第二章 移动信道传播特性

1、2.3 小结小结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)无线通信广泛使用无线通信广泛使用VHFVHF、UHFUHF频段：频段：SHF:330(GHz)路径损耗路径损耗阴影衰落阴影衰落 阴影效应阴影效应接收信号除其瞬时电平产生深度且快速的衰接收信号除其瞬时电平产生深度且快速的衰落之外，其局部中值也是变化的，这是由于移动无落之外，其局部中值也是变化的，这是由于移动无线信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍线信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电波传播路径的遮挡而形成的电磁场阴影效应物对电波传

2、播路径的遮挡而形成的电磁场阴影效应而造成的，称为阴影衰落。而造成的，称为阴影衰落。 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. 1.一般路径损耗模型（自由空间传播损耗）一般路径损耗模型（自由空间传播损耗）无线电波从发射机天线发出，可以沿着不同的途径无线电波从发射机天线发出，可以沿着不同的途径和方式到达接收天线。和方式到达接收天线。图图2-1 2-1 电波传播典型路径电波传播典型路径 直射波，也称为视距传播（直射波，也称为视距传播（LOSLOS） 地面反射波；地面反射波； 地表面波。地表面波。除此之外，在移动信道中，电波遇到各种障碍物时除此之外，在移动信道中

3、，电波遇到各种障碍物时会发生反射、绕射和散射现象。会发生反射、绕射和散射现象。2.2.直射直射直射波传播可按自由空间传播来考虑。自由空间传播直射波传播可按自由空间传播来考虑。自由空间传播是理想的传播条件。满足如下条件的电波可视作在自是理想的传播条件。满足如下条件的电波可视作在自由空间传播：由空间传播：地面上空的大气层是各向同性的均匀媒质；地面上空的大气层是各向同性的均匀媒质；媒质的相对介电常数媒质的相对介电常数r r和相对导磁率和相对导磁率r r都等于都等于1 1 传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计。反射信号场强也

4、可以忽略不计。 由电磁场理论可知，若各向同性天线（亦称全向天线由电磁场理论可知，若各向同性天线（亦称全向天线或无方向性天线）的辐射功率为或无方向性天线）的辐射功率为P PT T W W，则距辐射源，则距辐射源d d（单位单位m m）处的电场有效值）处的电场有效值E Eo o为：为：磁场有效值磁场有效值H H0 0为：为：T030(V/m)PEdT030(A/m)120PHd单位面积上的电波功率密度单位面积上的电波功率密度S S为：为：若用发射天线增益为若用发射天线增益为G GT T的方向性天线取代各向同性天线的方向性天线取代各向同性天线2T2(W/m )4PSdTT030(V/m)P GEdT

5、T030(A/m)120P GHd2TT2(W/m )4P GSd接收天线获取的电波功率：接收天线获取的电波功率：PR = SAR A AR R与与G GR R关系为：关系为：2 2/4/4为各向同性天线的有效面积。为各向同性天线的有效面积。可以得到（可以得到（FriisFriis公式）：公式）：2RR4AG2RTTR4PP G Gd当当G GR R = =G GT T = 1 = 1时，时，自由空间传播损耗自由空间传播损耗L Lfsfs为为以以dBdB计，得：计，得：或：或：2RT4PPd2TfsR4PdLP2fs101044(dB)101 g(dB)201 g(dB)ddLoofs1010

6、(dB)32.44201 g(km)201 g(MHz)Lodof 引入随着环境而改变的路径损耗指数引入随着环境而改变的路径损耗指数n（26），可以修正自由空间路径损耗模型），可以修正自由空间路径损耗模型对数距离路径损耗模型。对数距离路径损耗模型。0100(dB)()10 1 gLDFSdLLdn od d0参考距离，参考距离，n=2对应自由空间情况。对应自由空间情况。2、奥村模型（、奥村模型（ Okumura ） Okumura模型是通过广泛实验得到的应用模型是通过广泛实验得到的应用于移动通信系统的信道模型。于移动通信系统的信道模型。为了计算移动信为了计算移动信道中信号电场强度中值（或传播损

7、耗中值），道中信号电场强度中值（或传播损耗中值），可将地形可将地形和地物进行了和地物进行了分类，并以中等起伏地分类，并以中等起伏地形形市区市区作传播基准作传播基准，其他地形地物在此基础上，其他地形地物在此基础上修正。修正。地形、地物分类地形、地物分类 （1）地形的分类与定义）地形的分类与定义 为了计算移动信道中信号电场强度中值（或传为了计算移动信道中信号电场强度中值（或传播损耗中值），可将地形分为两大类，即播损耗中值），可将地形分为两大类，即中等起伏中等起伏地形地形和和不规则地形不规则地形，并以中等起伏地形作传播基准。，并以中等起伏地形作传播基准。 地面起伏高度不超过地面起伏高度不超过20m。

8、且起伏缓慢，峰。且起伏缓慢，峰点与谷点之间的水平距离大于起伏高度。点与谷点之间的水平距离大于起伏高度。中等起伏地形中等起伏地形图图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定义为沿传播方向，在传播路径定义为沿传播方向，在传播路径的地形剖面图上，距接收地点的地形剖面图上，距接收地点10km10km范围内，范围内，10%10%高度线高度线和和90%90%高度线的高度差。高度线的高度差。图图2-36 2-36 基站天线有效高度基站天线有效高度hbhbbtsgahhh（2）地物（或地区）分类）地物（或地区）分类开阔地。在电波传播的路径上无高大树木、建筑物 等障碍

9、物，呈开阔状地面。郊区。在靠近移动台近处有些障碍物但不稠密。市区。有较密集的建筑物和高层楼房。3.中等起伏地形上传播损耗的中值中等起伏地形上传播损耗的中值（1）市区传播损耗的中值）市区传播损耗的中值 在估算各种地形地物上的传播损耗时，均以中等起伏地面上市区的损耗中值或场强中值作为基准，因而把它称作基准中值或基本中值。图图2-37 2-37 中等起伏地上市区基本损耗中值中等起伏地上市区基本损耗中值通信距离通信距离频率频率 如果基站天线的高度不是200m，则损耗中值的差异用基站天线高度增益因子Hb(hb,d)表示。 同理，当移动台天线高度不是3m时，需用移动台天线高度增益因子Hm(hm,f )加以

10、修正。图图2-38 2-38 天线高度增益因子天线高度增益因子通信距离通信距离 此外，市区的场强中值还与街道走向（相对于电波传播方向）有关。纵向路线（与电波传播方向相平行）的损耗中值明显小于横向路线（与传播方向相垂直）的损耗中值。图图2-39 2-39 街道走向修正曲线街道走向修正曲线2.郊区和开阔地损耗的中值郊区和开阔地损耗的中值 郊区的建筑物一般是分散、低矮的，故电波传播条件优于市区。郊区场强中值与基准场强中值之差称为郊区修正因子，记作Kmr。 图图2-40 2-40 郊区修正因子郊区修正因子图图2-41 2-41 开阔地、准开阔地修正因子开阔地、准开阔地修正因子通信距离通信距离4.不规则

11、地形上传播损耗的中值不规则地形上传播损耗的中值（1）丘陵地的修正因子）丘陵地的修正因子hK 对于地形起伏达数次以上的情况，丘陵地的地形对于地形起伏达数次以上的情况，丘陵地的地形参数用地形起伏高度参数用地形起伏高度hh表征。表征。 随着丘陵地起伏高度h的增大，由于屏蔽影响的增大，传播损耗随之增大，因而场强中值随之减小。 丘陵地平均修正因子Kh 此外，在丘陵地中，场强中值在起伏地的顶部与谷部必然有较大差异，需要对场强中值进一步加以修正。丘陵地微小修正因子Khf 图图2-42 2-42 丘陵地场强中值修正因子丘陵地场强中值修正因子（2）孤立山岳修正因子）孤立山岳修正因子K Kjsjs 当电波传播路径

12、上有近似刃形的单独山岳时，求山背后的电场强度，从相应的自由空间场强中减去刃峰绕射损耗即可。但对天线高度较低的陆上移动台来说，还必须考虑障碍物的阴影效应和屏蔽吸收等附加损耗。由于附加损耗不易计算，故仍采用统计方法给出修正因子Kjs曲线。图图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范围内的倾斜地形。若在电波传播方向上，地形逐渐升高，称为正斜坡，倾角为 +m；反之为负斜坡，倾角为m。图图2-44 2-44 斜坡地形修正因子斜坡地形修正因子K Kspsp（4）水陆混合路径修正因子）水陆混合路径修正

13、因子K Ks s 在传播路径中如遇有湖泊或其他水域，接收信号的场强往往比全是陆地时要高。为估算水陆混合路径情况下的场强中值，用水面距离dSR与全程距离d的比值作为地形参数。此外，水陆混合路径修正因子Ks的大小还与水面所处的位置有关。图图2-45 2-45 水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子5.任意地形地区的传播损耗的中值任意地形地区的传播损耗的中值（1）中等起伏的市区传播损耗中值）中等起伏的市区传播损耗中值L LTmbbmm( ,)(,)(,)TfsLLAf dHhdHhf（2）中等起伏的市区中接收信号的功率中值）中等起伏的市区中接收信号的功率中值PP 中等起伏的市区接收信号的功率中值中

14、等起伏的市区接收信号的功率中值P PP P（不考虑街（不考虑街道走向）可由下式确定：道走向）可由下式确定：0pmbbmm( ,)(,)(,)1442443TTTfsPPPLPLAf dHhdHhfP P0 0：自由空间传播条件下的接收信号的功率：自由空间传播条件下的接收信号的功率20Tbm4PPG GdP PT T：发射机送至天线的发射功率；：发射机送至天线的发射功率； ：工作波长；：工作波长；d d：收发天线间的距离；：收发天线间的距离；p0mbbmm( ,)(,)(,)PPAf dHhdHhfGbGb：基站天线增益；：基站天线增益；GmGm：移动台天线增益；：移动台天线增益；Am(f, d

15、)Am(f, d)：中等起伏的市区的基本损耗中值，：中等起伏的市区的基本损耗中值，Hb(hb, d)Hb(hb, d)：基站天线高度增益因子：基站天线高度增益因子Hm(hm, f)Hm(hm, f)：移动台天线高度增益因子：移动台天线高度增益因子p0mbbmm( ,)(,)(,)PPAf dHhdHhf(1)(1)任意地形地区的传播损耗中值任意地形地区的传播损耗中值ATTLLKL LT T为中等起伏的市区传播损耗中值为中等起伏的市区传播损耗中值,TfsmbbmmLLAf dHh dHhd2.任意地形地区接收信号的功率中值任意地形地区接收信号的功率中值P Ppcpc (2) 任意地形地区接收信号

16、的功率中值任意地形地区接收信号的功率中值ppcT() 144244 3TATTTTTPPPLPLKPLK地形地物修正因子地形地物修正因子K KT T一般可写成一般可写成TmrorhhfjsspsKKQQKKKKKK Kmrmr：郊区修正因子；：郊区修正因子；Q Q0 0、Q Qr r：开阔地或准开阔地修正因子；：开阔地或准开阔地修正因子；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：水陆混合路径修正因子。：水陆混合路径修正因子。

17、 例：某一移动信道，工作频段为例：某一移动信道，工作频段为450MHz450MHz，基站天线，基站天线高度为高度为50m50m，天线增益为，天线增益为6dB6dB，移动台天线高度为，移动台天线高度为3m3m，天，天线增益为线增益为0dB0dB；在市区工作，传播路径为中等起伏地形，；在市区工作，传播路径为中等起伏地形，通信距离为通信距离为l0kml0km，试求：，试求：（1 1）传播路径损耗中值；）传播路径损耗中值；（2 2）基站发射机送至天线的信号功率为）基站发射机送至天线的信号功率为10W10W，求移动，求移动台天线得到的信号功率中值。台天线得到的信号功率中值。解：（解：（1 1）根据巳知条

18、件，）根据巳知条件，K KT T = 0 = 0，L LA A = L = LT T，自由空间传播损耗自由空间传播损耗 = 32.44 + 20lgf + 20lgd= 32.44 + 20lgf + 20lgd =32.44 + 20lg450 + 20lg10 =32.44 + 20lg450 + 20lg10 =105.5dB =105.5dBfsL市区基本损耗中值市区基本损耗中值m,27dBAf d 基站天线高度增益因子基站天线高度增益因子bb,12dBHh d 移动台天线高度增益因子移动台天线高度增益因子,0mmHhddB传播路径损耗中值传播路径损耗中值105.527 12144.5

19、ATLLdB中等起伏的市区中接收信号的功率中值中等起伏的市区中接收信号的功率中值2pTbmmbbmmTfsbmmbbmmTbmT( ,)(,)(,)4 ( ,)(,)(,) 10lg1060 144.5128.5dBW98.5dBmPPG GAf dHhdHhfdPLGGAf dHhdHhfPGGL 若上题改为郊区工作，传播路径是正斜坡，若上题改为郊区工作，传播路径是正斜坡，且且 ，其他条件不变，再求传播路径损耗中，其他条件不变，再求传播路径损耗中值及接收信号功率中值。值及接收信号功率中值。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、区修正因子区修正因子K KT T只需考虑郊区修正因子只需考虑郊区修正因子 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所以传播路径损耗中值所以传播路径损耗中值144.5 15.5129dBATTTmrspLLKLKK接收信号功率中值接收信号功率中值PCTbmA 106 129113dBW83dBmPPGGL 或或PCPT 128.515.511383PPKdBwdBdBwdBm 3. Hata模型模型 Hata Hata模型适用的频率范围为模型适用的频率范围为1501501500MH

21、z1500MHz。与。与OkumuraOkumura处理方法一样，以市区传播损耗为基准，其他处理方法一样，以市区传播损耗为基准，其他地形地物在此基础上进行修正。地形地物在此基础上进行修正。 市区的中值路径损耗的标准公式为（市区的中值路径损耗的标准公式为（CCIRCCIR采纳的建采纳的建议）（单位为议）（单位为dBdB） 69.5526.16lg13.82lg44.96.55lglgurbancbmbLfha hhd 是移动台接收机的有效天线高度的修正因子，是移动台接收机的有效天线高度的修正因子，取决于所处传播环境。取决于所处传播环境。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，郊区修正因子模型中，郊区修正因子 的公式为的公式为mrK2K2lg(/ 2.8)5.4mrcf郊区路径损耗为郊区路径损耗为suburbanurbanmrLLK开阔的农村地带的修正因子开阔的农村地带的修正因子 的公式为的公式为0Q2cc4.78 lg18.33lg40.94oQff开阔的农村地带路径损耗为开阔的农村地带路径损耗为ruralurbanoLLQ4 .COST-231/Walfish/IkegamiCO

23、ST-231/Walfish/Ikegami模型模型 欧洲研究委员会欧洲研究委员会COST-231COST-231在在WalfishWalfish和和IkegamiIkegami分分别提出的模型的基础上，对实测数据加以完善而提出了别提出的模型的基础上，对实测数据加以完善而提出了COST-231/Walfish/IkegamiCOST-231/Walfish/Ikegami模型。模型。COST-231COST-231适用于微小适用于微小区的工程设计。区的工程设计。该模型中的主要参数有：该模型中的主要参数有： 建筑物高度建筑物高度h hroofroof(m)(m) 道路宽度道路宽度w(m)w(m)

24、 建筑物的间隔建筑物的间隔b(m)b(m)图图2-46 COST-231/Walfish/Ikegami2-46 COST-231/Walfish/Ikegami模型中的参数定义模型中的参数定义该模型适用的范围：该模型适用的范围： 频率频率f f：8008002 000MHz2 000MHz 距离距离d d：0.020.025km5km 基站天线高度基站天线高度h hb b：4 450m50m 移动台天线高度移动台天线高度h hm m：1 13m3mCOST-231/Walfish/IkegamiCOST-231/Walfish/Ikegami模型根据传播路径是视距模型根据传播路径是视距和非视

25、距分别给出了无线链路的基本传输损耗。和非视距分别给出了无线链路的基本传输损耗。（2）非视距传播的基本传输损耗）非视距传播的基本传输损耗 非视距传播的路径损耗的计算公式为非视距传播的路径损耗的计算公式为fmsdrtsLLLL为自由空间传播损耗为自由空间传播损耗fL32.420lg ()20lg()fLd kmf MHz（1 1）视距传播的基本传输损耗）视距传播的基本传输损耗 视距传播路的径损耗计算公式为视距传播路的径损耗计算公式为 42.626lg20lgLdfbshadfmsdmsdlglg9lg0LKKdKfbLL0 为连排房屋建筑引起的多重屏障的绕射损耗，为连排房屋建筑引起的多重屏障的绕射

26、损耗，计算公式为计算公式为msdL 和和 表示由于基站天线高度降低而增加的路径损耗；表示由于基站天线高度降低而增加的路径损耗；K Kd d和和K Kf f为为L Lmsdmsd与距离与距离d d和频率和频率f f相关的修正因子相关的修正因子aKbshLbbroofbshbroof18lg(1)0hhhLhhbroofabbroofbbroof54540.80.5km540.8/0.50.5kmhhKhhhdh dhhd且且broofdbroofbroof18185/hhKhhhh f40.7(/925 1)4 1.5(/925 1)fKf 区密度数目的郊区中心大城市中心中等城市及具有中等hb

27、= hbhroofL Lrtsrts为从屋顶到街道的绕射和散射损耗为从屋顶到街道的绕射和散射损耗moriroofmrtsrts16.9 10lg10lg20lg00wfhL hhLL式中，式中，w w为街道宽度，单位为为街道宽度，单位为m m； 为建筑物为建筑物屋顶的高度屋顶的高度 与移动台天线高度与移动台天线高度 之差；之差；LoriLori为街道为街道取向因子。取向因子。mmroofhhhroofhmhori10+0.354035= 2.5 + 0.075(35)35554.00.114(55)5590L COST-231COST-231推荐使用下述默认值：推荐使用下述默认值： b= 20

28、 b= 2050m50m； w = b/2 w = b/2； = 90roof32 ()0h斜顶楼层高；平顶图图2-47 COST-231/Walfish/Ikegami2-47 COST-231/Walfish/Ikegami模型和模型和HataHata模型的比较模型的比较0010 l gwallFloordPLPLn oFFd5 .Motley-KeenanMotley-Keenan模型模型6 .射线追踪模型射线追踪模型 Okumura、COST231和和Hata模型，是通过对模型，是通过对大量测试数据进行统计和拟合，得到的图表或公式大量测试数据进行统计和拟合，得到的图表或公式。经验性模型

29、统计地考虑所有的环境影响，但并不。经验性模型统计地考虑所有的环境影响，但并不能很准确地反映城区建筑物对于传播模型的影响。能很准确地反映城区建筑物对于传播模型的影响。 射线追踪技术是光学的射线技术在电磁计算领域射线追踪技术是光学的射线技术在电磁计算领域中的应用，能够准确地考虑到电磁波的各种传播途径，中的应用，能够准确地考虑到电磁波的各种传播途径，包括直射、反射、绕射、透射等，并考虑到影响电波包括直射、反射、绕射、透射等，并考虑到影响电波传播的各种因素，从而针对不同的具体场景做准确的传播的各种因素，从而针对不同的具体场景做准确的预测。预测。 射线跟踪模型一般基于射线跟踪或射线发射两项或射线跟踪模型

30、一般基于射线跟踪或射线发射两项或其中一项的射线路径搜索技术。其中一项的射线路径搜索技术。 射线跟踪是基于镜像的电磁理论，它考虑所有的物射线跟踪是基于镜像的电磁理论，它考虑所有的物体作为潜在的发射物并且计算发射源像的位置。射线体作为潜在的发射物并且计算发射源像的位置。射线经过路径按照接收机，发射机和相关的像的位置构成。经过路径按照接收机，发射机和相关的像的位置构成。 射线发射是从发射机发射出很多角度离散的测试射射线发射是从发射机发射出很多角度离散的测试射线。射线传播时，受当前环境的物体影响而产生功率线。射线传播时，受当前环境的物体影响而产生功率损耗。当射线功率下降到预先设置值以下时，射线终损耗。

31、当射线功率下降到预先设置值以下时，射线终止传播。止传播。Volcano模型模型WaveSight模型模型WinProp模型模型都可以集成在多种网络规划软件中。都可以集成在多种网络规划软件中。 中兴通讯在香港的中兴通讯在香港的LTE网络规划项目中，考虑网络规划项目中，考虑到香港地区复杂的无线传播环境，为了进行精确到香港地区复杂的无线传播环境，为了进行精确的网络规划，获得准确的预测结果，使用了的网络规划，获得准确的预测结果，使用了Volcano 射线追踪模型。射线追踪模型。 Volcano是由法国是由法国Siradel公司开发的包含了射线追公司开发的包含了射线追踪技术的传播模型。根据天线高度和电波

32、的主要传播踪技术的传播模型。根据天线高度和电波的主要传播方式定义为方式定义为3种传播场景：种传播场景：宏蜂窝宏蜂窝(Macrocell)：发射天线高于周围建筑物：发射天线高于周围建筑物微蜂窝微蜂窝(Microcell)：发射天线低于周围建筑物：发射天线低于周围建筑物Mini 蜂窝蜂窝(Minicell)：发射天线介于两者之间：发射天线介于两者之间 射线跟踪模型需要高精度射线跟踪模型需要高精度(至少至少5m精度精度)含含3D建筑物信息的数字地图，预测的准确性与建筑物信息的数字地图，预测的准确性与数字地图的精确性以及站点工程参数数字地图的精确性以及站点工程参数(天线位天线位置、天线高度、方向角、下

33、倾角等置、天线高度、方向角、下倾角等)设置的准设置的准确性密切相关。确性密切相关。 在使用了高精度的在使用了高精度的3D地图的基础上，还需地图的基础上，还需要进行大量的传播特性测试和模型校正，使得要进行大量的传播特性测试和模型校正，使得模型的预测结果更准确。模型的预测结果更准确。 Winprop模型是德国模型是德国AWE公司开发的一种高公司开发的一种高性能的传播模型，同时支持室内微蜂窝和室外宏性能的传播模型，同时支持室内微蜂窝和室外宏蜂窝的高精度预测。蜂窝的高精度预测。 采用射线追踪模型仿真时，需要耗费的计算时间较采用射线追踪模型仿真时，需要耗费的计算时间较长，可能是普通经验模型的几倍、几十倍

34、。长，可能是普通经验模型的几倍、几十倍。 在实际网络规划中，是否采用高精度射线追踪模型在实际网络规划中，是否采用高精度射线追踪模型要根据项目的实际需求决定。此外，高精度射线追踪要根据项目的实际需求决定。此外，高精度射线追踪模型的准确性是建立在高精度的电子地图及准确的站模型的准确性是建立在高精度的电子地图及准确的站点信息基础上的，缺乏这些先决条件就无法达到应有点信息基础上的，缺乏这些先决条件就无法达到应有的仿真效果。的仿真效果。 2. 2 小尺度衰落小尺度衰落 1. 1. 传播路径与信号衰落传播路径与信号衰落 假设反射系数假设反射系数R = 1（镜面反射），则合成场强（镜面反射），则合成场强E为

35、：为： 1222jj012(1ee)ddEE移动信道的传播路径移动信道的传播路径 直射波与地面反射波的合成场强将随反直射波与地面反射波的合成场强将随反射系数以及路径差的变化而变化，有时会射系数以及路径差的变化而变化，有时会同同相相加相相加，有时会，有时会反相抵消反相抵消，这就造成了合成，这就造成了合成波的衰落现象。波的衰落现象。| |R R| |越接近于越接近于1 1，衰落就越严，衰落就越严重重 。典型信号衰落特性典型信号衰落特性 衰落衰落：是由多径传播的同一信号的接收所产生的。根：是由多径传播的同一信号的接收所产生的。根据这些到达信号相位的不同，合成信号相消或者相长，据这些到达信号相位的不同

36、，合成信号相消或者相长，根据这些到达信号相位的不同，合成信号相消或者相长，根据这些到达信号相位的不同，合成信号相消或者相长，即使只经过很短的距离，观测到的接收信号的幅值也会即使只经过很短的距离，观测到的接收信号的幅值也会有非常大的不同。有非常大的不同。小尺度小尺度衰落衰落图图2-12 fc=2.5GHz2-12 fc=2.5GHz时相长干扰（上图）和相消干扰（下图）的相位差变化不时相长干扰（上图）和相消干扰（下图）的相位差变化不到到0.1ns0.1ns，相应的距离，相应的距离3cm3cm。( (路损和阴影衰落不变）路损和阴影衰落不变） 多径时散多径时散: :多径效应在时域上将导致接收信号波形多

37、径效应在时域上将导致接收信号波形 被展宽被展宽。 图图2-152-15多径多径色散色散2 2、时间色散时间色散频率选择性衰落频率选择性衰落图图2-16 2-16 时变多径信道响应示例时变多径信道响应示例 时间色散参数时间色散参数平均附加时延平均附加时延 定义为定义为E E( ( ) )的一阶矩的一阶矩: : 时延扩展时延扩展为为E E( ( ) )的均方根的均方根: : 0E( )d22200()( )d( )dEE 参数市区郊区平均附加时延i /s对应路径距离差/m1.52.54507500.12.030600时延扩展 /s1.03.00.22.0最大附加时max /s5.0123.012

38、频率选择性衰落与频率选择性衰落与相关带宽相关带宽 相干带宽相干带宽BcBc是一频率范围的统计度量值，在此频率是一频率范围的统计度量值，在此频率范围内，信道可认为是平坦的，即此范围内所有频率范围内，信道可认为是平坦的，即此范围内所有频率分量具有近似相等的增益和线性相位。分量具有近似相等的增益和线性相位。 两径信道两径信道 图图2-19 2-19 两径信道模型两径信道模型(r=1)(r=1)两路径信道的等效网络传递函数两路径信道的等效网络传递函数( )( )02c(j )( )(j )=1e2cose(j )2jtjtirtHx c(j )Hc1=2Bt( )2 cos2t图图2-29 2-29

39、平坦衰落信道特性平坦衰落信道特性图图2-30 2-30 频率选择性信道特性频率选择性信道特性sT2 2、频率、频率色散色散时间选择性衰落时间选择性衰落 由于移动台的高速移动而产生的传播信号由于移动台的高速移动而产生的传播信号频率的扩散，称为多普勒效应。频率的扩散，称为多普勒效应。 d1cos2ft图图2-13多普勒效应多普勒效应dtcosdt 两处接收信号的路程差两处接收信号的路程差: :由路程差引起的相位差由路程差引起的相位差: :cos22dt引起的频率变化引起的频率变化: :图图2-142-14多径与多普勒多径与多普勒频移频移接收信号频率升高接收信号频率升高接收信号频率降低接收信号频率降

40、低 相干时间相干时间: :相干时间用来表征信道频率色散对应的时域时变特相干时间用来表征信道频率色散对应的时域时变特性性。相干时间是信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计相干时间是信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值。平均值。 时间选择性衰落对数字信号误码有明显的影响，为时间选择性衰落对数字信号误码有明显的影响，为了减少这种影响了减少这种影响, ,要求基带信号的符号周期要远小于信要求基带信号的符号周期要远小于信道的相干时间。道的相干时间。cd1TB时间选择性衰落（快衰落）和时间平坦衰落（慢衰落）时间选择性衰落（快衰落）和时间平坦衰落（慢衰落） 信道的时变性通过相干时间信道的时变性通过相干时间

41、Tc和多普勒扩展和多普勒扩展Bd来表来表征。符号间隔征。符号间隔Ts，带宽，带宽Bs = 1/Ts， TsTc (BsBd)信号经历快衰落，称信道为快衰信号经历快衰落，称信道为快衰落信道；反之，为慢衰落信道。落信道；反之，为慢衰落信道。移动通信中，由于基站和移动台周围散射环境不同移动通信中，由于基站和移动台周围散射环境不同, ,从而产生了角度色散，使得位于不同位置的天线经历的衰从而产生了角度色散，使得位于不同位置的天线经历的衰落不同，即产生了空间选择性衰落。落不同，即产生了空间选择性衰落。 角度扩展角度扩展 角度扩展角度扩展 rmsrms是用来表征空间选择性衰落的重要参数是用来表征空间选择性衰

42、落的重要参数 3 3、角度色散角度色散空间选择性衰落空间选择性衰落 相关距离相关距离 相关距离相关距离D Dc c是指信道冲激响应保证一定相关度的空是指信道冲激响应保证一定相关度的空间距离。随着角度扩展的增加，相关距离减少，反之间距离。随着角度扩展的增加，相关距离减少，反之亦然。估计相关距离的一个经验公式为亦然。估计相关距离的一个经验公式为 D Dc c2 2 / / rmsrms 2.2.多径效应多径效应 移动信道由于多径传播和移动台运动导致小尺移动信道由于多径传播和移动台运动导致小尺度衰落的产生，其主要效应表现为：度衰落的产生，其主要效应表现为： 信号强度随距离（或时间）在短距离内（或短信

43、号强度随距离（或时间）在短距离内（或短时间间隔内）发生急剧变化；时间间隔内）发生急剧变化； 多径信号不同的多普勒频移引起随机频率调制，多径信号不同的多普勒频移引起随机频率调制，或频率色散；或频率色散； 多径传播不同时延引起的时间弥散，不同到达多径传播不同时延引起的时间弥散，不同到达角引起角度色散。角引起角度色散。 (1)(1)多径信道的冲激响应模型多径信道的冲激响应模型时不变性冲激响应信道可表示为时不变性冲激响应信道可表示为: : 工程上可用抽头延迟线实现。工程上可用抽头延迟线实现。1bc1(, )(, )exp j(2()(, ) ()Niiiiihttfttt i( )exp( j) ()

44、iiih (2).(2).多径信道的主要参数多径信道的主要参数:(:(3 3对对) ) 时间色散参数和相关带宽时间色散参数和相关带宽: :用功率延迟谱描述用功率延迟谱描述 时延扩展时延扩展-相干带宽相干带宽B Bc c 频率色散参数和相干时间频率色散参数和相干时间: :用多普勒功率谱密度描述用多普勒功率谱密度描述 多普勒扩展多普勒扩展B Bd d-相干时间相干时间T Tc c 角度色散参数和相关距离角度色散参数和相关距离: :用角度谱描述用角度谱描述 角度扩展角度扩展 rmsrms-相关距离相关距离D Dc c (3)(3)多径接收信号统计特性多径接收信号统计特性 移动无线信道接收端的信号是来

45、自不同传播路径移动无线信道接收端的信号是来自不同传播路径信号之和，由于移动信道是典型的随参信道，这样接信号之和，由于移动信道是典型的随参信道，这样接收信号将不是确定和可预见的，而是具有很强的随机收信号将不是确定和可预见的，而是具有很强的随机性，属于时变信号。性，属于时变信号。 瑞利分布瑞利分布设基站发射的信号为设基站发射的信号为 则则第第i i条路径接收信号条路径接收信号 0000( )expj(2)S tf t002exp j(cos) exp j(2)iiiiS (t)tf t接收信号为接收信号为 令令 则接收信号则接收信号s (t )可写成可写成 1( )( )NiiS tS t2cos

46、iiit11cosNNiiiiixx11sinNNiiiiiyy00jexp j(2)S(t)xyf tx x和和y y都是独立随机变量之和，根据概率论中心极限定理，都是独立随机变量之和，根据概率论中心极限定理，假设假设 ，由于由于x和和和和y相互独立，因而其联合相互独立，因而其联合概率密度函数概率密度函数p(x, y)可写为可写为2221( )e2xxxp x2221( )e2yyyp y222xy222221( , )( ) ( )=e2xyp x yp x p y 将其变换到极坐标系将其变换到极坐标系( (r r， ),), xx= =r r coscos ，yy= =r r sinsi

47、n ，相应的雅克比行列式为相应的雅克比行列式为 接收信号的接收信号的联合概率密度函数联合概率密度函数为为 222rxyarctanyxcossin( ,)sincos( ,)rx yJrr2222( ,)( ,)e2rrp rp x yJ对对积分，可求得包络概率密度函数积分，可求得包络概率密度函数p p( (r r) )为为22222222201( )ede02rrrp rrr同理，对同理，对r r积分可求得相位概率密度函数积分可求得相位概率密度函数p()p()为为2222011( )ed0222rprr多径衰落信号的包络服从多径衰落信号的包络服从瑞利分布瑞利分布，故把这种多径衰落，故把这种多

48、径衰落称为称为瑞利衰落瑞利衰落。相位服从。相位服从0 022间的间的均匀分布均匀分布。 均值均值0( )( )d1.2532mE rrp rr 均方值均方值2220()( )d2E rr p rr图图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信号包络中值信号包络中值220( )d1kkp rre 图图2-27 2-27 瑞利衰落的累积分布瑞利衰落的累积分布b.莱斯分布莱斯分布 当接收信号中有主导信号分量时，比如视距传播的当接收信号中有主导信号分量时，比如视距传播的信号到达时，视距信号将成为接收信号中的主导分量，而信号到达时，视距信号将成为接收信号中的主导分量，而其他不同角度到达的多径分量将叠加