路徑損耗模型和參數(shù)-ITU.doc

1、ITU-R P. 1791 建議書1ITU-R P. 1791建議書 *用于評估超寬帶設(shè)備影響的傳播預(yù)測方法（ ITU-R 第211/3號課題）（2007年）范圍本建議書提供適用1-10 GHz 頻率范圍的方法，以計(jì)算視距（LoS ）和障礙路徑環(huán)境下室內(nèi)和室外超寬帶（ UWB ）系統(tǒng)的路徑損耗，并評估傳統(tǒng)窄帶接收機(jī)從UWB 發(fā)射機(jī)接收功率的情況。國際電聯(lián)無線電通信全會，考慮到a) 超寬帶（ UWB ）技術(shù)是一項(xiàng)迅速發(fā)展的無線技術(shù)；b) 采用 UWB 技術(shù)的設(shè)備使用多個高速數(shù)據(jù)流，并覆蓋廣泛帶寬；c) 了解傳播特性對于評估 UWB 設(shè)備的影響至關(guān)重要；d) 人們既需要了解有關(guān)干擾評估的實(shí)驗(yàn)（即適

2、用各站址）模型和意見，又需要了解進(jìn)行詳細(xì)傳播預(yù)測所需的確定性（或針對具體站址的）模型，注意到a) ITU-R P. 525建議書提供有關(guān)自由空間衰減的計(jì)算方法；b) ITU-R P. 528建議書提供 VHF 、UHF 和 SHF頻段航空移動和無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)的傳播曲線；c) ITU-R P. 618建議書提供地對空鏈路的傳播數(shù)據(jù)和預(yù)測方法；d) ITU-R P. 452建議書闡述約 0.7 GHz至 30 GHz頻率范圍內(nèi)地球表面臺站之間微波干擾的評估程序；e) ITU-R P. 1238建議書提出有關(guān) 900 MHz至100 GHz頻率范圍的室內(nèi)傳播指導(dǎo)；f) ITU-R P. 1411建議

3、書提供約 300 MHz至100 GHz頻率范圍室外短路徑的傳播方法；* 應(yīng)提請無線電通信第 1研究組注意本建議書。2ITU-R P. 1791 建議書g) ITU-R P.1546 建議書提出有關(guān) 30 MHz 至3 GHz 頻率范圍距離為 1公里或 1公里以上系統(tǒng)的傳播指導(dǎo)；h) ITU-R P. 530建議書提供地面視距（ LoS）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的傳播數(shù)據(jù)和預(yù)測方法，建議1 應(yīng)采用本建議書附件 1提供的信息和方法計(jì)算 1 GHz至10 GHz 頻率范圍內(nèi) UWB 設(shè)備的路徑損耗；2 應(yīng)采用本建議書附件 2提供的信息評估傳統(tǒng)窄帶接收機(jī)從 UWB 發(fā)射機(jī)接收的功率。附件 11 引言UWB 視距傳輸

4、損耗對頻率的依賴主要由天線特性決定。因此，通常用于窄帶信號傳播建模的傳統(tǒng)路徑損耗模型對于計(jì)算 UWB 信號的路徑損耗十分有益。迄今為止，人們已在復(fù)雜多樣的環(huán)境條件下對 UWB 傳播進(jìn)行了廣泛研究和實(shí)驗(yàn)，從而建立了 UWB 的傳播模型及其參數(shù)。UWB 設(shè)備既可能用于室內(nèi)，也可能用于室外。在進(jìn)行傳播研究時(shí)，人們需要詳細(xì)了解室內(nèi)站址的具體情況，包括其幾何圖形、材料和家具等。對于室外傳播，有關(guān)建筑物和樹木的信息對傳播計(jì)算至關(guān)重要。這些因素往往造成 UWB 接收機(jī)能夠解決的、多徑效應(yīng)的產(chǎn)生。因此， UWB 傳播模型應(yīng)當(dāng)容納 UWB 設(shè)備將運(yùn)行其中的、典型環(huán)境的路徑損耗和多徑特性。能夠廣泛代表相關(guān)環(huán)境傳播

5、特性的模型更有助于人們實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。通常而言，這些模型不需要用戶獲得大量輸入信息即可以進(jìn)行計(jì)算工作。本建議書確定相關(guān)的運(yùn)行環(huán)境和路徑損耗類別，并提供估算此類條件下的方法。應(yīng)在確定 UWB 鏈路預(yù)算工作中采用本建議書。UWB 路徑損耗2 實(shí)際運(yùn)行環(huán)境本建議書僅從無線電傳播的角度對環(huán)境加以分類。本建議書確定兩種不同的室內(nèi)傳播環(huán)境和一種室外傳播環(huán)境。人們認(rèn)為，這些環(huán)境是最具代表性的環(huán)境。表 1列出了上述三種環(huán)境。由于認(rèn)識到在各類別中存在多種不同的環(huán)境，因此本建議書并非旨在對每一種可能的情況都進(jìn)行建模，而是給出能夠代表人們通常遇到的環(huán)境的傳播模型。ITU-R P. 1791 建議書3表 1實(shí)際運(yùn)行環(huán)境

6、環(huán)境說明住宅室內(nèi)配備室內(nèi)家具、帶有石膏灰泥板和混凝土墻壁的城鎮(zhèn)住房工業(yè)用房室內(nèi)辦公室 / 實(shí)驗(yàn)室（樓道、教室），帶有石膏灰泥 / 混凝土墻壁和天花板；石膏灰泥 / 混凝土 / 木地板地面；配備家具（金屬柜、辦公桌、椅子、電子設(shè)備等）和空曠房間室外普通及農(nóng)村環(huán)境，包括植被和樹木3 路徑類別通過分析 UWB 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的可能傳播情形，可以確定兩種不同的路徑類別：明顯的視距（ LoS）傳播路徑和障礙（非視距）-NLoS ）傳播路徑。在室內(nèi)運(yùn)行環(huán)境中，由于障礙物和人為封堵，視距傳播情形鳳毛麟角，信號通過多路徑被接收。此外，根據(jù)接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的存在障礙的程度，可以在室內(nèi)傳播環(huán)境中將路徑細(xì)分為

7、更多類別：軟性非視距路徑和硬性非視距路徑。在前一種情形下，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間存在一種標(biāo)準(zhǔn)的障礙物，或至少存在一個石膏灰泥板。在后一種情形下，接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間存在大量障礙物，或至少存在一面混凝土墻壁。4 路徑損耗模型和參數(shù)可以通過通用各個站址或針對具體站址的模型估算 UWB 發(fā)射機(jī)與 UWB 接收機(jī)之間的路徑損耗。在室內(nèi)環(huán)境中采用傳輸損耗模型時(shí)的假設(shè)為，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)安裝在同一建筑物內(nèi)。4.1通用各個站址的模型本節(jié)介紹的模型為通用各個站址的模型，這些模型幾乎不需要有關(guān)路徑或站址的信息。下述距離功率損耗系數(shù)包括 UWB 傳輸信道可能遇到的、穿透墻壁和跨越及穿透障礙物傳輸，以及其它損耗機(jī)制（如多徑

8、）的暗含余量。針對具體站址的模型能夠明確將由每一個障礙物造成的損耗計(jì)算在內(nèi)，而非將其納入距離模型中。從下述模型中可以推導(dǎo)出UWB 信號遇到的基本傳輸損耗PL(d)：PL(d ) PL(d0) 10n log dXdB(1)0d0其中：PL0(d0)：基準(zhǔn)距離 d0（通常 d0 等于 1公里）的基本傳輸損耗（dB）D：UWB 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的間隔距離（m）（其中 d1 m）4ITU-R P. 1791 建議書n：路徑損耗指數(shù)X：對數(shù)正態(tài)陰影衰落，即，帶有標(biāo)準(zhǔn)偏差（dB）的零平均高斯任意變量。可通過下式對基準(zhǔn)距離的基本傳輸損耗進(jìn)行近似計(jì)算：PL04 d0 f1f 2dB(2)(d0 ) 20

9、log0.3其中 f1 (GHz) 和 f2 (GHz) 是 UWB 輻射頻譜 -10 dB邊緣處的頻率。在整個 UWB 帶寬中，基本傳輸損耗變化極大，系統(tǒng)的整體性能取決于該變化與天線特性之間的相互作用情況。表 2列出基于多種不同測量結(jié)果的典型參數(shù)。應(yīng)將這些參數(shù)用于20米以內(nèi)的傳播距離。對于距離大于 20米的傳播而言，有關(guān)室外環(huán)境視距和非視距的參數(shù)可能用于評估UWB 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的基本傳輸損耗。同時(shí)應(yīng)當(dāng)指出，室內(nèi)視距傳播可能加重信號的多徑效應(yīng)，說明在具體情況下，可能適用其它路徑損耗指數(shù)。表2計(jì)算基本傳輸損耗的參數(shù)環(huán)境路徑類別視距住宅室內(nèi)軟性非視距硬性非視距視距工業(yè)用房室內(nèi)軟性非視距硬性非

10、視距視距室外非視距n(dB) 1.71.53.5-52.7-4 74 1.50.3-42.1-40.19-44-7.54-4.75 23-44.2針對具體站址的模型對路徑損耗進(jìn)行確定性估算可能非常有益于詳細(xì)規(guī)劃 UWB 的相關(guān)應(yīng)用。目前已存在以統(tǒng)一衍射理論（ UTD ）為基礎(chǔ)的場強(qiáng)預(yù)測理論方式。這些方式需要提供詳細(xì)的障礙物幾何圖形和建筑物結(jié)構(gòu)信息（室內(nèi)環(huán)境情況下）才能夠?qū)鰪?qiáng)進(jìn)行計(jì)算。在這些模型中，所收到的波形被作為信道有效射線的疊加加以建模，同時(shí)考慮發(fā)射天線、多徑傳播和接收天線等多種因素。特定射線的信道沖激響應(yīng)不僅考慮衰減因素，而且考慮相互作用造成的散射，以及該射線到達(dá)方向的接收天線沖激響應(yīng)。通過射線跟蹤可以確定發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的有效射線及其相關(guān)時(shí)延。根據(jù) UTD 可以確定與每一條射線相關(guān)的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)。將反射和衍射射線考慮在內(nèi)，可以大大提高路徑損耗預(yù)測的精確度。ITU-R P. 1791