（信息与通信工程专业论文）移动通信中微蜂窝信号强度的预测.pdf

摘要 摘要 随着城市移动通信的迅速发展，网络规模越来越大，传播环境也更加复杂， 因此研究电波的传播特性和干扰特性变得非常重要。运用传播预测模型可以了 解系统覆盖区每个接收点接收信号的强度以及它的波动变化情况，即了解系统 的覆盖效果和每一点的干扰情况。这有助于对通信网络进行规划、优化，使网 络达到满意的质量。本文首先分析了现有的几种室外传播预测经验模型和室内 传播预测经验模型，并用m a t l a b 工具分别对几种室外和室内经验模型进行了仿 真。通过改变传播参数值，得到不同的路径损耗曲线和场强预测曲线，并将得 到的曲线进行比较，分析各传播参数对路径损耗和信号强度的影响。另外，本 文还研究了传播预测的确定性模型一射线跟踪技术( r t m ) 。最后，本文对网络 规划进行了讨论，并就网络规划实施过程中预测模型的不足提出了改进的建议。 关键词：场强预测，传播模型，经验模型，射线跟踪法，网络规划 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n t h es c a l eo ft h en e t w o r k b e c o m e sm o r ea n dm o r el a r g ea n dt h ep r o p a g a t i o ne n v i r o n m e n ti sa l s og e t t i n ge v e n m o r ec o m p l e x ，s ot h e p r o b l e mo fp r e d i c t i n g t h ec h a r a c t e ro f p r o p a g a t i o n a n d d i s t u r b a n c es t a n d so u t i n c r e a s i n g l y u s i n g t h em o d e lw h i c hi s a p p l i c a b l e f o r p r o p a g a t i o np r e d i c t i o n ，w ec a nf i n do u tt h er e c e i v e ds i g n a ls t r e n g t ho f e a c hr e c e i v e d p o i n ti na r e ac o v e r e db ys y s t e ma n di d e n t i f yt h ec h a n g e so ft h er e c e i v e ds i g n a l i n o t h e rw o r d s ，w ec a nf i n do u tt h ee f f e c to fc o v e r i n go fs y s t e ma n dt h ei n t e r f e r e n c eo f e a c hp o i n t t h i sc o n t r i b u t e st op l a na n do p t i m i z et h et e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n d m a k e sq u a l i t yo fn e t w o r ks a t i s f a c t o r y i nt h i sp a p e r , w ea n a l y z es o m eo u t d o o ra n d i n d o o rp r o p a g a t i o np r e d i c t i o ne m p i r i c a l m o d e l si ne x i s t e n c ef i r s t ，a n ds i m u l a t es o m e o u t d o o ra n di n d o o r e m p i r i c a l m o d e l sb ym a t l a b t h r o u 【g hv a r y i n gt h ev a l u eo f p r o p a g a t i o np a r a m e t e r s , w ec a ng e tm a n yd i f f e r e n tl r r v e s o fp a t hl o s sa n df i e l d p r e d i c t i o n ，a n da n a l y z et h ee f f e c tc a u s e db yp r o p a g a t i o np a r a m e t e r su p o nt h ep a t h l o s sa n ds t r e n g t ho fs i g n a l i na d d i t i o n ，t h i sp a p e ra n a l y z e sp r o p a g a t i o np r e d i c t i o n c o n f i r m a t i o nm o d e l 一r a y - t r a c i n gm e t h o d 讯n 哪a tl a s t , w ed i s c u s st h ep r o b l e mo f n e t w o r kp l a n n i n g , a n dg i v ea d v i c et or e d u c ef a u l t so fp r e d i c t i o nm o d e l si nn e t w o r k p l a n n i n g k e y w o r d s ：f i e l dp r e d i c t i o n ，p r o p a g a t i o n m o d e l ，e m p i r i c a lm o d e l ，r a y - t r a c i n gm e t h o d ， n e t w o r k p l a n n i n g 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子舨；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：f 莨书f 玺 动叮年；月哗日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名： 加口r 年 、宝 q 件 受月 第1 章引言 第1 章引言 当前，我们正处在一个信息时代。这个时代的主要特征之一是信息的产生 和传递非常迅速。在这样当的环境中，通信得到了过去从来没有过的高速发展。 社会需求推动了通信技术的深刻变革。人们期望能随时随地、及时可靠、不受 时空限制地进行信息交流，这种需求要靠移动通信的不断发展来实现。移动通 信系统综合利用了有线和无线传输方式，能很好地解决人们在活动中与固定终 端或其它移动载体上的对象进行通信联系的要求，具有很大的社会效益和经济 效益。 1 1 移动通信的发展过程 移动通信是指通信双方至少有一方是处在移动状态下所进行的通信，因此 它是一种至少有一方使用移动无线终端的无线通信。移动通信并不是一项很新 的技术，早在2 0 世纪2 0 年代人们就开始使用移动通信，到2 0 世纪4 0 年代就 有了公用移动电话业务，但它的发展一直很缓慢，一方面是和电子技术的进步 有关，另一方面是和有限的频率资源有关。直到2 0 世纪6 0 年代贝尔实验室提 出了蜂窝概念，才使频率得以重复使用，提高了频谱的利用率。2 0 世纪7 0 年代 以来，随着电子技术的小型化和数字化的飞速发展，特别是超大规模集成电路 和微处理器的发展，为移动通信提供了价格便宜、性能好、可靠性高、体积小 的移动电话设备，使移动通信业务得到了前所未有的迅猛发展。 2 0 世纪4 0 年代以来，移动通信是以基站为中心，覆盖7 0 一8 0 k m 半径的服 务范围，频率从1 5 0 艘z 到4 5 0 m t j z 。由于受频率资源的限制，容量仅为几百个用 户。随着2 0 世纪8 0 年代初模拟蜂窝技术的引入，公众移动通信业务开始出现 巨大的市场。这就是第一代蜂窝移动通信系统，频率为8 0 0 - - 9 0 0 m h z ，可以和市 话网和长话网连网。由于采用了频率复用技术，用户总数也有了显著的增加。 大区制的覆盖范围为2 0 - - 3 0 k m ，城市中的小区制覆盖范围为几公里。从2 0 世纪 8 0 年代末开始，g s m 和窄带c d m a 等数字移动通信系统即第二代移动通信系统 ( 2 g ) 投入使用，它提供更高的频谱利用率、更好的数据业务以及更先进的漫 游，使移动通信技术拥有了更大的市场。2 g 的频率除了8 0 0 - - 9 0 0 m h z 外，还增 加了1 8 0 0 1 9 0 0 m h z 频段。城市市区中的小区制最小覆盖范围已达几百米，以 及开始大量使用微蜂窝和微微蜂窝移动通信系统，其覆盖范围更小。为了达到 更高比特率数据业务和更好的频谱利用率，目前f 在向笼三代( 3 g ) 移动通信 第1 章引言 过渡。3 g 移动通信系统可提供一系列的新业务，如多媒体通信、高速商务处理、 遥测业务以及用户通过移动通信网接入因特网或企业网等业务。 对于移动通信中无线通信路径的研究将涉及到无线信道的特性和电磁波在 各种环境中的传播特性、固定站天线以及与周围环境的相互影响等内容。无线 通信的路径链路如图1 1 所示。无线通信路径可分为下行链路和上行链路，下 行链路是从固定的发射站( 基站) 到便携式的接收装置( 移动台) ，上行链路是 从便携式装置到固定站的接收机。链路的任意一端都可以用分集技术来克服信 道衰落以改善链路质量。 日b 爵 图1 1 无线通信路径链路 固定站天线一般是安装在基站平台上的基站天线。在基站平台上，一个移 动通信系统的基站天线与其相邻的其它系统的固定站天线经常会有耦合作用， 引起互调干扰。另外基站天线的铁塔结构会对电磁波引起散射，这影响基站天 线的正常发射和接收，造成天线辐射方向图发生变化，天线方向图的改变可能 引起所设计规划的覆盖区域发生变化。 在自由空间中无线电波传播是相对简单的现象。对于无限大的自由空间来 说，一个有限大小的波源所发射的电磁波都是以球面波形式向外传播在球面上 某一给定的立体角内功率密度将保持不变。但是，由于地球的存在，即使假设 地面平坦，并用平面波来近似球面波在地球上的反射，问题也会变得相当复杂。 一旦有障碍物时，如建筑物、丘陵、山等，我们只能利用近似的方法，例如将 用统计模式来计算市区和郊区的传播损耗问题。如果直接用描述这种物理问题 的几何模型所建立的电磁方程来计算的话，其复杂程度将大大超出我们的计算 能力。 在建立一个移动通信系统时，需要考虑以下几个方面： 信道特征。在现代无线系统中，无线链路大约：为2 k m 或者更短，产生这些链 路的天线位于建筑物之间，甚至在建筑群里面，且波长比建筑物尺度要小的多。 因此信遒特征严重地受建筑物以及植物和地形的影响。 第l 章引言 用户容量。随着移动通信的普及，用户数量也随之增大，为了在有限的频 谱范围内满足更多的用户需要，通信系统中的蜂窝越建越小。这就必须增加更 多的基站以适应用户数的增长，因此最大传输距离已大大减小。对于构成这种 蜂窝的小功率辐射天线，确定其覆盖范围很重要。对更新系统，特别是那些无 线局域网( w l a n ) 和无线用户小交换机( w - p b x ) ，天线的覆盖范围最大距离很可 能不会超过几百米。在这样短的无线链路上，建筑物对无线传播有很大的影响。 因此，需要建立微小区射线传播分析模型，以确定辐射天线的覆盖范围和建筑 物等对无线传播的影响。 工作频率。蜂窝系统工作在从4 5 0 删z 到9 0 0 m h z 的频段内。靠近1 9 g h z 的频 段现在正在全世界范围内被用作第二代蜂窝系统，而3 9 g h z e | 被用作无线本地 环路。没有许可证的频段如9 0 0 m h z ，2 4 g h z ，2 5 g h z 附近则被用作牡l a n ，w - p b x 及其他的应用。对这些频率，波长小于l m ，这使得它同建筑物尺度相比小得多， 但比建筑材料的粗糙度大。这样无线电波的传播就可以按照在墙上的反射和透 射以及建筑物边缘的衍射过程从数学上来理解和描述，这对于己经提出的在更 高达3 0 g h z 频段工作的系统也是很重要的。 智能天线( s m a r ta n t e n n a s ) 。智能天线开发近来受到广泛的关注，第三代 移动通信系统的w c d m a 和c c h n a 2 0 0 0 也将其作为可选技术。但是在微小区环境中， 基站天线可能低于周围建筑物的高度，这种情况下天线高度的降低，多径d o a ( d i r e c t i o no fa r r i v a l 波达方向) 扩展也随之增加，接收信号的这种变化对于 天线阵列的使用十分重要，这就要求建立较为精确的无线电波传播模型。 源问干扰。随着移动通信使用人数的增加，辐射源越建越多，相互之间的 干扰也越来越严重。通过电场预测，可以在基站建立之前，预测其对周围基站 的影响，进而进行调整，这样就可以避免一些不应该的浪费和损失。 1 2 移动网络与固定网络的差别 在通信中使用无线接口使移动通信相比有线电缆通信有了很多差异，两者之 间的差异主要表现在以下几个方面： 1 2 1 频谱受限 无线电频谱，实际上也就是无线接入的容量，一般是受到国家和国际管理 组织限制的不像固定通信系统，随着人口增长和需求的增加，只要通过安装额 外的电缆把用户连接到网络中去就能满足要求，而无线频谱的容量却不能任意 地扩展。这个问题可以通过蜂窝技术来加以部分解决，它把服务区分成多个蜂 窝小区，而每个小区由所对应的基站来服务。无线频谱尽可能地在不同的地理 位置上多次重复使用。 由于频谱受限也就引发了各种高效频谱调制技术和信源压缩编码技术的使 用，后者用来剔除不相关的数据以减少传输吞吐率。 1 2 2 无线链路的波动性 不像在有线网络中其传输链路始终保持很高的信道质量，在无线链路中由 于受用户移动性、环境变化( 障碍物、移动反射体以及各种类型的外部干扰) 等的影响，所带来的问题就非常多。在数字链路中，这些问题就会所引起无线 链路比特误码率的随机波动。相对于无线网络来说，有线网络中其传输质量要 可靠的多。 1 2 3 用户接入点的不确定性和可变性 不像有线网络，用户是在网络上的两个固定接入点之间进行通信的，而访 问一个移动无线网络时就要求允许用户根据他们所在的位置改变他们的接入地 点，即使处在单向通信时也应该如此。这是因为移动接入要求工作在两种方式 首先，网络允许系统能对用户，无论他位于网络中什么位置都能对其进行定位 ( 位置管理) ；第二，网络能够确保用户在呼叫过程中从一个接入点移动到另 一个接入点时不会发生通信中断( 越区切换) 。蜂窝系统是使用这些功能的主 要用户。 与使用移动无线信道有关的最后一点是无线信道所固有的广播特性，换句 话说就是每一个人都潜在地可以调谐并收听到某一无线通信。所以就很必要实 现安全功能，包括对企图接入无线系统的终端进行身份鉴别，以确保用户对通 信系统的依赖度。 1 3 进行电波传播预测的重要性 无线通信系统中，在设计和规划基站时，我们应该知道基站周围确切的环 境特征。电波传播预测通常提供大区域路径损耗和小区域衰落统计。路径损耗 信息在确定基站的覆盖范围和优化方面非常重要，而小区域衰落统计为提高接 收机性能和抑制多径衰落提供了帮助。没有传播预测，这些参数的估计只能通 过实地测量得到。众所周知，实地测量要耗费大量的人力物力和财力，而且测 量结果所估计出的参数只适应被测地区和与其有相近特征的地区，适用范围很 小。 1 3 1 电磁辐射问题 第1 章引青 高频电磁技术及其应用对我们的日常生活产生越来越大的影响，包括通信 需要和电磁辐射影响。在城市中，这种影响尤其显著。因此研究城市环境中无 线通信系统电波传播有着重要的理论和现实意义。 1 )电磁辐射防护方面 随着广播电视和移动通信的普及推广，更多的辐射天线被建立起来，电磁 辐射污染越趋严重。电磁场对普通人群的影响程度与许多因素有关：功场强度越 大，影响越重； 2 ) 电磁场的强度随着与辐射源的间距加大而迅速减少； 3 )作用时间越长，对人体的影响越严重，作用周期越短，其影响越重： 4 )脉冲波对人体的影响比连续波严重： 5 )人体适应性差异很大，性别、年龄、体质不同，对电磁辐射的敏感度 大不相阿； 6 )电磁波的频率，一般来说，人体受影响的程度随着频率升高而增大； 从上述内容可以看出，电磁辐射对人体健康存在着潜在的严重危害，尤其当电 磁辐射的强度超过一定限度的时候，这种危害就将体现出来。由于大城市中人 口密度很大，电磁污染的危害也更大。传统的电磁辐射污染状况监测是采用实 地测量的方法，这种方法费时费力，又不易了解单个辐射源的影响，也不能对 欲建的辐射源位置进行预估。而通过城市电磁辐射的分析和计算，建立电波传 播预测模型，进行计算机传播模拟分析计算，可以有效的弥补以上的缺陷。 1 3 2 移动通信网络规划与优化 对于一个工程技术人员来说，若想要成功设计系统，必须要很好掌握无线 信道的传播特性；若想要使用高级的网络规划、优化软件，就必须知道适合各 种情况的专门的传播模式；若想解释移动通信中无线信号传播的各种现象，就 需要了解不同的蜂窝网络( 宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝) 在不同的环境中( 如 市区、郊区、农村、山区等) 的传播特性；若想要开发第三代宽带移动通信系 统，就需要研究无线信道的宽频带特性。如此等等，都充分说明了电波传播研 究在移动通信中的重要性。 1 4 本文主要内容 本文首先分析了现有的几种室外传播预测经验模型和室内传播预测经验模 型，并用m a t l a b 工具分别对几种室外和室内经验模型进行了仿真。其次，本文 第1 章引言 研究了传播预测的确定性模型一射线跟踪技术( r t m ) 。最后，本文还对网络规 划进行了讨论，并就网络规划实施过程中预测模型的不足提出了改进的建议。 第2 章无线传输环境的特征 第2 章无线传输环境的特性 无线传输技术是一种通过空间电磁波( 称之为无线传输信道或无线接入信 道) 来传输信息的技术。对无线信道传播特性的研究是移动通信系统设计的一 项必要前提，只有深入细致地了解电磁波在空中的传播特性，才能正确地设计 一个移动通信系统。 然而，由于电磁波的传播路径非常复杂，精确的理论分析是不可能的。无 线移动通信与其它的通信方式相比较，具有很大的差异。从通信信道的稳定性 来看，无线信道的稳定性是最差的一种，无线电波在空中传播时，由于受地形、 温度、湿度等环境因素的影响，将受到多方面的衰落。所以在实际应用中，往 往采用理论分析和实验数据相结合的方法，针对不同的传输环境总结归纳出相 应的路径损耗模型。但没有一个模型可以适应所有的传播环境，因此要求设计 人员根据具体的情况选择合适的模型。室内和室外、步行和车载移动时的电磁 波传播环境都有很大的不同，可供使用的模型也有很大的差别。 2 1 移动信道中电波的传播 无线电波是电磁频谱中的一个组成部分。其中包含电场分量和磁场分量，电 波在空中传播会碰到各种各样的障碍物而发生反射、饶射和散射。这些现象都 会引起信号质量的下降，导致接收的信号发生错误。信号在无线移动环境中传 输时受到的损害可以归纳为如下三种：由传输距离引起的路径损耗：由阴影效 应引起的损耗和由多径传播引起的信号衰落。此外，无线电波还受到包括由其 它的发射信号引起的外部干扰以及地理、地表环境和外部环境中噪音产生的干 扰。 2 ，1 1 传输路径损耗 2 ，1 1 1 自由空间中的传输路径损耗 在自由空间中，假设存在一个无方向性的点辐射源，其发射功率为只，则 一墨! 雯垂垡堡垒墅堡墼堑笙 在距离发射源d 处，信号功率均匀地分布在一个半径为d 的球面上。在距离为d 处的功率密度为： 茸i 4 r l * d 一2 ( 2 1 ) 如果接收天线离发射天线的距离为d ，则天线接收到的信号功率与接收天线 的有效面积4 成正比。接收天线接收到的功率可以表示为： p = 捻 ( 2 2 ) 天线的增益q 与天线的有效面积4 的关系可用下式表示： q 4 万l 4 ( 2 3 ) 把( 2 3 ) 代入式( 2 2 ) 中，可得： p 。皇生 。【缸( d a ) 】2 最后，用一增益为g t 的发射天线代替点天线， 接收信号，则有： p ；兰g 生 。【妨翟x ) 1 2 ( 2 。4 ) 并用一增益为g 的接收天线 ( 2 5 ) 传输路径损耗( 简称为路径损耗) p l 由下式给出： p l ( d b ) - - 1 0 l 睁- - l o l g 睇】 ( 2 6 ) 需要注意的是，( 2 5 ) 式只在d 豺。2 2 时适用。其中，d 。为天线尺寸。 自由空间传输模型仅适用于卫星通信系统和短距离的视距通信。 由( 2 6 ) 式可以看出，路径损耗与频率有关。路径损耗( 可以通过测量发 射机的输出功率和接收机的接收功率而得到) 在频率低时小，随着频率的增高 而增大。传输损耗也随信号的极化特性的变化而变化。 注：路径损耗是频率的函数，在移动通信系统中影响信道的分配。 由移动台和基站组成的移动通信系统( 如蜂窝系统) 常把信道划分为上行 第2 章无线传输环境的特征 信道( 移动台基站链路) 和下行信道( 基站移动台链路) 。系统所占有 的频段也分成为两个子频段： 一个子频段用于上行信道，该子频段位于系统所用频段的低端； 另一个频段用于下行信道，该子频段位于系统所用频段的高端。 由于移动台的发射功率般比基站的发射功率小，而信号频率低时的传输 损耗小，频率高时的传输损耗大，因此，选择频率低的一个子频率用作上行信 道，可以弥补移动台发射功率小的弱点。全球移动通信系统( g s m ) 选择8 9 0 9 1 5 m h z 频段作为上行信道，9 3 s 9 6 0 m h z 频段作为下行信道，原因正在于此。 2 1 1 2 阴影效应 电波传播过程中受到的最大损耗源自自然或人造的阻挡物，这种影响n q 做 阴影效应或阻挡效应。发射天线与接收天线之间的阻挡物越高信号遭受到的 损耗的越大。 发射天线与接收天线所处的位置为下列两种情况时，信号所受到的影响有 着很大的区别： 视距：发射天线与接收天线问没有阻挡物，彼此能相互“看见”，此时信 号直接从发射点传输至g 接收点： 非视距：发射天线与接收天线之间存在一个或多个阻挡物，彼此不能相 互看见，此时信号从发射点到接收点的直射路径不存在。 阴影效应引起的信号电平的衰落叫做阴影衰落。阴影衰落的信号电平的起 伏相对较缓慢，因此，阴影衰落为慢衰落。阴影衰落的速率取决于地形地物的 分布、高度和移动体的速度。 阴影衰落服从对数正态分布，即用d b 表示的衰落值服从正态分布。如果爿。 为衰落量的分贝数，盯为衰落量的标准方差( 在市区，盯的取值一般为6 d b ) ， 则概率p ( a 大于或等于x d b ) 由下式给出： 1。一生 p ( 4 ；工) 2 去正p ! 出 ( 2 - 7 ) 盯所o 。 第2 章无线传输环境的特征 2 i 2 多径衰落 通常电磁波以不同的时延从不同的方向通过多条路径到达接收机。在这种 情况下，接收信号是一组通过矢量叠加合成后得到的振幅或大或小的合成信号， 这取决于接收天线上的来波是相互加强地合成还是相互抵消地合成。其结果是， 在某一位置上的移动台可能接收到的信号强度和仅仅相隔距离不远处的同类移 动台的接收信号相差几十分贝；或者当用户从某位置移动到另一位置时，各 种来波之间的相位关系是变化的，也会引起大幅度的振幅和相位的起伏，信号 受到衰落。所以说，衰落是由于移动台在空间变化场中运动而产生的。多径传 播的影响使接收信号产生随位置变化而相当大的振幅波动。即使移动台没有运 动使，电磁波散射体的运动也会引起衰落。 移动台接收信号强度的随机起伏变化( 即衰落) ，有从几分之一秒至几秒或 几分的快速短周期变化，也有几十分或几小时的缓慢长周期变化。因此无线环 境中信号的衰落可以分成快衰落和慢衰落。慢衰落也称为长期衰落，它具有对 数正态分布的统计特性。快衰落具有莱斯( r i c i a n ) 分布或瑞利( r a y l e i g h ) 分 布的统计特性，这取决于发射机和接收机之间有无视距路径，当有视距路径时 一般服从莱斯分布，无视距路径时则服从瑞利分布。快衰落也称为短期衰落或 多径衰落。 无线接入信道实际上是一种十分恶劣的传输媒质，预测它的电磁特性是相 当困难的。传统上，我们根据实际的环境测量数据，用统计的方法对无线信道 进行建模。一般可用三层传播模型来描述无线传播环境。 1 )区域平均功率：第一层描述发射机到接收机所在区域内路径损耗特性的 区域平均功率。 2 ) 慢衰落平均功率：第二层是叠加在变化缓慢的局部平均功率上的、用对 数正态分布来表示的慢衰落平均功率。 3 ) 快衰落瞬时功率：第三层是最后附加在上面的快衰落瞬时功率，它服从 第2 章无线传输环境的特征 莱斯分布或瑞利分布。 路径损耗是指接收功率随距离的增加而减少的现象。发射机和接收机之间 传输路径上的路径损耗，一般包括直接路径的扩散损耗，由建筑物、山脉或树 叶引起的反射损耗和绕射损耗，以及建筑物的穿透损耗等。 有些模式通过对长距离( 在几百米或几千米的范围内) 的收发间隔上的功 率电平取平均值来表征接收信号的强度，称为大尺度传播模式。中尺度传播模 式确定局部平均功率中的变化被称为阴影效应，通常是由树或树叶遮挡产生的。 功率在几十个波长的距离上取局部平均，典型的功率电平在4 0 a 的距离上取平 均。大尺度和中尺度传播模式是反映平均电平的长期变化，他们是慢衰落。 小尺度传播模式表征只有几个波长的短距离上的信号强度，或者属于几秒 的短时间间隔上的信号强度。小尺度内的快衰落是由于直射波被散射体( 如房 屋、建筑物等) 或者自然物体( 如移动台四周的树木) 的多径反射所引起的。 电波在移动环境中传播时，会遇到各种物体，经反射，散射、绕射、到达 接收天线时，已成为通过各个路径到达的合成波，即多径传播模式。各传播路 径分量的幅度和相位各不相同，因此合成信号起伏很大，称为多径衰落。多径 会造成在发射点和接收点之间存在多条传播路径，多径传输会带来两方面的影 响：正面的影响和负面的影响。 ( 1 ) 多径传输的正面影响 多径传输的主要有利之处是它可以使发射点和接收点在非视距情况下也能 实现通信。多径传输可以使电波有效地绕过障碍物，从而或多或少有助于确保 电波覆盖连续区域。 ( 2 ) 多径传输的负面影响 多径传输会使信号受到负面影响。 径信号的相互干扰而造成的瑞利衰落； 率调整。 2 1 3 时延扩散 三个主要的不利影响是：时延扩散；多 不同路径的多普勒频移而引起的随机频 第2 章无线传输环境的特征 由于穿过物体的传输或反射的存在，当信号直接和间接地从发射机到达接 收机时就会出现多径效应。反射信号的数量取决于到达角度、载频和入射波的 极化等因素。反射传输的路径通常比直接传输的路径长，因此，经过反射路径 传输的信号到达接收机的时间要比通过直射路径传输的信号到达接收机的时间 晚。这样就产生了接收机会在一定连续的时间内，重复接收到由同一发射机发 射出的同一信号的现象。这种现象叫做：时延扩散。在数字系统中，特别是在 高速数字系统中，时延扩散会造成前后码元之间的相互重叠，造成传输码间干 扰。 前后码壳的重叠会造成无线信道传输的部分信息的丢失，从而限制了多径 信道的最大码率。即假如时差比一个码元周期要大得多，就会出现码间干扰 ( i s i ) 。换句话讲，当码元到达时间明显早于或晚于他们自己码元的周期时， 就能够出现码元得超前或时延。对于一个有固定的不同路径和给定的时延扩散， 数据速率更高一些的系统由于时延扩散更可能会遭遇到i s i 。对于一个固定数据 速率的系统，也许更会出现更多的不同长度的路径和更多的时延扩散。 幅 度 平均时延扩散为 图2 2 一个时延扩散的实例 第2 章无线传输环境的特征 。牮f o o d 坐( t ) d t ( 2 - s ， 式中，d ( t ) 是延迟概率密度函数，并且限定f d 9 ) 西一