第二章信道传播特性

第二章信道传播特性第一页，共一百五十一页，2022年，8月28日2023/2/17《移动通信》通信理论教研中心2-2

了解3种电波传播的机制

理解移动信道的衰落特性

掌握多径衰落的特性和多普勒频移

掌握多径信道模型的原理和主要参数41235

掌握多径信道的统计分析及分类第二页，共一百五十一页，2022年，8月28日2023/2/17《移动通信》通信理论教研中心2-3第二章移动信道的传播特性

无线电波传播特性移动信道的特征移动信道的传播模型123自由空间传播（直射波）基本传播（反射、绕射、散射）三类损耗自由空间传播损耗慢衰落损耗快衰落损耗四种效应阴影效应远近效应多径效应多普勒效应第三页，共一百五十一页，2022年，8月28日2023/2/17《移动通信》通信理论教研中心2-4当频率f＞30MHz时，典型的传播通路主要有①直射波、②反射波、③地表面波图3–1典型的传播通路1无线电波传播方式第四页，共一百五十一页，2022年，8月28日2023/2/17《移动通信》通信理论教研中心2-51.1自由空间传播（直射波）条件：自由空间传播是指天线周围为无限大真空时的电波传播。现象：不发生反射、折射、绕射、散射和吸收等现象，但电波经过一段路径传播之后，由电磁波能量扩散而引起的传播损耗（弥散损耗），导致能量衰减。自由空间的传播损耗？广义上，只要地面上空的大气层是各向同性的均匀媒质，其相对介电常数ε和相对导磁率μ都等于1，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，在这样情况下，电波可视作在自由空间传播。第五页，共一百五十一页，2022年，8月28日单位面积上的电波功率密度S为电磁场理论：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PT瓦，则距辐射源dm处：若用发射天线增益为GT的方向性天线取代各向同性天线，则上述公式应改写为1.1自由空间传播（直射波）第六页，共一百五十一页，2022年，8月28日接收天线获取的电波功率等于该点的电波功率密度乘以接收天线的有效面积，即AR为接收天线的有效面积，它与接收天线增益GR满足下列关系：式中，λ2/4π为各向同性天线的有效面积。1.1自由空间传播（直射波）第七页，共一百五十一页，2022年，8月28日由上面式子可得：当收、发天线增益为0dB，即当GR=GT=1时，接收天线上获得的功率为：以dB计，得［Lfs］(dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)1.1自由空间传播（直射波）第八页，共一百五十一页，2022年，8月28日1.2.1移动环境中的电波传播(反射波）

现象：当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果界面尺寸比电波波长大得多，就会产生镜面反射。通常，在考虑地面对电波的反射时，按平面波处理，即电波在反射点的反射角等于入射角。

不同界面的反射特性用反射系数R表征，它定义为反射波场强与入射波场强的比值，R可表示为第九页，共一百五十一页，2022年，8月28日R=|R|e-jψ式中，|R|为反射点上反射波场强与入射波场强的振幅比，ψ代表反射波相对于入射波的相移。1.2.1移动环境中的电波传播(反射波）第十页，共一百五十一页，2022年，8月28日对于水平极化波和垂直极化波的反射系数Rh和Rv分别由下列公式计算：式中，εc是反射媒质的等效复介电常数，它与反射媒质的相对介电常数εr、电导率δ和工作波长λ有关，即1.2.1移动环境中的电波传播(反射波）第十一页，共一百五十一页，2022年，8月28日对于地面反射，当工作频率高于150MHz(λ＜2m)时，θ＜1°，取极限由上式近似可得Rv=Rh=-1即反射波场强的幅度与入射波场强的幅度相等，而相差为180°。1.2.1移动环境中的电波传播(反射波）第十二页，共一百五十一页，2022年，8月28日1.2.1移动环境中的电波传播(反射波）直射波+反射波：由发射点T发出的电波分别经过直射线(TR)与地面反射路径(ToR)到达接收点R，由于两者的路径不同，从而会产生附加相移。由图3-5可知，反射波与直射波的路径差为第十三页，共一百五十一页，2022年，8月28日式中，d=d1+d2。1.2.1移动环境中的电波传播(反射波）第十四页，共一百五十一页，2022年，8月28日

通常(ht+hr)<<d,故上式中每个根号均可用二项式定理展开，并且只取展开式中的前两项。例如：1.2.1移动环境中的电波传播(反射波）第十五页，共一百五十一页，2022年，8月28日式中，2π/λ称为传播相移常数。这时接收场强E可表示为由路径差Δd引起的附加相移Δφ为注：直射波与反射波的合成场强将随反射系数以及路径差的变化儿变化，有时会反相抵消，有时会同向相加，造成合成波的衰落现象。1.2.1移动环境中的电波传播(反射波）第十六页，共一百五十一页，2022年，8月28日接收信号场强：接收信号功率：两径（直射+反射）传播模型第十七页，共一百五十一页，2022年，8月28日1.2.2移动环境中的电波传播(绕射波）定义：绕射波是指从较大的建筑物或山丘绕射后到达接收点的传播信号，它需要满足电波产生绕射的条件，其信号强度较直射波弱。现象：无线传播路径被尖利边缘阻挡时，由阻挡表面产生的二次波散布于空间，即波在传播的过程中，行进中的波前上的每一个点，都可作为产生次级波的点源，这些次级波组合起来形成传播方向上新的波前。第十八页，共一百五十一页，2022年，8月28日障碍物的影响与绕射损耗电波的直射路径上存在各种障碍物，由障碍物引起的附加传播损耗称为绕射损耗。定义：x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离，称为菲涅尔余隙。规定阻挡时余隙为负，障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙有关系。1.2.2移动环境中的电波传播(绕射波）

障碍物与余隙(a)负余隙；(b)正余隙第十九页，共一百五十一页，2022年，8月28日1.2.2移动环境中的电波传播(绕射波）绕射损耗与余隙关系第二十页，共一百五十一页，2022年，8月28日1.2.2移动环境中的电波传播(绕射波）定义：x1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径，它由下列关系式可求得：第二十一页，共一百五十一页，2022年，8月28日2023/2/17《移动通信》通信理论教研中心2-22A.由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系如图3-4所示。当直射线TR从障碍物顶点擦过时，绕射损耗约为6dB；当直射线TR低于障碍物顶点时，损耗急剧增加。1.2.2移动环境中的电波传播(绕射波）第二十二页，共一百五十一页，2022年，8月28日1.2.2移动环境中的电波传播(绕射波）例3-1设图3-3(a)所示的传播路径中，菲涅尔余隙x=-82m,d1=5km,d2=10km,工作频率为150MHz。试求出电波传播损耗。解：先求出自由空间传播的损耗Lfs为求第一菲涅尔区半径x1为［Lfs］=32.44+20lg(5+10)+20lg150=99.5dB第二十三页，共一百五十一页，2022年，8月28日查绕射损耗表得附加损耗(x/x1≈-1)为16.5dB,因此电波传播的损耗L为［L］=［Lfs］+16.5=116.0dB1.2.2移动环境中的电波传播(绕射波）第二十四页，共一百五十一页，2022年，8月28日1.2.3移动环境中的电波传播(散射波）散射的定义：散射发生在介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时。散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体，反射能量由于散射而散布于所有方向。当入射角为

时，则表面平整度的参数高度为：第二十五页，共一百五十一页，2022年，8月28日粗糙表面的反射时需要乘以散射损耗系数

，表示减弱的反射场1.2.3移动环境中的电波传播(散射波）平面上最大的突起高度h散射波相对于直射波、反射波和绕射波都较弱。第二十六页，共一百五十一页，2022年，8月28日2023/2/17《移动通信》通信理论教研中心2-27在移动通信系统中，存在三种影响信号传播的基本机制：反射、绕射和散射。阻挡体反射比传输波长大的多的物体（地面、墙面）绕射尖利边缘（山丘）散射比传输波长小的多的物体（粗糙表面、不规则物体）第二十七页，共一百五十一页，2022年，8月28日2移动信道的特征在VHF、UHF移动信道中，电波传播方式除了上述的直射波和地面反射波之外，还需要考虑传播路径中各种障碍物所引起的反射波与散射波。注：多条路径合成场强与什么有关？１、幅度２、相位（相位如何影响幅度的波动？）因此关键点是关注信道中幅度与相位的改变规律。第二十八页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.1传播路径与信号衰落hb为基站天线高度,hm为移动台天线高度。直射波的传播距离为d,地面反射波的传播距离为d1，散射波的传播距离为d2。移动台接收信号的场强由上述三种电波的矢量合成。Δd1=d1-dΔd2=d2-dE0是直射波场强，λ是工作波长，α1和α2分别是地面反射波和散射波相对于直射波的衰减系数，而第二十九页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.1传播路径与信号衰落第三十页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.2多径效应与瑞利衰落（快衰落）产生背景:移动台往往受到各种障碍物和其它移动体的影响，以致到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和第三十一页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.2多径效应与瑞利衰落基站发射的信号(幅度+频率+相位）ω0为载波角频率，φ0为载波初相。第i条径接收到的信号(幅度+频率+相位）传播损耗距离差引入的相位偏移多普勒频率偏移第三十二页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.2多径效应与瑞利衰落*假设N个信号的幅值和到达接收天线的方位角是随机的且满足统计独立，则接收信号为令：第三十三页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.2多径效应与瑞利衰落则S(t)可写成

S(t)=(x+jy)exp［j(ω0t+φ0)］由于x和y都是独立随机变量之和，因而根据概率的中心极限定理，大量独立随机变量之和的分布趋向正态分布，即有概率密度函数为复数表示x与y共同影响收到多径信号的幅度与相位的变化第三十四页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.2多径效应与瑞利衰落σx、σy分别为随机变量x和y的标准偏差。x、y在区间dx、dy上的取值概率分别为p(x)dx、p(y)dy，由于它们相互独立，所以在面积dxdy中的取值概率为

p(x,y)dxdy=p(x)dx·p(y)dy

假设

，且p(x)和p(y)均值为零，则第三十五页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.2多径效应与瑞利衰落简化：二维分布的概率密度函数使用极坐标系(r,θ)表示比较方便。此时，接收天线处的信号振幅为r,相位为θ，对应于直角坐标系为第三十六页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.2多径效应与瑞利衰落

幅度的统计分布，对θ积分，可求得包络概率密度函数p(r)为r≥0

相位的统计分布，对r积分可求得相位概率密度函数p(θ)为0≤θ≤2π第三十七页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.2多径效应与瑞利衰落瑞利衰落信号的特征：均值均方值第三十八页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.2多径效应与瑞利衰落

当r=σ时，p(r)为最大值，表示r在σ值出现的可能性最大当r=σ≈1.177σ时，有第三十九页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.2多径效应与瑞利衰落信号包络低于σ的概率为信号包络r低于某一指定值kσ的概率为第四十页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.2多径效应与瑞利衰落重要结论：一个均值为0、方差为的平稳高斯窄带过程，它的包络的一维概率密度服从瑞利分布，相位的一维概率密度分布是均匀分布。第四十一页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.2三类主要的快衰落1．时间选择性衰落时域频域假设移动台运动方向之间的夹角为θ,其多普勒频移值为第四十二页，共一百五十一页，2022年，8月28日2．频率选择性衰落2.2三类主要的快衰落频率选择性衰落是指在不同频段上衰落特性不一样。频域时域第四十三页，共一百五十一页，2022年，8月28日1．频率选择性衰落（多径时散与相关带宽）图：多径时散示例第四十四页，共一百五十一页，2022年，8月28日1．频率选择性衰落（多径时散与相关带宽）定义：假设基站发射一个极短的脉冲信号Si(t)=a0δ(t)，经过多径信道后，移动台接收信号呈现为一串脉冲，结果使脉冲宽度被展宽了。这种因多径传播造成信号时间扩散的现象，称为多径时散。时变性：多径性质是随时间而变化的。如果进行多次发送脉冲试验，则接收到的脉冲序列是变化的，它包括脉冲数目N的变化、脉冲大小的变化及脉冲延时差的变化。第四十五页，共一百五十一页，2022年，8月28日1．频率选择性衰落（多径时散与相关带宽）第四十六页，共一百五十一页，2022年，8月28日1．频率选择性衰落（多径时散与相关带宽）ai是第i条路径的衰减系数；τi(t)为第i条路径的相对延时差。实际上，情况要复杂得多，各个脉冲幅度是随机变化的，它们在时间上可以互不交叠，也可以相互交叠，甚至随移动台周围散射体数目的增加，所接收到的一串离散脉冲将会变成有一定宽度的连续信号脉冲。第四十七页，共一百五十一页，2022年，8月28日1．频率选择性衰落（多径时散与相关带宽）统计测试结果：E(t)为归一化的时延强度曲线，它是以不同时延信号强度所构成的时延谱，也有人称之为多径散布谱E(t)的一阶矩平均多径时延E(t)的均方根多径时延散布(简称时散、时延扩展)ΔΔ的意义：表示多径时延散布的程度。Δ越大，时延扩展越严重；Δ越小，时延扩展越轻第四十八页，共一百五十一页，2022年，8月28日表多径时散参数典型值1．频率选择性衰落（多径时散与相关带宽）第四十九页，共一百五十一页，2022年，8月28日相关带宽从频域观点而言，多径时散现象将导致频率选择性衰落，即信道对不同频率成分有不同的响应。若信号带宽过大，就会引起严重的失真。讨论两条射线的情况，即双射线信道。为分析简便，不计信道的固定衰减，用“1”表示第一条射线，信号为Si(t);用“2”表示另一条射线，其信号为rSi(t)ejωΔ(t)，这里r为一比例常数。于是，接收信号为两者之和，即1．频率选择性衰落（多径时散与相关带宽）第五十页，共一百五十一页，2022年，8月28日双射线信道等效网络的传递函数为信道的幅频特性为当ωΔ(t)=2nπ时(n为整数)，双径信号同相叠加，信号出现峰点；而当ωΔ(t)=(2n+1)π时，双径信号反相相消，信号出现谷点。1．频率选择性衰落（多径时散与相关带宽）第五十一页，共一百五十一页，2022年，8月28日双射线信道等效网络1．频率选择性衰落（多径时散与相关带宽）第五十二页，共一百五十一页，2022年，8月28日双射线信道的幅频特性1．频率选择性衰落（多径时散与相关带宽）第五十三页，共一百五十一页，2022年，8月28日相邻两个谷点的相位差为Δφ=Δω×Δ(t)=2π结论：相邻场强为最小值的频率间隔是与相对多径时延差Δ(t)成反比的，通常称Bc为多径时散的相关带宽。若所传输的信号带宽较宽，以至与Bc可比拟时，则所传输的信号将产生明显的畸变。1．频率选择性衰落（多径时散与相关带宽）第五十四页，共一百五十一页，2022年，8月28日式中，Δ为时延扩展。

实际上，移动信道中的传播路径通常不止两条，而是多条，且由于移动台处于运动状态，相对多径时延差Δ(t)也是随时间而变化的，因而合成信号振幅的谷点和峰点在频率轴上的位置也将随时间而变化，使信道的传递函数呈现复杂情况，这就很难准确地分析相关带宽的大小。工程上，对于角度调制信号，相关带宽可按下式估算：1．频率选择性衰落（多径时散与相关带宽）第五十五页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.2三类主要的快衰落3．空间选择性衰落所谓空间选择性衰落是指在不同的地点与空间位置衰落特性不一样。时域空域第五十六页，共一百五十一页，2022年，8月28日在实际移动通信中，三类选择性衰落都存在，根据其产生的条件大致可以划分为以下三类。并可以用下列示意图表示2.2三类主要的快衰落第五十七页，共一百五十一页，2022年，8月28日第一类多径干扰：是由于快速移动用户附近的物体的反射而形成的干扰信号，其特点是由于用户的快速移动因此在信号的频域上产生了多普勒(Doppler)频移扩散，而引起信号在时域上时间选择性衰落。2.2三类主要的快衰落第二类多径干扰：用户信号由于远处的高大建筑物与山丘的反射而形成的干扰信号。其特点是传送的信号在空间与时间上产生了扩散。空域上波束角度的扩散将引起接收点信号产生空间选择性衰落，时域上的扩散将引起接收点信号产生频率选择性衰落。第三类多径干扰：它是由于接收信号受基站附近建筑物和其它物体的反射而引起的干扰。其特点是严重影响到达天线的信号入射角分布，从而引起信号在空间的选择性衰落。第五十八页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.3慢衰落特性和衰落储备定义：统计测试表明：信号电平发生快衰落的同时，其局部中值电平还随地点、时间以及移动台速度作比较平缓的变化，其衰落周期以秒级计，称作慢衰落或长期衰落。第五十九页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.3慢衰落特性和衰落储备特性：慢衰落近似服从对数正态分布。所谓对数正态分布，是指以分贝数表示的信号电平为正态分布。研究方法：把同一类地形、地物中的某一段距离(1~2km)作为样本区间，每隔20m(小区间)左右观察信号电平的中值变动，以统计分析信号在各小区间的累积分布和标准偏差。第六十页，共一百五十一页，2022年，8月28日信号慢衰落特性曲线

(a)市区；(b)郊区不管是市区还是郊区，慢衰落均接近虚线所示的对数正态分。标准偏差σ取决于地形、地物和工作频率等因素第六十一页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.3慢衰落特性和衰落储备图：慢衰落中值标准偏差σ也随工作频率升高而增大第六十二页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.3慢衰落特性和衰落储备图：衰落储备量可通率T分别为90%、95%和99%的三组曲线，根据地形、地物、工作频率和可通率要求，由此图可查得必须的衰落储备量。例如：f=450MHz，市区工作，要求T=99%，则由图可查得此时必须的衰落储备约为22.5dB。第六十三页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.4.1地形、地物分类

1.地形的分类与定义将地形分为两大类，即中等起伏地形和不规则地形，并以中等起伏地形作传播基准。所谓中等起伏地形，是指在传播路径的地形剖面图上，地面起伏高度不超过20m，且起伏缓慢，峰点与谷点之间的水平距离大于起伏高度。其它地形如丘陵、孤立山岳、斜坡和水陆混合地形等统称为不规则地形。2.4移动信道的传输损耗中值计算目的：计算移动信道中信号电场强度中值(或传播损耗中值)方法：地形

==》参数

==》基准损耗中值

==》修正因子第六十四页，共一百五十一页，2022年，8月28日基站天线有效高度(hb)2.4移动信道的传输损耗中值计算第六十五页，共一百五十一页，2022年，8月28日hb=hts-hga由于天线架设在高度不同地形上，天线的有效高度是不一样的。

(例如，把20m的天线架设在地面上和架设在几十层的高楼顶上，通信效果自然不同。)因此，必须合理规定天线的有效高度，其计算方法参见上图。若基站天线顶点的海拔高度为hts，从天线设置地点开始，沿着电波传播方向的3km到15km之内的地面平均海拔高度为hga，则定义基站天线的有效高度hb为2.4移动信道的传输损耗中值计算第六十六页，共一百五十一页，2022年，8月28日

2.地物(或地区)分类不同地物环境其传播条件不同，按照地物的密集程度不同可分为三类地区：①开阔地。在电波传播的路径上无高大树木、建筑物等障碍物，呈开阔状地面，如农田、荒野、广场、沙漠和戈壁滩等。②郊区。在靠近移动台近处有些障碍物但不稠密，例如，有少量的低层房屋或小树林等。③市区。有较密集的建筑物和高层楼房。自然，上述三种地区之间都有过渡区，但在了解以上三类地区的传播情况之后，对过渡区的传播情况就可以大致地作出估计。2.4移动信道的传输损耗中值计算第六十七页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.4.2中等起伏地形上传播损耗的中值

1.市区传播损耗的中值在计算各种地形、地物上的传播损耗时，均以中等起伏地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。由电波传播理论可知，传播损耗取决于传播距离d、工作频率f、基站天线高度hb和移动台天线高度hm等。在大量实验、统计分析的基础上，可作出传播损耗基本中值的预测曲线。即典型中等起伏地上市区的基本中值Am(f,d)与频率、距离的关系曲线。2.4移动信道的传输损耗中值计算第六十八页，共一百五十一页，2022年，8月28日中等起伏地上市区基本损耗中值2.4移动信道的传输损耗中值计算注：纵坐标刻度以dB计，是以自由空间的传播损耗为0dB的相对值。换言之，曲线上读出的是基本损耗中值大于自由空间传播损耗的数值。由图可见，随着频率升高和距离增大，市区传播基本损耗中值都将增加。图中曲线是在基准天线高度情况下测得的，即基站天线高度hb=200m，移动台天线高度hm=3m。第六十九页，共一百五十一页，2022年，8月28日修正1：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。下图给出了不同通信距离d时，Hb(hb,d)与hb的关系。显然，当hb＞200m时，Hb(hb,d)＞0dB；反之，当hb＜200m时，Hb(hb,d)＜0dB。2.4移动信道的传输损耗中值计算第七十页，共一百五十一页，2022年，8月28日天线高度增益因子(a)基站Hb(hb,d);(b)移动台Hm(hm,f)2.4移动信道的传输损耗中值计算第七十一页，共一百五十一页，2022年，8月28日修正2：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)加以修。当hm

＞3m时，Hm(hm,f)＞0dB；反之，当hm＜3m时，Hm(hm,f)＜0dB。由上图还可见，当移动台天线高度大于5m以上时，其高度增益因子Hm(hm,f)不仅与天线高度、频率有关，而且还与环境条件有关。例如，在中小城市，因建筑物的平均高度较低，故其屏蔽作用较小，当移动台天线高度大于4m时，随天线高度增加，天线高度增益因子明显增大；若移动台天线高度在1～4m范围内，Hm(hm,f)受环境条件的影响较小，移动台天线高度增高一倍时，Hm(hm,f)变化约为3dB。2.4移动信道的传输损耗中值计算第七十二页，共一百五十一页，2022年，8月28日修正3：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。这是由于沿建筑物形成的沟道有利于无线电波的传播(称沟道效应)，使得在纵向路线上的场强中值高于基准场强中值，而在横向路线上的场强中值低于基准场强中值。图3-25给出了它们相对于基准场强中值的修正曲线。

2.4移动信道的传输损耗中值计算第七十三页，共一百五十一页，2022年，8月28日街道走向修正曲线2.4移动信道的传输损耗中值计算第七十四页，共一百五十一页，2022年，8月28日

2.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，它与频率和距离的关系如图3-26所示。由图可知，郊区场强中值大于市区场强中值。或者说，郊区的传播损耗中值比市区传播损耗中值要小。2.4移动信道的传输损耗中值计算第七十五页，共一百五十一页，2022年，8月28日图3-26郊区修正因子2.4移动信道的传输损耗中值计算第七十六页，共一百五十一页，2022年，8月28日

如何求出郊区、开阔地及准开阔地的损耗中值？方法：一、确定相关参数（频率、传播距离…)二、查图求出相应的市区传播损耗中值（基准）三、减去由图查得的修正因子即可。2.4移动信道的传输损耗中值计算第七十七页，共一百五十一页，2022年，8月28日开阔地、准开阔地修正因子2.4移动信道的传输损耗中值计算开阔地、准开阔地(开阔地与郊区间的过渡区)的场强中值相对于基准场强中值的修正曲线。Qo表示开阔地修正因子,Qr表示准开阔地修正因子。

结论：开阔地的传播条件优于市区、郊区及准开阔地，在相同条件下，开阔地上场强中值比市区高近20dB。第七十八页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.4.3不规则地形上传播损耗的中值

1.丘陵地的修正因子Kh

丘陵地的地形参数用地形起伏高度Δh表征。它的定义是：自接收点向发射点延伸10km的范围内，地形起伏的90%与10%的高度差(参见下图(a)上方)即为Δh。这一定义只适用于地形起伏达数次以上的情况，对于单纯斜坡地形将用后述的另一种方法处理。2.4移动信道的传输损耗中值计算第七十九页，共一百五十一页，2022年，8月28日丘陵地场强中值修正因子(a)修正因子Kh;(b)微小修正因子Khf2.4移动信道的传输损耗中值计算第八十页，共一百五十一页，2022年，8月28日2.孤立山岳修正因子Kjs

当电波传播路径上有近似刃形的单独山岳时，若求山背后的电场强度，一般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的修正因子Kjs曲线。

适用范围：工作频段为450~900MHz、山岳高度在110~350m范围，由实测所得的弧立山岳地形的修正因子Kjs的曲线。2.4移动信道的传输损耗中值计算第八十一页，共一百五十一页，2022年，8月28日孤立山岳修正因子Kjs

2.4移动信道的传输损耗中值计算第八十二页，共一百五十一页，2022年，8月28日其中，d1是发射天线至山顶的水平距离，d2是山顶至移动台的水平距离。图中，Kjs是针对山岳高度H=200m所得到的场强中值与基准场强的差值。如果实际的山岳高度不为200m，则上述求得的修正因子Kjs还需乘以系数α，计算α的经验公式为

式中，H的单位为m。2.4移动信道的传输损耗中值计算第八十三页，共一百五十一页，2022年，8月28日

3.斜波地形修正因子Ksp

斜坡地形系指在5~10km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+θm；反之为负斜坡，倾角为-θm，如下图下部所示。2.4移动信道的传输损耗中值计算第八十四页，共一百五十一页，2022年，8月28日斜坡地形修正因子Ksp

2.4移动信道的传输损耗中值计算第八十五页，共一百五十一页，2022年，8月28日

4.水陆混合路径修正因子KS

在传播路径中如遇有湖泊或其它水域，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。

下图中，曲线A表示水面靠近移动台一方的修正因子，曲线B(虚线)表示水面靠近基站一方时的修正因子。在同样dSR/d情况下，水面位于移动台一方的修正因子KS较大，即信号场强中值较大。如果水面位于传播路径中间，则应取上述两条曲线的中间值。2.4移动信道的传输损耗中值计算第八十六页，共一百五十一页，2022年，8月28日水陆混合路径修正因子2.4移动信道的传输损耗中值计算第八十七页，共一百五十一页，2022年，8月28日任意地形地区的接收信号功率中值计算1.中等起伏地市区中接收信号的功率中值PP中等起伏地市区接收信号的功率中值PP(不考虑街道走向)可由下式确定：［PP］=［P0］-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm,f)

=［P0］-(Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f))

P0为自由空间传播条件下的接收信号的功率2.4移动信道的传输损耗中值计算传输损耗中值第八十八页，共一百五十一页，2022年，8月28日式中：PT——发射机送至天线的发射功率；λ——工作波长；d——收发天线间的距离；Gb——基站天线增益；Gm——移动台天线增益。2.4移动信道的传输损耗中值计算第八十九页，共一百五十一页，2022年，8月28日

Am(f,d)是中等起伏地市区的基本损耗中值，即假定自由空间损耗为0dB，基站天线高度为200m,移动台天线高度为3m的情况下得到的损耗中值。

Hb(hb,d)是基站天线高度增益因子，它是以基站天线高度200m为基准得到的相对增益。

Hm(hm,f)是移动台天线高度增益因子，它是以移动台天线高度3m为基准得到的相对增益。若需要考虑街道走向，还应再加上纵向或横向路径的修正值。2.4移动信道的传输损耗中值计算第九十页，共一百五十一页，2022年，8月28日

2.任意地形地区接收信号的功率中值PPC

任意地形地区接收信号的功率中值以中等起伏地市区接收信号的功率中值PP为基础，加上地形地物修正因子KT，即［PPC］=［PP］+KT地形地物修正因子KT一般可写成

KT=Kmr+Qo+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+KS

2.4移动信道的传输损耗中值计算第九十一页，共一百五十一页，2022年，8月28日式中：

Kmr——郊区修正因子

Qo、Qr——开阔地或准开阔地修正因子

Kh、Khf——丘陵地修正因子及微小修正因子

Kjs——孤立山岳修正因子

Ksp——斜坡地形修正因子

KS——水陆混合路径修正因子2.4移动信道的传输损耗中值计算第九十二页，共一百五十一页，2022年，8月28日任意地形地区的传播损耗中值

LA=LT-KT

式中，LT为中等起伏地市区传播损耗中值，即

LT=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)2.4移动信道的传输损耗中值计算第九十三页，共一百五十一页，2022年，8月28日例3-2某一移动信道，工作频段为450MHz，基站天线高度为50m，天线增益为6dB，移动台天线高度为3m，天线增益为0dB；在市区工作，传播路径为中等起伏地，通信距离为10km。试求：

(1)传播路径损耗中值；

(2)若基站发射机送至天线的信号功率为10W，求移动台天线得到的信号功率中值。2.4移动信道的传输损耗中值计算第九十四页，共一百五十一页，2022年，8月28日解根据已知条件，KT=0,LA=LT，可分别计算如下：自由空间传播损耗［Lfs］=

32.44+20lgf+20lgd=

32.44+20lg450+20lg10=

105.5dB2.4移动信道的传输损耗中值计算第九十五页，共一百五十一页，2022年，8月28日查得市区基本损耗中值

Am(f,d)=27dB由图可得：

基站天线高度增益因子

Hb(hb,d)=-12dB移动台天线高度增益因子Hm(hm,f)=0dBLA=LT=105.5+27+12=144.5dB2.4移动信道的传输损耗中值计算第九十六页，共一百五十一页，2022年，8月28日中等起伏地市区中接收信号的功率中值2.4移动信道的传输损耗中值计算第九十七页，共一百五十一页，2022年，8月28日若上题改为郊区工作，传播路径是正斜坡，且θm=15mrad,其它条件不变，再求传播路径损耗中值及接收信号功率中值。解：可知LA=LT-KT，由上例已求得LT=144.5dB。根据已知条件，地形地区修正因子KT只需考虑郊区修正因子Kmr和斜坡修正因子Ksp，因而

KT=Kmr+Ksp

查得Kmr为

Kmr=12.5dB2.4移动信道的传输损耗中值计算第九十八页，共一百五十一页，2022年，8月28日查得Ksp为

Ksp=3dB所以传播路径损耗中值为

LA=LT-KT=LT-(Kmr+Ksp)=144.5-15.5=129dB接收信号功率中值为［PPC］=

［PT］+［Gb］+［Gm］-LA=

10+6-129=-113dBW=-83dBm

或［PPC］=

［PP］+KT=-98.5dBm+15.5dB=-83dBm2.4移动信道的传输损耗中值计算第九十九页，共一百五十一页，2022年，8月28日3移动信道的传播模型背景：移动信道中电波传播的条件十分恶劣和复杂，因而要准确地计算信号场强或传播损耗是很困难的方法：通常采用分析和统计相结合的办法。测试数据采集分析归纳经验模型校正第一百页，共一百五十一页，2022年，8月28日传播损耗预测模型(hata模型）1.Hata模型原理：Hata模型是用图表给出的路径损耗数据的经验公式适用范围：该公式适用于150~1500MHz频率范围使用方法：Hata将市区的传播损耗表示为一个标准的公式和一个应用于其他不同环境的附加校正公式第一百零一页，共一百五十一页，2022年，8月28日在市区的中值路径损耗的标准公式为(CCIR采纳的建议)Lurban(dB)=69.55+26.16lgfc-13.82lghb-a(hrehb)lgdfc是在150~1500MHz内的工作频率；hb是基站发射机的有效天线高度（单位为m，适用范围30~200m），其定义为天线相对海平面高度hts减去距离从3km到15km之间的平均地面高度hga;hre是移动台接收机的有效天线高度（单位为m，适用范围1~10m）;d是收发天线之间的距离（单位为km，适用范围1~10km）；a(hre)是移动台接收机的有效天线高度的修正因子。传播损耗预测模型(hata模型）第一百零二页，共一百五十一页，2022年，8月28日对于小城市到中等城市，a(hre)的表达式为a(hre)=(1.1lgfc-0.7)hre-(1.56lgfc-0.8)dB

对于大城市,a(hre)的表达式为

a(hre)=8.29(lg1.54hre)2-1.1dBfc≤300MHz

a(hre)=3.2(lg11.754hre)2-4.97dBfc≥300MHz传播损耗预测模型(hata模型）第一百零三页，共一百五十一页，2022年，8月28日郊区的路径损耗开阔的农村地带的路径损耗

Lsuburban(dB)=Lurban-2［lg(fc/28)］

Lrural(dB)=Lurban-4.78(lgfc)2+18.33lgfc-40.94修正因子传播损耗预测模型(hata模型）第一百零四页，共一百五十一页，2022年，8月28日3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型背景：欧洲研究委员会COST-231在Walfish和Ikegami分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／Ikegami模型这种模型考虑到了自由空间损耗、沿传播路径的绕射损耗以及移动台与周围建筑屋顶之间的损耗。COST-231模型已被用于微小区的实际工程设计。第一百零五页，共一百五十一页，2022年，8月28日3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型参数定义：建筑物高度hroof(m)；道路宽度w(m)；建筑物的间隔b(m)；相对于直达无线电路径的道路方位φ。模型适用的范围：频率f：800～2000MHz距离d：0.02～5km基站天线高度hb：4～50m移动台天线高度hm：1～3m。第一百零六页，共一百五十一页，2022年，8月28日(a)模型中所用的参数；(b)街道方位的定义3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型第一百零七页，共一百五十一页，2022年，8月28日模型适用的范围：频率f：800～2000MHz；距离d：0.02～5km；基站天线高度hb：4～50m；移动台天线高度hm：1～3m。3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型第一百零八页，共一百五十一页，2022年，8月28日1)可视传播路径损耗可视传播路径损耗的计算公式为

Lb=42.6+26lgd+20lgf

损耗Lb以dB计算，距离d以km计算，频率f以MHz计算。3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型第一百零九页，共一百五十一页，2022年，8月28日2)非可视传播路径损耗非可视传播路径损耗的计算公式为

Lb=L0+Lrts+Lmsd

L0是自由空间传播损耗；Lrts是屋顶至街道的绕射及散射损耗；Lmsd是多重屏障的绕射损耗。

(1)自由空间传播损耗的计算公式为

L0=32.4+20lgd+20lgf

3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型第一百一十页，共一百五十一页，2022年，8月28日(2)屋顶至街道的绕射及散射损耗(基于Ikegami模型)的计算公式为w为街道宽度(m)；Δhm=hroof-hm为建筑物高度hroof与移动台天线高度hm之差(m)；Lori是考虑到街道方向的实验修正值，且3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型第一百一十一页，共一百五十一页，2022年，8月28日0≤φ<35°35°≤φ<55°55°≤φ<90°φ是入射电波与街道走向之间的夹角。

考虑到街道方向的实验修正值：3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型第一百一十二页，共一百五十一页，2022年，8月28日(3)多重屏障的绕射损耗(基于Walfish模型)的计算公式为b为沿传播路径建筑物之间的距离(m)；Lbsh和Ka表示由于基站天线高度降低而增加的路径损耗；Kd和Kf为Lmsd与距离d和频率f相关的修正因子，与传播环境有关。3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型第一百一十三页，共一百五十一页，2022年，8月28日hb>hroofhb≤hroof

hb>hroof

hb≤hroof且d≥0.5kmhb≤hroof且d≥0.5km3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型第一百一十四页，共一百五十一页，2022年，8月28日hb>hroof

hb≤hroof

用于中等城市及具有中等密度树木的郊区中心用于大城市中心hb和hroof分别为基站天线和建筑物屋顶的高度(m)，Δhb为两者之差：

Δhb=hb-hroof

3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型第一百一十五页，共一百五十一页，2022年，8月28日GSM系统中，f=1800MHz的传输损耗在同一条件下，f=1800MHz的传输损耗可用900MHz的损耗值求出，即：

L1800=L900+10dB

注：用COST-231模型作微蜂房覆盖区预测时，需要详细的街道及建筑物的数据，不宜采用统计近似值。

3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型第一百一十六页，共一百五十一页，2022年，8月28日在缺乏周围建筑物详细数据时，COST-231推荐使用下述缺省值：·

b=20~50m；·w=b/2;·

hroof=3×（楼层数）+·

φ=90°。3斜顶0平顶注：当基站天线高度与其附近的屋顶高度大致在同一水平时，其高度差的微小变化将引起路径损耗的急剧变化；此外，

当天线高度远小于屋顶高度时，误差也较大。3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型第一百一十七页，共一百五十一页，2022年，8月28日对COST-231/Walfish/Ikegami模型在某城市的预测值与实测值作比较，平均误差在±3dB的范围内，标准偏差为5～7dB。假定f=880MHz，hm=1.5m，hb=30m，hroof=30m，平顶建筑，φ=90°，w=15m，则COST-231/Walfish/Ikegami模型和Hata模型的比较Hata模型给出的路径损耗要低13~16dB。

3.1.2COST-231／Walfish／Ikegami模型第一百一十八页，共一百五十一页，2022年，8月28日电波传播损耗预测模型（室外）模型应用频率小区半径基站天线高度Hb终端天线高度HmHata150～1500MHz＞1km30～200m1～10mCOST-231Hata1500～2000MHz＞1km30～200m1～10mCOST-231/Wal/Ike800～2000MHz0.02～5km4～50m1～3m第一百一十九页，共一百五十一页，2022年，8月28日室内(办公室)路径损耗的基础是COST-231模型，定义如下：室内(办公室)测试环境路径损耗模型第一百二十页，共一百五十一页，2022年，8月28日Lfs—发射机和接收机之间的自由空间损耗；Lc—固定损耗；kwi—被穿透的i类墙的数量；n—被穿透楼层数量；Lwi—i类墙的损耗；Lf—相邻层之间的损耗；b—经验参数。室内(办公室)测试环境路径损耗模型第一百二十一页，共一百五十一页，2022年，8月28日对损耗分类的加权平均室内(办公室)测试环境路径损耗模型第一百二十二页，共一百五十一页，2022年，8月28日d为收发信机的距离间隔(m)，n为在传播路径中楼层的数目。L在任何情况下应小于自由空间的损耗，对数正态阴影衰落标准偏差为12dB。室内路径损耗(dB)模型可用下面的简化形式表示:室内(办公室)测试环境路径损耗模型第一百二十三页，共一百五十一页，2022年，8月28日3.2多径信道的冲激响应模型1.基本多径信道的冲激响应模型在多径环境下，信道的冲激响应可以表示为N表示多径的数目;ak表示每个多径的幅值（衰减系数）；tk表示多径的时延（相对时延差）；θk表示多径的相位。第一百二十四页，共一百五十一页，2022年，8月28日设最大多普勒频率为fm。图中假定每一条路径的幅度均服从瑞利分布，即每一条路径的信号幅度可以看成是窄带高斯过程（该模型称为Clarke模型，每一路径由若干个具有相同功率的从不同角度（按均匀分布）到达接收机的信号组成），则其功率谱可以表示为3.2.1基本多径信道的冲激响应模型,Pav是每一路信号的平均功率。该式被称为典型的多普勒谱（简称为典型谱）第一百二十五页，共一百五十一页，2022年，8月28日3.2.1基本多径信道的冲激响应模型第一步：产生瑞利衰落的信号第二步：多个瑞利衰落的信号叠加第一百二十六页，共一百五十一页，2022年，8月28日3.2.1基本多径信道的冲激响应模型当每一路径信号中有直射分量时，其信号幅度的功率谱由典型谱和一条直射路径谱组成，可以表示为该式被称为莱斯多普勒谱（简称为莱斯谱）。第一百二十七页，共一百五十一页，2022年，8月28日在COST-207中还用到了两类高斯多普勒谱(GAUS1和GAUS2)，其表达式为式中：A1=A-10dB，B1=B-15dB。第一百二十八页，共一百五十一页，2022年，8月28日3.2.2GSM中的多径信道模型类型：在GSM标准中规定了乡村地区(RA)、典型市区(TU)、典型山区(HT)等情况下的多径模型。方法：其中乡村地区(RA)和典型市区(TU)及简化的典型市区模型分别如表所示。表中给出了两组等效的参数（1）和（2）；表由多径组成，对于每一条多径给出了它的相对时间、平均相对功率和其多普勒谱的类型，它们主要由莱斯频谱和典型谱组成。第一百二十九页，共一百五十一页，2022年，8月28日表3-3乡村地区(RA)模型(6支路)3.2.2GSM中的多径信道模型第一百三十页，共一百五十一页，2022年，8月28日表3-4典型市区(TU)模型(12支路)3.2.2GS