4-无线电波传播特性

1、第四章无线电波传播特性 华北电力大学电子系 赵建立 2011年 主要内容 4.1 无线电波传播特性无线电波传播特性 n移动通信环境下场强变化剧烈移动通信环境下场强变化剧烈 n场强变化的平均值随距离增加而衰减场强变化的平均值随距离增加而衰减 n场强特性曲线的中值呈慢速变化场强特性曲线的中值呈慢速变化-长期慢衰长期慢衰 落（大尺度路径损耗传播模型）落（大尺度路径损耗传播模型） n由移动通信信道路径上的固定障碍物（建筑物、山 丘、树林等）的阴影引起的。 n场强特性曲线的瞬时值呈快速变化场强特性曲线的瞬时值呈快速变化-短期快短期快 衰落（小尺度多径衰落传播模型）衰落（小尺度多径衰落传播模型） n由收发

2、信双方的相对运动和环境地点的变化而产生。 大尺度衰落与小尺度衰落大尺度衰落与小尺度衰落 n衰落特性的算式描述衰落特性的算式描述 n n 式中，式中，r(t)表示信道的衰落因子；表示信道的衰落因子；m(t)表表 示大尺度衰落；示大尺度衰落；r0(t)表示小尺度衰落。表示小尺度衰落。 大尺度衰落 小尺度衰落 图图41 无线信道中的大尺度和小尺度衰落无线信道中的大尺度和小尺度衰落 ( (t t) )r rmm( (t t) )r r( (t t) ) 0 0 接收功率 ( (t t) )r r0 0 mm( (t t) ) 信道的分类 n信道的分类信道的分类 n根据不同距离内信号强度变化的快慢分为根

3、据不同距离内信号强度变化的快慢分为 n根据信号与信道变化快慢程度的比较分为根据信号与信道变化快慢程度的比较分为 大尺度衰落大尺度衰落小尺度衰落（主要特征是多径）小尺度衰落（主要特征是多径） 描述描述长距离上信号强度的缓慢变化长距离上信号强度的缓慢变化短距离上信号强度的快速波动短距离上信号强度的快速波动 原因原因信道路径上固定障碍物的阴影信道路径上固定障碍物的阴影移动台运动和地点的变化移动台运动和地点的变化 影响影响 业务覆盖区域业务覆盖区域 信号传输质量信号传输质量 n大尺度衰落与小尺度衰落大尺度衰落与小尺度衰落 短期快衰落 长期慢衰落 小尺度衰落 大尺度衰落 多径传播多径传播 n陆地室外移动

4、信道的主要特征是多径传播。陆地室外移动信道的主要特征是多径传播。 n传播过程中会遇到很多建筑物，树木和以及起伏的地传播过程中会遇到很多建筑物，树木和以及起伏的地 形，会引起能量的吸收和穿透以及电波的反射，散射形，会引起能量的吸收和穿透以及电波的反射，散射 及绕射等，这样，移动信道是充满了反射波的传播环及绕射等，这样，移动信道是充满了反射波的传播环 境。境。 n在移动传播环境中，到达移动台天线的信号不是单一在移动传播环境中，到达移动台天线的信号不是单一 路径来的，而是许多路径来的众多反射波的合成。路径来的，而是许多路径来的众多反射波的合成。 n由于电波通过各个路径的距离不同，因而个路径来的由于电

5、波通过各个路径的距离不同，因而个路径来的 反射波到达时间不同，相位也就不同。反射波到达时间不同，相位也就不同。 n不同相位的多个信号在接收端迭加，有时同相迭加而不同相位的多个信号在接收端迭加，有时同相迭加而 加强，有时反向迭加而减弱。这样，接收信号的幅度加强，有时反向迭加而减弱。这样，接收信号的幅度 将急剧变化，即产生了衰落。将急剧变化，即产生了衰落。 n这种衰落是由多径引起的，所以称为多径衰落。这种衰落是由多径引起的，所以称为多径衰落。 多径传播模型 无线电传播特性的研究 n考虑问题考虑问题 n衰落的物理机制衰落的物理机制 n功率的路径损耗功率的路径损耗 n接收信号的变化和分布特性接收信号的

6、变化和分布特性 n应用成果应用成果 n传播预测模型的建立传播预测模型的建立 n为实现信道仿真提供基础为实现信道仿真提供基础 n基本方法基本方法 n 理论分析方法（如射线跟踪法）理论分析方法（如射线跟踪法） n 应用电磁传播理论分析电波在移动环境中的传播特性来建立预应用电磁传播理论分析电波在移动环境中的传播特性来建立预 n 测模型测模型 n 现场测试方法（如冲激响应法）现场测试方法（如冲激响应法） n 在不同的传播环境中做电波实测实验，通过对测试数据进行统在不同的传播环境中做电波实测实验，通过对测试数据进行统 n 计分析，来建立预测模型计分析，来建立预测模型 4.2 电波的传播方式 阻挡体阻挡体

7、 反射反射 （引起多径衰落）（引起多径衰落） 比传输波长比传输波长 大的多的物体大的多的物体 绕射绕射尖利边缘尖利边缘 散射散射粗糙表面粗糙表面 n自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗 n 在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，只存在电在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，只存在电 磁波能量扩散而引起的传播损耗磁波能量扩散而引起的传播损耗 n接收功率接收功率 n 式中，式中，Pt为发射功率，以球面波辐射，为发射功率，以球面波辐射， ，为为 工作波长，工作波长，Gt，Gr分别表示发射天线和接收天线增益，分别表示发射天线和接收天线增益，d为为 发射天线和接收天线间的距离。发射天线和接收天线间的

8、距离。 n自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗 n 当当Gt=Gr=1时，时， n 分贝式分贝式 n接收换算接收换算 4 G A r 2 r r t P P L 2 4 d L dfLlog20log2045.32 ()10 log() rr P dBmP mW ()10log() rr P dBWP W tt r r GP d A P 2 4 n理想介质表面的反射理想介质表面的反射 n极化特性极化特性 n多径信号多径信号 n两径传播模型两径传播模型 n多径传播模型多径传播模型 n如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射 回来回来 n反射系数（反

9、射系数（R） n 入射波与反射波的比值入射波与反射波的比值 n入射角 n 式中式中 (垂直极化）垂直极化） n （水平极化）（水平极化） n 而而 n 其中，其中，为介电常数，为介电常数，为电导率，为电导率，为波长。为波长。 0 2 0 cos z 2 0 cosz 60 0 j z z R sin sin n极化：电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间极化：电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间 变化的状态。变化的状态。 n电磁波的极化形式：电磁波的极化形式： 线极化、圆极化和椭圆极化。线极化、圆极化和椭圆极化。 n线极化的两种特殊情况线极化的两种特殊情况 n 水平极化（

10、电场方向平行于地面）水平极化（电场方向平行于地面） n 垂直极化（电场方向垂直于地面）垂直极化（电场方向垂直于地面） n极化反射系数：极化反射系数： 对于地面反射，当工作频率高于对于地面反射，当工作频率高于150MHz （ ）时，）时， ，算得，算得 n应用应用 n 接收天线的极化方式同被接收的电磁波的极化形式一致接收天线的极化方式同被接收的电磁波的极化形式一致 时，才能有效地接收到信号，否则将产生极化失配时，才能有效地接收到信号，否则将产生极化失配 n 不同极化形式的天线也可以互相配合使用不同极化形式的天线也可以互相配合使用 m2 1 ()()1 vh RR 垂直极化反射系数水平极化反射系数

11、 2 tr 2 tr .Ae)R1(Re1GG d4 PP 地面二次效应 直射波 反射波 地表面波 可忽略可忽略 2 tr 2 tr Re1GG d4 PP l2 ()lACCBAB 2 i 1N 1i itr 2 tr )jexp(R1GG d4 PP 直射波 反射波 图4-2两径传播模型 发射天线 接收天线 两径传播模型 多径传播模型 移动通信环境的场强测试曲线移动通信环境的场强测试曲线 n阴影衰落阴影衰落（慢衰落慢衰落） 移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对 电波传播路径的阻挡而形成的电磁场阴影效应电波传播路

12、径的阻挡而形成的电磁场阴影效应 n特点特点 衰落与传播地形和地物分布、高度有关衰落与传播地形和地物分布、高度有关 n表达式表达式 传播路径损耗和阴影衰落传播路径损耗和阴影衰落 分贝式分贝式 式中式中, r 移动用户和基站之间的距离移动用户和基站之间的距离 由于阴影产生的对数损耗（由于阴影产生的对数损耗（dB），服从零平均和标准偏差），服从零平均和标准偏差 dB的对数正态分布的对数正态分布 n m 路径损耗指数路径损耗指数 n 实验数据表明实验数据表明m4，标准差，标准差8dB，是合理的，是合理的 1 0 (,)1 0 m lrr 10log ( , )10logl rmr n多径衰落的基本特性

13、多径衰落的基本特性 n多普勒频移多普勒频移 n多径信道的信道模型多径信道的信道模型 n描述多径信道的主要参数描述多径信道的主要参数 n多径信道的统计分析多径信道的统计分析 n多径衰落信道的分类多径衰落信道的分类 n衰落特性的特征量衰落特性的特征量 1、多径衰落的基本特性、多径衰落的基本特性 n幅度衰落幅度衰落 接收信号的幅度将随着移动台移动距离的变动而衰落接收信号的幅度将随着移动台移动距离的变动而衰落 n空间角度空间角度 n模拟通信系统的主要考虑对象模拟通信系统的主要考虑对象 n原因原因 n本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落 n地形变化引起的衰落以及空

14、间扩散损耗表现为慢衰落地形变化引起的衰落以及空间扩散损耗表现为慢衰落 n时延扩展时延扩展 接收信号中脉冲的宽度扩展接收信号中脉冲的宽度扩展 n时间角度时间角度 n数字通信系统的主要考虑对象数字通信系统的主要考虑对象 n原因原因 信号的传播路径不同，所以到达接收端的时间也就不同，导致接收信号包含信号的传播路径不同，所以到达接收端的时间也就不同，导致接收信号包含 发送脉冲及其各个延时信号。发送脉冲及其各个延时信号。 2、 n原因原因 移动体在移动体在x轴上以速度轴上以速度v移动时会引起多普勒（移动时会引起多普勒（Doppler）频率漂移）频率漂移 n表达式表达式 多普勒频移多普勒频移 cos 式中

15、式中 v 移动速度移动速度 波长波长 v 入射波与移动台移动方向之间的夹角入射波与移动台移动方向之间的夹角 最大多普勒最大多普勒(Doppler)频移频移 n说明说明 n多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电波入射方向之间多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电波入射方向之间 的夹角有关：的夹角有关： n若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正（接收信号频率上升）；若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正（接收信号频率上升）； 反之若移动台背向入射波方向运动，则多普勒频移为负（接收信号频率下反之若移动台背向入射波方向运动，则多普勒频移为负（接收信号频率下 降）。降）。 n信号

16、经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩散，信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩散， 因而增加了信号带宽。因而增加了信号带宽。 v fd v m f 入射电波 n原理原理 n多径信道对无线信号的影响表现为多径衰落特性。多径信道对无线信号的影响表现为多径衰落特性。 n将信道看成作用于信号上的一个滤波器，可通过分析将信道看成作用于信号上的一个滤波器，可通过分析 滤波器的冲击相应和传递函数得到多径信道的特性滤波器的冲击相应和传递函数得到多径信道的特性 n推导冲击响应推导冲击响应 n只考虑多径效应只考虑多径效应 n再考虑多普勒效应再考虑多普勒效应 n多径和多普勒效应对传

17、输信号的影响多径和多普勒效应对传输信号的影响 n多径信道的冲击响应多径信道的冲击响应 n传输信号传输信号 假设第假设第i i径的路径长度为径的路径长度为x xi i、衰落系数（或反射系数）为、衰落系数（或反射系数）为 n接收信号接收信号 式中，式中，c c为光速；为波长。为光速；为波长。 又因为又因为 所以所以 式中式中 为时延。为时延。 实质上是接收信号的复包络模型，是衰落、相移和时实质上是接收信号的复包络模型，是衰落、相移和时 延都不同的各个路径的总和。延都不同的各个路径的总和。 ( )Re( )exp( 2) c x ts tjf t ( )Reexp2 Reexp2 iii iic i

18、i ii ic i xxx y ta x tas tjft ccc xx a s tjf t c i a ( )Re( )exp( 2) c y tr tjf t ( )exp2exp2 ii iicii ii xx r tajs tajfs t c i i x c ( )r t n考虑移动台移动时，导致各径产生多普勒效应考虑移动台移动时，导致各径产生多普勒效应 n设路径的到达方向和移动台运动方向之间的夹角为设路径的到达方向和移动台运动方向之间的夹角为 n路径的变化量路径的变化量 n输出复包络输出复包络 n简化得简化得 n n （）（） n其中，其中， 为最大多普勒频移。为最大多普勒频移。 i

19、 cos ii xvt ( )exp2 cos exp2exp2cos iiii i i iii ii i xxxx r tajs t c xxvtv ajjts t cc ( )exp2cos exp2cos exp2cos2 exp22cos ii ii i i imii i imicii i iicimi i xxv r tajts t c x ajf ts t ajf tfs t a s tjff t 在相位 中 不可忽不可忽 略略 数量级 小 可忽略可忽略 m f n 多径和多普勒效应对传输信号的影响多径和多普勒效应对传输信号的影响 令令 式中式中 代表第代表第i条路径到达接收机的信

20、号分量的增量延迟条路径到达接收机的信号分量的增量延迟 在任何时刻在任何时刻t，随机相位，随机相位 都可产生对都可产生对 的影响，引起多径衰落。的影响，引起多径衰落。 n 冲击响应冲击响应 由（）式得由（）式得 冲击响应冲击响应 式中，式中， 、 表示第表示第i个分量的实际幅度和增量延迟；相位个分量的实际幅度和增量延迟；相位 包含了在第包含了在第i个增量延迟内一个增量延迟内一 个多径分量所有的相移；个多径分量所有的相移； 为单位冲击函数。为单位冲击函数。 如果假设信道冲激响应至少在一小段时间间隔或距离具有不变性，信道冲击响应可以简化为如果假设信道冲激响应至少在一小段时间间隔或距离具有不变性，信道

21、冲击响应可以简化为 n此冲击响应完全描述了信道特性，相位此冲击响应完全描述了信道特性，相位 服从服从 的均匀分布的均匀分布 , ( )22cos icimiciD i tff tt ( ) ( )( )( , ) i jt ii i r tas tes th t () (,) i jt ii i htae 多径延迟影响 多普勒效应 影响 i ( ) i t ( )r t i a i ( ) i t () () i jt ii i ha e i 0,2 n由于多径环境和移动台运动等由于多径环境和移动台运动等影响因素影响因素，使得移动信道对传输信号在时，使得移动信道对传输信号在时 间、频率和角度上

22、造成了色散。间、频率和角度上造成了色散。 n通常用功率在时间、频率以及角度上的分布来描述这种通常用功率在时间、频率以及角度上的分布来描述这种色散色散 n多径信道的主要参数多径信道的主要参数 定量描述这些色散时常用的一些特定参数定量描述这些色散时常用的一些特定参数 功率延迟分布功率延迟分布 PDP 时间色散时间色散 多普勒功率谱密度多普勒功率谱密度 DPSD 角度谱角度谱 PAP 频率色散频率色散 角度色散角度色散 n功率延迟分布（功率延迟分布（PDP） n 基于固定时延参考基于固定时延参考 的附加时延的附加时延 的函数，通过对本地瞬时功率延迟分布取平的函数，通过对本地瞬时功率延迟分布取平 均得

23、到均得到 n市区环境中近似为指数分布市区环境中近似为指数分布 n式中，式中，T是常数，为多径时延的平均值是常数，为多径时延的平均值 n时间色散特性参数时间色散特性参数 n平均附加延时平均附加延时 n nrms时延扩展时延扩展 n 其中其中 n最大附加延时扩展最大附加延时扩展(XdB) n 高于某特定门限的多径分量的时间范围，即多径高于某特定门限的多径分量的时间范围，即多径 n 能量从初值衰落到低于最大能量能量从初值衰落到低于最大能量(XdB)处的时延处的时延 n 图图2-5中，中， 为归一化的最大附加延时扩展为归一化的最大附加延时扩展(XdB)； n 为归一化平均附加延时；为归一化平均附加延时

24、； 为归一化为归一化rms时延扩展时延扩展 1 T Pe T 0dB -XdB m m T P 图2-5典型的归一化时延 扩展谱 2 2 kkkk kk kk kk aP aP 2 2 E 222 2 2 kkkk kk kk kk aP E aP 0 m T m n两径情况两径情况 接收信号接收信号 等效网络传递函数等效网络传递函数 信道的幅频特性信道的幅频特性 当当 时，信号同相叠加，出现峰点时，信号同相叠加，出现峰点 当当 时，信号反相相减，出现谷点时，信号反相相减，出现谷点 相邻两个谷点的相邻两个谷点的 ,两相邻场强两相邻场强 为最小值的频率间隔与两径时延为最小值的频率间隔与两径时延

25、成反比成反比 n多径情况多径情况 应为应为rms时延扩展时延扩展 是随时间变化的，可由大量实测数据经过统计处理计算出来是随时间变化的，可由大量实测数据经过统计处理计算出来 说明相关带宽是信道本身的特性参数，与信号无关说明相关带宽是信道本身的特性参数，与信号无关 ( ) 0( ) ( )(1) jt i r tx tre ( )2tn ( )(21)tn )(t 1 2( ) c B t ( ) 0( ) (, )1 ( ) jt e i r t Hjtre x t r 2 )(t () i x t 0( ) r t (, ) c H jt ( , )1cos( )sin( )Atrtjrt 图

26、图2-6 两径信道模型两径信道模型 图图2-7 通过两径信道的接收信号幅频特性通过两径信道的接收信号幅频特性 )(t ( ) t ( ) t A(,t) ) ( 2 t n ) ( ) 12 ( t n 1+r 1-r n设两个信号的包络为设两个信号的包络为 和和 ， 频率差为频率差为 ，则，则 n包络相关系数包络相关系数 n n此处，相关函数此处，相关函数 n若信号衰落符合瑞利分布，则若信号衰落符合瑞利分布，则 n式中，式中， 为零阶为零阶Bessel函数，函数， 为最大多普勒频移。为最大多普勒频移。 n不失一般性，可令不失一般性，可令 ，简化后，简化后 n通常，根据包络的相关系数通常，根据

27、包络的相关系数 来测度相关带宽来测度相关带宽 n代入得代入得 n相关带宽相关带宽 () 12 22 22 1122 (, ) (, ) r r Rfrr f rrrr 121 21212 0 (, ),( ,) r Rfr rrr p r r drdr 2 0 22 (2) (, ) 1(2) m r Jf f f 22 1 () 1(2) r f f 1( ) r t 2( ) r t 12 fff 0() J m f 0 ()0.5 r f 1 2 c B 1 2 f n n判定判定 n 由信道和信号两方面决定由信道和信号两方面决定 分类分类 不同频率分量的衰落不同频率分量的衰落 信号波形

28、信号波形 频率选择性衰落频率选择性衰落 不一致不一致 失真 非频率选择性衰落非频率选择性衰落 （平坦衰落）（平坦衰落） 相关的相关的 一致的一致的 不失真 数字通信系统 信号带宽小于信道相关带宽信号带宽小于信道相关带宽 BsBc 平坦衰落平坦衰落 频选衰落频选衰落 码间干扰码间干扰 n频率色散参数是用多普勒扩展来描述的，而频率色散参数是用多普勒扩展来描述的，而相关时间是与多普勒扩相关时间是与多普勒扩 展展相对应的参数相对应的参数 n时变特性时变特性 n原因原因 n 移动台运动或信道路径中的物体运动移动台运动或信道路径中的物体运动 n用普勒扩展和相关时间来描述用普勒扩展和相关时间来描述 n多普勒

29、扩展多普勒扩展 （功率谱）（功率谱） n相关时间相关时间 n相关时间是信道冲激响应应维持不变的时间间隔的统计平均值，相关时间是信道冲激响应应维持不变的时间间隔的统计平均值， 即在此间隔内信道特性没有明显的变化。即在此间隔内信道特性没有明显的变化。 n表征了时变信道对信号的衰落节拍表征了时变信道对信号的衰落节拍 n推导相关时间推导相关时间 n时间选择性衰落时间选择性衰落 n从多普勒扩展角度从多普勒扩展角度 n 时间相关函数与多普勒功率谱之间是傅立叶变换关系时间相关函数与多普勒功率谱之间是傅立叶变换关系 n n 所以多普勒扩展的倒数就是对信道相关时间的度量，即所以多普勒扩展的倒数就是对信道相关时间

30、的度量，即 n 此时入射波与移动台移动方向之间的夹角此时入射波与移动台移动方向之间的夹角=0 n 式中式中 为多普勒扩展（有时也用为多普勒扩展（有时也用 表示），即多普勒频移。表示），即多普勒频移。 n从包络相关性角度从包络相关性角度 n 通常将信号包络相关度为通常将信号包络相关度为0.5时的时间间隔定义为相关时间时的时间间隔定义为相关时间 n ,包络相关系数包络相关系数 n 令令 ， =0.5 推出推出 2 0 22 (2) (, ) 1 (2) m r Jf f f ()( )RS f 11 c Dm T ff D f D B 0f 2 0 ( 0 ,) ( 2 ) rm J f 9 16

31、 c m T f 时间选择性衰落时间选择性衰落 n时间选择性衰落是由多普勒效应引起的，并且发生在传时间选择性衰落是由多普勒效应引起的，并且发生在传 输波形的特定时间段上，即信道在时域具有选择性输波形的特定时间段上，即信道在时域具有选择性 n要保证信号经过信道不会在时间轴上产生失真，就必须要保证信号经过信道不会在时间轴上产生失真，就必须 保证传输符号速率远大于相关时间的倒数保证传输符号速率远大于相关时间的倒数 n在现代数字通信中，常规定在现代数字通信中，常规定 为上页两式的几何平均作为上页两式的几何平均作 为经验关系为经验关系 c T 2 90.423 16 m c m T ff 码元间隔大于信

32、道相关时间码元间隔大于信道相关时间 TsTc 时选衰落时选衰落 误码误码 n主要讨论多径信道的包络统计特性。主要讨论多径信道的包络统计特性。 n接收信号的包络根据不同的无线环境一般服接收信号的包络根据不同的无线环境一般服 从从 n 瑞利分布瑞利分布 n 莱斯分布莱斯分布 n环境条件环境条件 n 通常在离基站较远、反射物较多的地区符合通常在离基站较远、反射物较多的地区符合 （如下图）（如下图） n发射机和接收机之间发射机和接收机之间没有直射波没有直射波路径路径 n存在大量反射波存在大量反射波，到达接收天线的方向角随机，到达接收天线的方向角随机,且且02均匀均匀 分布分布 n各反射波的幅度和各反射

33、波的幅度和 相位都相位都统计独立统计独立 0 2 r 2 2 1 drre 2 1 )(p 2 2 2 2 2 2 2 r 2 2 0 2 r 2 e r dre 2 1 )r( p 瑞利分布的概率分布密度 2533. 1 2 dr)r(rprE R 0 meanr 22 2 0 2222 0.4292 2 2 2 drrE R rEr 22 2 0 2222 0.4292 2 2 2 drrE R rEr n直射系统中，接收信号中有视距信号成为主导分量，直射系统中，接收信号中有视距信号成为主导分量， 同时还有不同角度随机到达的多径分量迭加于其上同时还有不同角度随机到达的多径分量迭加于其上 n

34、非直射系统中，源自某一个散射体路径的信号功率特非直射系统中，源自某一个散射体路径的信号功率特 别强别强 n概率密度函数概率密度函数 n n式中式中, A是主信号的峰值是主信号的峰值 n I0()是是0阶第一类修正贝塞尔函数阶第一类修正贝塞尔函数 n莱斯因子莱斯因子K n 主信号的功率与多径分量方差之比主信号的功率与多径分量方差之比 n 分贝式分贝式 n意义意义 n 完全决定了莱斯的分布：完全决定了莱斯的分布： n当当 ，莱斯分布变为，莱斯分布变为瑞利分布瑞利分布 n强直射波的存在使接收信号包络从瑞利变为强直射波的存在使接收信号包络从瑞利变为莱斯分布莱斯分布 n当直射波进一步增强（当直射波进一步

35、增强（ ），莱斯分布将趋进），莱斯分布将趋进高斯分布高斯分布 )0r,0A( A Ie r 2 2 0 2 )Ar( 2 22 )(rp 2 2 2 A K 2 2 2 A log10dBK dBK,0A 1 2 A 2 瑞利分布瑞利分布 莱斯分布莱斯分布 高斯分布高斯分布 依据依据 分类分类 时间色散时间色散 频率选择性衰落信道频率选择性衰落信道 平坦衰落信道平坦衰落信道 频率色散频率色散 快衰落信道快衰落信道 慢衰落信道慢衰落信道 是否考虑是否考虑 角度色散角度色散 标量信道（时，频）标量信道（时，频） 矢量信道（时、频、空）矢量信道（时、频、空） n Ts为信号周期（信号带宽为信号周期（

36、信号带宽Bs的倒数）的倒数） 是信道的时延扩展；是信道的时延扩展； Bc为为相关带宽相关带宽 n通常若通常若 ，可认为该信道是频率选择性的，可认为该信道是频率选择性的 频率选择性衰落频率选择性衰落平坦衰落平坦衰落 原因原因 信道具有恒定增益和相位的带信道具有恒定增益和相位的带 宽范围小于发送信号带宽宽范围小于发送信号带宽 时间色散时间色散 码间干扰码间干扰 信道具有恒定增益信道具有恒定增益 和相位的带宽范围和相位的带宽范围 大于发送信号带宽大于发送信号带宽 频谱特性频谱特性 不同频率获得不同增益不同频率获得不同增益在接收端保持不变在接收端保持不变 条件条件 Bs Bc Ts Bs s T s

37、T s T 10 s T 快衰落快衰落慢衰落慢衰落 原因原因 冲激响应变化快冲激响应变化快 于基带信号变化于基带信号变化 信道冲激响应变化比信道冲激响应变化比 不上基带信号变化不上基带信号变化 条件条件TsTc BsBd TsBd Tc为信道相关时间为信道相关时间 BD为多普勒扩展为多普勒扩展 衰落深度衰落深度 衰落速率衰落速率 电平电平通过率通过率 衰落持续时间衰落持续时间 n衰落速率衰落速率 信号包络在单位时间内以正斜率通过中值信号包络在单位时间内以正斜率通过中值 电平的次数，即包络衰落的速率电平的次数，即包络衰落的速率 n与与发射频率发射频率，移动台行进，移动台行进速度和方向速度和方向以

38、及多径以及多径 传播的传播的路径数路径数有关有关 n平均衰落率平均衰落率 n衰落深度衰落深度 信号有效值与该次衰落的信号最小值的差信号有效值与该次衰落的信号最小值的差 值。值。 3 1.8510 2 Af n单位时间内信号包络以正斜率通过某一规定电平值单位时间内信号包络以正斜率通过某一规定电平值R的平均次数的平均次数 n意义意义 描述衰落次数的统计规律：描述衰落次数的统计规律： 深度衰落发生的次数较少，而浅度衰落发生得相当频繁深度衰落发生的次数较少，而浅度衰落发生得相当频繁 n表达式表达式 式中式中 为信号包络为信号包络r 对时间的导函数对时间的导函数 n平均电平通过率平均电平通过率 由于电平

39、通过率是随机变量，通常用平均电平通过率来描述。由于电平通过率是随机变量，通常用平均电平通过率来描述。 对于瑞利分布可得对于瑞利分布可得 式中式中 fm为最大多谱勒频率，为最大多谱勒频率， 其中其中 信号平均功率信号平均功率 ， 为信号有效值为信号有效值 0 rd)r,R(pr)R(N r 2 2)( efRN m rms R R 2 R 0 222 2dr)r(pr)r(E 2R rms n信号包络低于某个给定电平值的概率与该电平所对应的信号包络低于某个给定电平值的概率与该电平所对应的 电平通过率之比电平通过率之比 n表达式表达式 n意义意义 描述了衰落次数的统计规律描述了衰落次数的统计规律

40、n平均衰落持续时间平均衰落持续时间 衰落是随机发生的，只能给出平均衰落持续时间衰落是随机发生的，只能给出平均衰落持续时间 对于瑞利衰落，可得对于瑞利衰落，可得 R R N RrP )1e( f2 1 2 m R n目的目的 掌握基站周围所有地点处接收信号的平均强度及变化特点，以便为网络覆盖的掌握基站周围所有地点处接收信号的平均强度及变化特点，以便为网络覆盖的 研究以及整个网络设计提供基础。研究以及整个网络设计提供基础。 n方法方法 根据测试数据分析归纳出基于不同环境的经验模型，在此基础上对模型进行校根据测试数据分析归纳出基于不同环境的经验模型，在此基础上对模型进行校 正，使其更加接近实际，更准

41、确正，使其更加接近实际，更准确 n确定传播环境的主要因素确定传播环境的主要因素 n自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）自然地形（高山、丘陵、平原、水域等） n人工建筑的数量、高度、分布和材料特性人工建筑的数量、高度、分布和材料特性 n该地区的植被特征该地区的植被特征 n天气状况天气状况 n自然和人为的电磁噪声状况自然和人为的电磁噪声状况 n系统的工作频率和移动台运动等因素系统的工作频率和移动台运动等因素 n本节内容本节内容 n室外传播模型室外传播模型 n室内传播模型室内传播模型 n传播模型校正传播模型校正 常用的几种室外电波传播损耗预测模型常用的几种室外电波传播损耗预测模型 nHata模型模型

42、 广泛使用的一种适用于宏蜂窝的中值路径损耗预测的广泛使用的一种适用于宏蜂窝的中值路径损耗预测的 传播模型。传播模型。 n 根据应用频率的不同，又分为根据应用频率的不同，又分为 nOkumura-Hata 模型模型 nCOST 231 Hata模型，模型， nCCIR模型模型 nLEE模型模型 nCOST 231 Walfisch-Ikegami 模型模型 路径损耗计算的经验公式路径损耗计算的经验公式 式中式中 工作频率（工作频率（MHz） 基站天线有效高度（基站天线有效高度（ m ），定义为基站天线实际海拔高度与基），定义为基站天线实际海拔高度与基 站沿传播方向实际距离内的平均地面海波高度之差

43、站沿传播方向实际距离内的平均地面海波高度之差 移动台天线有效高度（移动台天线有效高度（m），定义为移动台天线高出地表的高度），定义为移动台天线高出地表的高度 d 基站天线和移动台天线之间的水平距离基站天线和移动台天线之间的水平距离 （km） 有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数 小区类型校正因子小区类型校正因子 地形校正因子，反映一些重要的地形环境因素对路径损耗的影响地形校正因子，反映一些重要的地形环境因素对路径损耗的影响 terraincellteretecp CCdloghlog55. 69 .44hhlog82.13flog16.2655.69dBL

44、MHz300f97. 4h75.11log2 . 3 MHz300f1 . 1h54. 1log29. 8 8 . 0flog56. 1h7 . 0flog11. 1 h c 2 re c 2 re crec re 大大城城市市、郊郊区区、乡乡村村 中中小小城城市市 乡村乡村 郊区郊区 城市城市 98.40flog33.18flog78. 4 4 . 528flog2 0 C c 2 c 2 ccell c f te h re h re h cell C terrain C n路径损耗计算的经验公式路径损耗计算的经验公式 式中式中 大城市中心校正因子大城市中心校正因子 n两种两种Hata模型的

45、模型的主要区别主要区别 n频率频率衰减系数衰减系数不同不同 n COST-231Hata模型频率衰减因子为模型频率衰减因子为33.9 n Okumura-Hata模型的频率衰减因子为模型的频率衰减因子为 26.16 nCOST-231Hata模型还模型还增加增加了一个大城市中了一个大城市中 心衰减，大城市中心地区路径损耗增加心衰减，大城市中心地区路径损耗增加3dB。 Mterraincellteretec50 CCCdloghlog55. 69 .44hhlog82.13flog9 .333 .46dBL 市市中中心心大大城城 中中等等城城市市和和郊郊区区 dB3 dB0 C M M C n给

46、出了反映自由空间路径损耗和地形引入的路径损耗联给出了反映自由空间路径损耗和地形引入的路径损耗联 合效果的经验公式合效果的经验公式 n 校正因子校正因子 n右图给出了右图给出了Hata和和CCIR n 路径损耗公式的路径损耗公式的对比对比， n 由图可见，由图可见，路径损耗随路径损耗随 n 建筑物密度而增大建筑物密度而增大 图图214 Hata和和CCIR路径损耗公式的对比路径损耗公式的对比 Bdloghlog55. 69 .44hhlog82.13flog16.2655.69dBL teretec50 百百分分比比被被建建筑筑物物覆覆盖盖的的区区域域的的logB2530 n应用应用 n用于建筑

47、物高度近似一致的郊区和城区环境用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境 n常用于移动通信系统（常用于移动通信系统（GSM/PCS/DECT/DCS）设计）设计 n可以计算基站发射天线高于、等于或低于周围建筑物等不同情况可以计算基站发射天线高于、等于或低于周围建筑物等不同情况 的路径损耗的路径损耗 n两种情况两种情况 n视距传播情况，路径损耗视距传播情况，路径损耗 n非视距传播情况，路径损耗非视距传播情况，路径损耗 式中式中 L0 由空间损耗由空间损耗 L1 由沿屋顶下沿最近的衍射引起的衰落损耗由沿屋顶下沿最近的衍射引起的衰落损耗 L2 2 沿屋顶的多重衍射（除了最近的衍射） 沿屋顶的多重衍射（除

48、了最近的衍射） fdLlog20log266 .42 210 LLLL 111 log20log10log109 .16LhhfwL mR blogflogkdlogkkLL fda 9 212 n 1 n 式中式中 w 接收机所在的街道宽度（接收机所在的街道宽度（m）, n hR建筑物的平均高度（建筑物的平均高度（m） n hR，hm接收天线的高度接收天线的高度 n n 其中其中 街区轴线于连结发射机和接收机天线的夹街区轴线于连结发射机和接收机天线的夹 角角 n2 式中式中 上面各式中，上面各式中，hB 发射天线高度，发射天线高度， b相邻行建筑物中心距离相邻行建筑物中心距离 9055551

49、114.04 553535075.05.2 3503571.010 11 L blogflogkdlogkkLL fda 9 212 111 201010916Lhhlogflogwlog.L mR RB RBRB hh, hh,hhlog L 0 118 21 kmdhhhhd kmdhhhh hh k RBRB RBRB RB a 5 . 0,4 . 054 5 . 0,8 . 054 ,54 并并且且 并并且且 RB R RB RB d hh h hh hh k , 15 18 ,18 大大城城市市 中中等等城城市市和和郊郊区区 ,1 925 5 . 1 ,1 925 7 . 0 4 f

50、 f kf 适用范围适用范围 传播模型传播模型 宏蜂窝（宏蜂窝（1km） 微蜂窝（微蜂窝（1km） 频率（频率（MHz）天线高度天线高度 （m） 城区城区/郊区郊区/乡乡 村村 Hata Okumur a-Hata 宏蜂窝宏蜂窝1501500基站：基站：30200 移动台：移动台：110 城区、郊区、乡城区、郊区、乡 村村 COST- 231 Hata 宏蜂窝宏蜂窝1500 2000 基站：基站：30200 移动台：移动台：110 城区、郊区、乡城区、郊区、乡 村村 CCIC 宏蜂窝宏蜂窝150 2000基站：基站：30200 移动台：移动台：110 城区、郊区城区、郊区 LEE 宏蜂窝宏蜂窝

51、450 2000城区、郊区、乡城区、郊区、乡 村村 微蜂窝微蜂窝 分分LOS和和NLOS 450 2000城区、郊区城区、郊区 WIM 0.025km 分分LOS和和NLOS 800 2000基站：基站：450 移动台：移动台：13 城区、郊区城区、郊区 基站和移动台之间水平距离基站和移动台之间水平距离d（km） fA f A f fA A t Alos Dd D d D Dd d h d L log 4 log20 ( 4 log20 , 自自由由空空间间传传播播损损耗耗） 宏蜂窝模型宏蜂窝模型d5 d55 有实测数据 并得到LEE模型参数 和距离衰减因子 d1微蜂窝模型微蜂窝模型 有实测数

52、据 LEE模型 WIM模型 LEE模型 WIM模型 CCIR模型 fA f A f fA A tAlos Dd D d D Dd d hdL log 4 log20 ( 4 log20 , 自自由由空空间间传传播播损损耗耗） Hata模型 fA f A f fA A tAlos Dd D d D Dd d hdL log 4 log20 ( 4 log20 , 自自由由空空间间传传播播损损耗耗） nHata模型模型 n参数易获得，模型易使用参数易获得，模型易使用 n但未考虑建筑物的高度和密度、街道的分布和走向等重要因素的影响，但未考虑建筑物的高度和密度、街道的分布和走向等重要因素的影响， 预测

53、值和实际值的误差较大预测值和实际值的误差较大 nCCIR模型模型 n 考虑了建筑物密度的影响，引入参数考虑了建筑物密度的影响，引入参数B（被建筑物覆盖（被建筑物覆盖 n 区域的百分比），且易获得区域的百分比），且易获得 nLEE模型模型 n适用于有测试数据时。主要参数易于根据测量值调整，准确性高。适用于有测试数据时。主要参数易于根据测量值调整，准确性高。 n算法简单，计算速度快算法简单，计算速度快 nCOST 231-Walfisch-Ikegami 模型模型 n用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境 n发射天线可以高于、等于或低于周围建筑物发射天线可以高

54、于、等于或低于周围建筑物 n显著特点显著特点 n室内覆盖面积小得多室内覆盖面积小得多 n收发机间的传播环境变化更大收发机间的传播环境变化更大 n影响因素影响因素 n建筑物的布局建筑物的布局 n建筑材料建筑材料 n建筑类型建筑类型 n常用的几种室内传播模型常用的几种室内传播模型 n对数距离路径损耗模型对数距离路径损耗模型 nEricsson多重断点模型多重断点模型 n衰减因子模型衰减因子模型 对数距离路径损耗模型对数距离路径损耗模型 Ericsson多重断点模型多重断点模型 n对数距离路径损耗模型对数距离路径损耗模型 室内路径损耗遵从公式室内路径损耗遵从公式 式中，依赖于周围环境和建筑物类型，是

55、标准偏差式中，依赖于周围环境和建筑物类型，是标准偏差 为的正态随机变量为的正态随机变量 nEricsson多重断点模型多重断点模型 n有四个断点，有四个断点， n 考虑路径损耗的上下边界考虑路径损耗的上下边界 n未考虑对数正态阴影部分未考虑对数正态阴影部分 010 0 ()10 log dBdB d PLPL dX d 图图2.17 多重断点室内路径损耗模型多重断点室内路径损耗模型 n应用应用 n 适用于建筑物内的传播预测。包含了建筑物类型影响以及适用于建筑物内的传播预测。包含了建筑物类型影响以及 n 阻挡物引起的变化，灵活性强。阻挡物引起的变化，灵活性强。 n衰减因子模型衰减因子模型 n同层建筑物同层建筑物 n n 其中其中 表示同层测试的指数值表示同层测试的指数值 n多层建筑物多层建筑物 n n其中其中 表示基于测试的多楼层路径损耗指数表示基于测试的多楼层路径损耗指数 n室内路径损耗等于自由