【《无线信道的传播特性分析》2600字】

无线信道的传播特性分析目录TOC\o"1-3"\h\u19956无线信道的传播特性分析 126381.1无线通信系统的组成 1292821.2无线信道的传输方式 245911.3无线信道的衰落 3241551.4大尺度衰落特性 483361.4.1自由空间传播模型 4106131.4.2对数距离路径损耗模型 436851.4小尺度衰落特性 5220571.4.1多径衰落 5314431.4.2瑞利衰落 51.1无线通信系统的组成无线通信是通过无线电波来传递的。而传输信息的过程一般是用天线来实现的。不同的频率，有不同频段的信号，如高频信号在所需天线上各不相同，天线形状小的可能就只有几厘米短，大的甚至几百米高。根据文献[1]，在通信系统中，主要有发送端，接收端和无线信道。为实现信息的传输可利用电磁波。如图1.1所示发送端调制信道编码信源编码信源及输入变换器调制信道编码信源编码信源及输入变换器 无线信道接收端无线信道输出信号解调信道译码信源译码输出变换器解调信道译码信源译码输出变换器接收图1.1无线通信系统组成框图由图得，发射机传输时无线电信号的性能及其接收是由于无线电通信的效率对无线电信号的质量产生了直接影响。对道路通信传输特性的研究，主要是三个方面[5]:

(1)在怎样的环境以及频率下，电磁波传播和接收条件的最合适?

(2)在发射到接收过程中会有多少损耗?

(3)接收信号是包含宽度和多径的到达时间，有时还会包含功率分布，能根据信号衰落特性，对防衰落技术进行探究，以至于来提高无线电通信系统的性能。1.2无线信道的传输方式电磁波传播的无线电频率不像电缆那样固定和可预测，这是一个巨大的机会。无线通信系统的性能取决于无线信道的随机特性，并由发送器和接收器之间的分配路径确定。空间电分布有多种传播机制，电磁波主要通过直接辐射、反射、和散射等，如图1.2所示[6]，散射体散射体散射障障碍障障碍物直射反射发射天线接收天线地面图1.2无线电传输方式由图可知，直射是传播的最简单路径。直射径的场强公式为（1.1）所示：(1.1)式中，E0是参考点处的电场，一般取距离发射站1m处的电场，β=2是电磁波的波长，dD是直达径的总路径长度。反射，是电磁波在传播过程中遇到两种电磁波介质，其电磁波特性不相同，而且介质的尺寸是电磁波特有的，当电磁波的波长大得多时，部分电磁波被反射。在实践中，由于大多数媒介是非理想的导体，这样就有一部分损耗发生在反射后。反射系数通过损耗特征体现。即使电磁波在同一中心表面上具有不同的极化模式，反射系数也可能不同[7]。平行极化波反射系数为（1.2）所示:(1.2)垂直极化波反射系数为（1.3）:(1.3)式中，Rv为极化波的垂直反射系数，θi为入射角，ε为介电常数，σ电导率，ε=εr-j60бλ，，Rh为极化波的平行反射系数。从扩散的角度来看，当它们在现实环境中遇到粗糙的平面时，电磁波继续向不同的方向扩散，也就是说当它们分散时，扩散器表面的散射必须是粗糙的，标准高度通常用来测量平面的粗糙度[8]。高度定义公式（1.4）如下:(1.4)如果平面点的最大高度大于h，则认为表面粗糙，分散发生，反之亦然平面被认为是光滑的，没有分散。在弥散存在的情况下，计算反射场的强度乘以散射损耗系数，它对应于反射场衰减。地面高度的局部平均值为高斯分布时，散射系数计算公式(1.5)如下:(1.5)式中，θh是表面高度的标准差。1.3无线信道的衰落无线信道中，分为大尺度衰落和小尺度衰落。当信号传输距离较远时，接受无线信号的输出和传送距离大幅度缩短后，仅在无线电信号传播过程中出现的规模较大的障碍产生阴影衰落。衰落等级由路径损耗和阴影衰落组成。无论是反射，散射还是其他，当原有的无线电信号传输路径的改变时，有时无线电通信设备之间的距离也会在较短的时间内使接收幅度发生较大的变动，与此同时，相位与线路的改变，使得对于接收的幅值会发生大的起伏。但由于路径磨耗及阴影衰落可能不发生变化，或者是小规模的发生衰落，因此这现象被叫做小尺度衰落。1.4大尺度衰落特性1.4.1自由空间传播模型李宇辉[6]在2017年提出，介质在自由空间中进行无线传输是有条件的，其介质有相同方向性，还有理想性以及均匀分布性。在自由空间中，发射端直射球面时，可根据菲涅耳公式，接收端功率用公式(1.6)表示:(1.6)其中，Pt为发射功率，Gt发射天线增益，Ｇr接收天线増益，可以由公式(1.7)计算得到(1.7)自由空间中的损耗公式(1.8)为:(1.8)其中，fc为中心频率。1.4.2对数距离路径损耗模型基于理论和实践是无线信道模型的基础,并与已有的模型比较,不论是哪种场景的环境,无线信号接收的平均功率与发射天线和接收天线之间的线性距离成反比[9]，从而可以用公式（1.9）表示:(1.9)式中，A为无线信号在参考距离d0处的路径损耗，d为发射和接收的直径。信号传播中，没有阻碍情况下，一般n的取值是n=2,若n的值变大了，则说明传播环境中受到了障碍物的干扰，如表1.1所示，表1.1不同环境的路径损耗指数传播环境路径损耗自由空间2城区无线蜂窝1.6-3.5存在阴影的城区无线蜂窝3-5存在视距路径室内1.6-1.8存在障碍物的室内4-6存在障碍物的产区之间2-31.4小尺度衰落特性1.4.1多径衰落反射、散射和绕射是电波传播的方式，传播方向不同，造成的延迟随之变化，于是信号在到达移动电台过程中，便分散成多条接收路径。经过接收天线的振幅以及相位角等随机分布，然后其分布按矢量合成，因而造成接收信号产生失真并减弱，便是多径衰落。假设发射端为基站，根据文献[6]得基站的发射信号为公式（1.10）：(1.10)即接收端的信号为公式（1.11）：（1.11）其中，an和τn各自为第n条路径的信道系数和时延。频率选择性衰落：不同频率，而不同衰落。不同频率的频谱特性来实现不同的增益，因而使系统中引入码间干扰。

时间选择性衰落：信号分布不一致，频率就会随之不同变化，然后在高速环境中消失，由不同频率元素的接收信号组成而引起频率的传播。频率的增加导致传输频率和接收频率之间的不一致，无法接收信号而导致系统性能的降低[10]。多普勒效应的频率偏移为公式（1.12）：(1.12)

式（1.8）中，fc为载波频率；θ是入射方位与速度v方位的夹角；λ为波长；c为光速；fm=vfc/c是多普勒频移的最大值。1.4.2瑞利衰落由于无线信道中的多路径现象，接收到的信号包络是随机的。移动无线信道中的瑞利分布通常是用来描述时间变化的统计特性。对于瑞利分布，在移动信道中，由于基站与移动台之间会有许多使信号发生反射或者散射的物体存在，因而信道的冲激响应由公式（1.13）所见[11]，（1.13）式（1.13）中，τi代表第i条路径对第一条的时延；i代表多径的数量；ψi代表第i条路径的信号相位。Ai代表第i条路径的信号幅度。当存在多个路径时，如果没有直接路径，则可以将直接路径定义为高斯过程。则瑞利分布由公式（1.14)得：(1.14)其中，方差值为σ2，