移動臺移動距離的變動而衰落空間角度模擬系統(tǒng)主要考慮原因本地反射物所引起的多徑效應(yīng)表現(xiàn)為快衰落地形變化引起的衰落以及空間擴散損耗表現(xiàn)為慢衰落201603231202.7多徑衰落多徑衰落的基本特性時延擴展脈沖寬度擴展時間角度數(shù)字系統(tǒng)主要考慮原因信號傳播路徑不同，到達接收端的時間也就不同，導(dǎo)致接收信號包含發(fā)送脈沖及其各個延時信號201603231212.7.1多普勒頻移原因移動時會引起多普勒（Doppler）頻率漂移表達式多普勒頻移 最大多普勒頻移201603231222.7.1多普勒頻移說明多普勒頻移與移動臺運動的方向、速度以及無線電波入射方向之間的夾角有關(guān)：若移動臺朝向入射波方向運動，則多普勒頻移為正（接收信號頻率上升）若移動臺背向入射波方向運動，則多普勒頻移為負（接收信號頻率下降）信號經(jīng)過不同方向傳播，其多徑分量造成接收機信號的多普勒擴散，因而增加了信號帶寬。20160323123推導(dǎo)沖擊響應(yīng)只考慮多徑效應(yīng)再考慮多普勒效應(yīng)多徑和多普勒效應(yīng)對傳輸信號的影響多徑信道的沖擊響應(yīng)多徑信道基本模型20160323124多徑信道基本模型只考慮多徑效應(yīng)傳輸信號假設(shè)第i徑的路徑長度為xi、衰落系數(shù)(或反射系數(shù))為接收信號式中，c為光速；λ為波長。又因為所以式中為時延。實質(zhì)上是接收信號的復(fù)包絡(luò)模型，是衰落、相移和時延都不同的各個路徑的總和。再考慮多普勒效應(yīng)考慮移動臺移動時，導(dǎo)致各徑產(chǎn)生多普勒效應(yīng)設(shè)路徑的到達方向和移動臺運動方向之間的夾角為路徑的變化量輸出復(fù)包絡(luò)簡化得

多徑信道基本模型在相位中不可忽略數(shù)量級小可忽略多徑信道基本模型多徑信道的沖擊響應(yīng)多徑和多普勒效應(yīng)對傳輸信號的影響令式中代表第i條路徑到達接收機的信號分量的增量延遲（實際遲延減去所有分量取平均的遲延），它隨時間變化在任何時刻t，隨機相位都可產(chǎn)生對的影響，引起多徑衰落。沖擊響應(yīng)由（＊）式得沖擊響應(yīng)式中，、表示第i個分量的實際幅度和增量延遲；相位包含了在第i個增量延遲內(nèi)一個多徑分量所有的相移；為單位沖擊函數(shù)。如果假設(shè)信道沖激響應(yīng)至少在一小段時間間隔或距離具有不變性，信道沖擊響應(yīng)可以簡化為此沖擊響應(yīng)完全描述了信道特性，相位服從的均勻分布多徑延遲影響多普勒效應(yīng)影響多徑信道主要參數(shù)時間色散參數(shù)

平均附加延時

rms時延擴展最大附加延時擴展(XdB)相關(guān)帶寬多徑衰落下，頻率間隔靠得很近的兩個衰落信號存在不同時延，可使兩個信號變得相關(guān)。這一頻率間隔稱為“相干”或“相關(guān)”帶寬（Bc）從時延擴展角度說明從包絡(luò)相關(guān)性角度說明多徑衰落的分類及判定1.時間色散參數(shù) 寬帶多徑信道的時間色散特性通常用平均附加時延(

)

和rms時延擴展(

)來定量描述。平均附加時延是功率延遲分布的一階矩，定義為rms時延擴展是功率延遲分布的二階矩的平方根定義為多徑信道主要參數(shù)20160323129時間色散參數(shù)功率延遲分布（PDP）

基于固定時延參考的附加時延的函數(shù)，通過對本地瞬時功率延遲分布取平均得到市區(qū)環(huán)境中近似為指數(shù)分布式中，T是常數(shù)，為多徑時延的平均值時間色散特性參數(shù)平均附加延時

rms時延擴展

其中最大附加延時擴展(XdB)

高于某特定門限的多徑分量的時間范圍，即多徑能量從初值衰落到低于最大能量

(XdB)處的時延圖2-21中，為歸一化的最大附加延時擴展(XdB)；為歸一化平均附加延時；為歸一化rms時延擴展

多徑信道主要參數(shù)

t0dB

-XdB

D

計算以下功率延遲分布的rms時延擴展多徑信道主要參數(shù)201603231312.相關(guān)帶寬兩衰落信號相關(guān)時的頻率間隔就稱為相關(guān)帶寬，它是對信道傳輸信號帶寬能力的統(tǒng)計度量。如輸入信號的帶寬遠小于信道相關(guān)帶寬，則輸出信號頻譜中譜分量幅度與相位關(guān)系就是確定的(不同時間可以有不同的常數(shù)因子)；反之，如輸入信號的帶寬大于信道相關(guān)帶寬，則會引起輸出信號的失真，對于數(shù)字通信將會引起誤碼。一般來說兩衰落信號的包絡(luò)相關(guān)系數(shù)可以近似為：rms時延擴展多徑信道主要參數(shù)201603231322.

相關(guān)帶寬當(dāng)頻率間隔增加時，包絡(luò)的相關(guān)性降低。如果要求相關(guān)性系數(shù)

r(

f)=0.9，則有：一般根據(jù)

r(

f)=0.5來測度相關(guān)帶寬，此時有相關(guān)帶寬：時延擴展越大，相關(guān)帶寬越窄，信道容許傳輸?shù)牟皇д骖l帶就越窄；時延擴展越小，相關(guān)帶寬越寬，信道容許傳輸?shù)牟皇д骖l帶就越寬。多徑信道主要參數(shù)20160323133模擬無線通信中主要考慮多徑效應(yīng)所引起接收信號的幅度變化。數(shù)字無線通信中則要考慮多徑效應(yīng)所引起的脈沖信號的時延擴展。這是因為，時延擴展將引起碼間串?dāng)_，嚴重影響數(shù)字信號的傳輸質(zhì)量。(ISIintersymbol

interference)多徑信道主要參數(shù)20160323134

判定

由信道和信號兩方面決定衰落的分類及判定分類

不同頻率分量的衰落

信號波形頻率選擇性衰落

不一致

失真非頻率選擇性衰落（平坦衰落）

相關(guān)的一致的

不失真數(shù)字通信系統(tǒng)信號帶寬小于信道相關(guān)帶寬Bs<Bc信號帶寬遠大于信道相關(guān)帶寬Bs>>Bc平坦衰落頻選衰落碼間干擾3.

相關(guān)時間(Coherencetime)相關(guān)時間是信道沖激響應(yīng)維持不變的時間間隔的統(tǒng)計平均值。也就是說，相關(guān)時間就是指一段時間間隔，在此間隔內(nèi)，兩個到 達信號有很強的幅度相關(guān)性。相關(guān)時間是多普勒頻移（多普勒擴展）在時域的表示，用于在時域描述信道頻率色散的時變特性，一般定義為：如果將相關(guān)時間定義為信號包絡(luò)相關(guān)度為0.5，則相關(guān)時間為多徑信道主要參數(shù)20160323136多徑信道主要參數(shù)在現(xiàn)代數(shù)字通信中，一種普遍的定義是將相關(guān)時間定義為上面兩式的幾何平均，即：201603231373.

相關(guān)時間由相關(guān)時間的定義可知，時間間隔大于Tc的兩個到達信號受到信道的影響各不相同。例如，移動臺的移動速度為50m/s，信道的載頻為1900MHz，則相關(guān)時間為1.336ms，所以要保證信號經(jīng)過信道不會在時間軸上產(chǎn)生失真，就必須保證傳輸?shù)姆査俾蚀笥?.75kbit/s。多徑信道主要參數(shù)20160323138時間選擇性衰落時間選擇性衰落是由多普勒效應(yīng)引起的，信道在時域具有選擇性要保證信號經(jīng)過信道不會在時間軸上產(chǎn)生失真，就必須保證傳輸符號速率遠大于相關(guān)時間的倒數(shù)碼元間隔大于信道相關(guān)時間Ts>Tc時選衰落多徑信道主要參數(shù)誤碼ClassificationofWirelessChannel移動無線信道的時間色散和頻率色散可能產(chǎn)生4種衰落效應(yīng)，這是由信號、信道以及發(fā)送速率的特性引起的。多徑時延擴展引起時間色散和頻率選擇性衰落，多普勒擴展會引起頻率色散和時間選擇性衰落，這兩種傳播機制彼此獨立。根據(jù)多徑時延可以將信道分為平坦衰落信道和頻率選擇性衰落信道。根據(jù)多普勒擴展可以將信道分為快衰落信道和慢衰落信道。移動通信信道分類20160323140ClassificationofWirelessChannelTs為信號周期(信號帶寬Bs的倒數(shù))；Bc為相關(guān)帶寬；στ為信道的rms時延擴展。Bs<BcBs>BcTs<TcTs>Tc頻率選擇性慢衰落

信道頻率選擇性快衰落信道（時頻雙彌散

信道）非頻率選擇性慢

衰落信道非頻率選擇性快

衰落信道

移動通信信道分類20160323141HITCRC602.8移動信道統(tǒng)計模型多徑信道的統(tǒng)計分析衰落信道的建模和仿真簡介20160323142多徑信道的統(tǒng)計分析主要討論多徑信道的包絡(luò)統(tǒng)計特性。接收信號的包絡(luò)根據(jù)不同的無線環(huán)境一般服從：瑞利分布萊斯分布Nakagami-m分布瑞利分布環(huán)境條件發(fā)射機和接收機之間沒有直射波路徑通常在離基站較遠、反射物較多的地區(qū)（如下圖）存在大量反射波，到達接收天線的方向角隨機且0~2π均勻分布各反射波的幅度和相位都統(tǒng)計獨立Play包絡(luò)r服從瑞利分布θ在0～2π內(nèi)服從均勻分布瑞利分布的均值瑞利分布的方差滿足的值稱為信號包絡(luò)樣本區(qū)間的中值

接收信號的幅度相位分布圖2-24瑞利分布的概率分布密度

萊斯分布環(huán)境條件概率密度函數(shù)萊斯因子萊斯分布的環(huán)境條件直射系統(tǒng)：接收信號中有視距信號成為主導(dǎo)分量，同時還有不同角度隨機到達的多徑分量迭加于其上非直射系統(tǒng)：源自某一個散射體路徑的信號功率特別強Play萊斯分布的概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)

式中,A是主信號的峰值I0(·)是0階第一類修正貝塞爾函數(shù)常用參數(shù)K來描述，(萊斯因子K)主信號的功率與多徑分量方差之比分貝式意義參數(shù)K完全決定了萊斯的分布：當(dāng)，萊斯分布變?yōu)槿鹄植紡娭鄙洳ǖ拇嬖谑菇邮招盘柊j(luò)從瑞利變?yōu)槿R斯分布當(dāng)直射波進一步增強