无线电波传播特性课件.ppt

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由收发信双方的相对运动和环境地点的

2、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衰落特性的算式描述衰落特性的算式描述 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)表示表示大尺度衰落；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 0mm(t t)信道的分类信道的分类信道的分类根据不同距离内信号强度变化的快慢分为根据不同距离内信号强度变化的快慢分为 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

3、 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

4、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

5、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

6、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 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自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗 在理想的、均匀的

7、、各向同性的介质中传播，只存在电磁在理想的、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波能量扩散而引起的传播损耗 接收功率接收功率 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，为工为工作波长，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为发为发射天线和接收天线间的距离。射天线和接收天线间的距离。自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗 当当Gt=Gr=1时，时，分贝式分贝式接收换算接收换算 4GAr2r rtPPL24dL dfLlog20log2045.32()10 log()rrP dBmP mW()10l

8、og()rrP dBWP WttrrGPdAP24理想介质表面的反射理想介质表面的反射极化特性极化特性多径信号多径信号两径传播模型两径传播模型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。020cosz20cosz600jzzRsinsin n极化：电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随

9、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（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

10、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m21()()1vhRR 垂直极化反射系数水平极化反射系数 2tr2tr.Ae)R1(Re1GGd4PP 地面二次效应直射波反射波地表面波可忽略可忽略2tr2trRe1GGd4PP l2()lACCBAB 2i1N1iitr2tr)jexp(R1GGd4PP 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、

11、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，

12、是合理的，是合理的10(,)10ml rr10log(,)10logl rmrn多径衰落的基本特性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

13、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）

14、频率漂移n表达式表达式 多普勒频移多普勒频移 cos 式中式中 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

15、勒频移为负（接收信号频率下降）。降）。n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，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。vfd vmf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

16、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)cx ts tjf t()Reexp2Reexp2iiiiiciiiiicixxx

17、y ta x tas tjftcccxxa s tjf tcia()Re()exp(2)cy tr tjf t()exp2exp2iiiiciiiixxr tajs tajfs tc iixc()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。icosiixvt()exp2cosexp2exp2cosiiiiiiiiiiiixxxxr t

18、ajs tcxxvtvajjts tcc ()exp2cosexp2cosexp2cos2exp22cosiiiiiiimiiiimiciiiiicimiixxvr tajts tcxajf ts tajf tfs ta 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mfn 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（）

19、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,()22cosicimiciD itff tt()()()(,)ijtiiir t

20、as tes th t()(,)ijtiiih ta e 多径延迟影响多普勒效应影响i()it()r tiai()it()()ijtiiiha e i0,2n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

21、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

22、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；为归一化为归一化rms时延扩展时延扩展 1TPeT0dB-XdBmmT P图2-5典型的归一化时延扩展谱22kkkkkkkkkkaPaP 22E 22222kkkkkkkkkkaPEaP 0mTm 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

23、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 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)jtir tx tre()2tn()(21)tn)(t12()cBt()0()(,)1()jteir tHjtrex t r2)(t()i

24、x t0()r t(,)cH jt(,)1cos()sin()Atrtjrt 图图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()tA(,t)(2tn)()12(tn1+r1-rn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

25、相关系数通常，根据包络的相关系数 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 ()1222221122(,)(,)rrRfrrfrrrr 121 212120(,),(,)rRfr rrr p r r drdr2022(2)(,)1(2)mrJfff221()1(2)rff1()r t2()r t12fff 0()J mf0()0.5rf12cB 12f 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

26、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

27、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=0n 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

28、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2022(2)(,)1(2)mrJfff()()RS f11cDmTffDfDB0f 20(0,)(2)rmJf 916cmTf 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

29、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cT290.42316mcmTff码元间隔大于信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

30、 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波的幅度和 相位都相位都统计独立统计独立 02r221drre21)(p22 22222r2202r2erdre21)r(p 瑞利分布的概率分布密度 2533.12dr)r(rprER0meanr 222022220.4292222 drrERrEr222022220.4292222drrERrEr

31、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Kn 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

32、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(AIer2202)Ar(222 )(rp222AK 222Alog10dBK dBK,0A 12A2 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（

33、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（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

34、保持不变在接收端保持不变 条件条件 Bs Bc Ts Bs sTsTsT10sT 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 TsBdTc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

35、台行进速度和方向速度和方向以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。31.85 102Af 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

36、于电平通过率是随机变量，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 0rd)r,R(pr)R(Nr 22)(efRNmrmsRR2R 02222dr)r(pr)r(E 2Rrms 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n平均衰落持续时间平均衰落持续时间

37、 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 RRNRrP )1e(f212mR 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

38、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 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

39、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

40、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 terraincellteretecpCCdloghlog55.69.44hhlog82.13flog16.2655.69dBL MHz300f97.4h75.11log2.3MHz300f1.1h54.1log29.88.0flog56.1h

41、7.0flog11.1hc2rec2recrecre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98.40flog33.18flog78.44.528flog20Cc2c2ccellcftehreh reh cellCterrainC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两种两种Hata模型的模型的主要区别主要区别频率频率衰减系数衰减系数不同不同 COST-231Hata模型频率衰减因子为模型频率衰减因子为33.9 Okumura-Hata模型的频率衰减因子为模型的频率衰减因子为26.16COST-231Hat

42、a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。Mterraincellteretec50CCCdloghlog55.69.44hhlog82.13flog9.333.46dBL 市市中中心心大大城城中中等等城城市市和和郊郊区区dB3dB0CMMC给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 校正因子校正因子右图给出了右图给出了Hata和和CCIR 路径损耗公式的路径损耗公式的对比对比，由图可见，由图可见，路径损耗随路径损耗随 建筑物

43、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 Bdloghlog55.69.44hhlog82.13flog16.2655.69dBLteretec50 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 应用应用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两种情况两种情况视距传播情

44、况，路径损耗视距传播情况，路径损耗非视距传播情况，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（除了最近的衍射）fdLlog20log266.42210LLLL 111log20log10log109.16LhhfwLmR blogflogkdlogkkLLfda9212 1 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）,hR建筑物的平均高度（建筑物的平均高度（m）hR，hm接收天线的高度接收天线的高度 其中其

45、中 街区轴线于连结发射机和接收机天线的夹角街区轴线于连结发射机和接收机天线的夹角2 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 9055551114.04553535075.05.23503571.01011 LblogflogkdlogkkLLfda9212 111201010916Lhhlogflogwlog.LmR RBRBRBhh,hh,hhlogL011821 kmdhhhhdkmdhhhhhhkRBRBRBRBRBa5.0,4.0545.0,8.054,54并且并且并且并且 RBRRBRBdhhhhhhhk,151

46、8,18 大大城城市市中中等等城城市市和和郊郊区区,19255.1,19257.04ffkf 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HataOkumura-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、

47、郊区城区、郊区LEE宏蜂窝宏蜂窝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NLOS450 2000城区、郊区城区、郊区WIM0.025km分分LOS和和NLOS800 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）fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20,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据LEE模型WIM模型LEE模型WIM模型C

48、CIR模型 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20,自自由由空空间间传传播播损损耗耗）Hata模型 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20,自自由由空空间间传传播播损损耗耗）Hata模型模型参数易获得，模型易使用参数易获得，模型易使用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，预测值和实际值的误差较大预测值和实际值的误差较大 CCIR模型模型 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

49、覆盖 区域的百分比），且易获得区域的百分比），且易获得LEE模型模型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。算法简单，计算速度快算法简单，计算速度快COST 231-Walfisch-Ikegami 模型模型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于、等于或低于周围建筑物 显著特点显著特点室内覆盖面积小得多室内覆盖面积小得多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影响因素影响因素建筑物的布局建筑物的布局建筑材料建筑材料建

50、筑类型建筑类型常用的几种室内传播模型常用的几种室内传播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 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Ericsson多重断点模型多重断点模型 有四个断点，有四个断点，考虑路径损耗的上下边界考虑路径损耗的上下边界未考虑对数正态阴影部分未考虑对数正态阴影