路徑損耗模型-ITU

1、ITU-R P.1238-5 建議書用于規(guī)劃頻率范圍在 900 MHz 到100 GHz 內(nèi)的室內(nèi)無線電通信系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)的傳播數(shù)據(jù)和預測方法（ITU-R 第211/3 號課題）（ 1997-1999-2001-2003-2005-2007 年）范圍本建議書介紹了在 900 MHz 至100 GHz 頻率范圍內(nèi)的室內(nèi)傳播的指導原則，主要內(nèi)容如下：- 路徑損耗模型；- 時延擴展模型；- 極化和天線輻射圖的效應(yīng)；- 發(fā)射機和接收機選址的效應(yīng)；- 建材裝修和家具的效應(yīng)；- 室內(nèi)物體移動的效應(yīng)。考慮到a）正在開發(fā)將在室內(nèi)工作的許多短距離（工作范圍短于 1 km ）的個人通信應(yīng)用；b）正如許多現(xiàn)有產(chǎn)品

2、和熱門的研究活動所表明的那樣，無線局域網(wǎng)（ RLAN ）和無線專用交換機（ WPBX ）需求很旺盛；c）希望設(shè)立無線局域網(wǎng)標準，可與無線和有線通信都兼容；d）采用非常低功率的短距離系統(tǒng)在移動和個人環(huán)境下提供業(yè)務(wù)有許多優(yōu)點；e）在建筑物內(nèi)的傳播特性和在同一區(qū)域內(nèi)許多用戶引起的干擾這兩方面的知識，對系統(tǒng) 的有效設(shè)計是非常重要的；f ） 用于系統(tǒng)初步規(guī)劃和干擾估算的通用（即與位置無關(guān)）模型和用于某些細致評估的定型（或具體地點）模型都是需要的；注意到a） ITU-R P.1411 建議書為頻率范圍在 300 MHz 到100 GHz 的室外短距離電波傳播提供了指導，并且該建議也應(yīng)該作為同時存在室內(nèi)和室

3、外傳播條件的那些情況下的參考文件。建議1 對工作于 900 MHz 到100 GHz 之間的室內(nèi)無線電系統(tǒng)的傳播特性進行評估時，采用 附件1中的資料和方法。附件11 引言室內(nèi)無線電系統(tǒng)的傳播預測在某些方面是與室外系統(tǒng)有區(qū)別的。跟室外系統(tǒng)中一樣，根 本目的是保證在所要求的區(qū)域內(nèi)有效覆蓋（或在點對點系統(tǒng)情況下保證有可靠的傳播路徑） 和避免干擾，包括系統(tǒng)內(nèi)的干擾以及其他系統(tǒng)的干擾。然而，在室內(nèi)情況下，覆蓋的范圍是 由建筑物的幾何形狀明確地限定的，而且建筑物本身的各邊界將對傳播有影響。除了一建筑 物的同一層上的頻率要重復使用外，經(jīng)常還希望在同一建筑物的各層之間要頻率共用。這樣 就增添了三維干擾問題。最

4、后，距離很短，特別是使用毫米波頻率的場合，意味著無線電路 徑附近環(huán)境的微小變化可能會對傳播特性有重大的影響。由于這些因素的復雜性，若要著手室內(nèi)無線電系統(tǒng)的具體規(guī)劃，就需要知道特定位置的 詳細情況，如幾何形狀、材料、家具、預期的使用模型等。但是，為了進行系統(tǒng)初步規(guī)劃， 必須估計出覆蓋該區(qū)域內(nèi)所分布的移動站所需要的基站數(shù)目以及要估計與其他業(yè)務(wù)的可能干 擾或系統(tǒng)之間的潛在干擾。對這些系統(tǒng)規(guī)劃的情況而言，通常必須要有代表該環(huán)境中的傳播 特性的模型。同時，為了完成計算，該模型不應(yīng)該要求使用者提供許多輸入信息。本附件主要說明了在室內(nèi)無線電環(huán)境中遇到的傳輸損傷的通用的、與位置無關(guān)的模型和 定性的建議。如有可

5、能，也給出與位置有關(guān)的專用模型。在許多情況下，基本模型可用的數(shù) 據(jù)受限于頻率或試驗環(huán)境。當可以取得更多的數(shù)據(jù)時，希望將附件中的建議加以擴充。同 樣，要根據(jù)使用這些模型過程中取得的經(jīng)驗來改善這些模型的精度。但是，本附件代表了目 前可以使用的最佳建議。2 室內(nèi)無線電系統(tǒng)中的傳播損傷和質(zhì)量的度量標準室內(nèi)無線電信道的傳播損傷主要由下列因素所造成： 來自房間內(nèi)的物體（包括墻和地板）的反射和物體附近的衍射； 穿過墻、地板和其他障礙物的傳輸損耗； 高頻情況下能量的通道效應(yīng)，特別時走廊中這個效應(yīng)更明顯； 房間中人和物體的運動，包括在無線電鏈路的一端或兩端可能的運動，而引起的傳播損傷如下： 路徑損耗不僅有自由空

6、間損耗，還有由于障礙物以及穿過建筑物材料傳輸引起的附加損耗，并且由于通道效應(yīng)，自由空間損耗可能會減??；路徑損耗隨時間和空間的變化；從波的反射分量和衍射分量而引起的多徑效應(yīng)；由于移動終端的隨機位置變化而引起的極化失配室內(nèi)無線通信業(yè)務(wù)可以由如下特性來表征：高/ 中/低數(shù)據(jù)速率；每個基站的覆蓋區(qū)（如房間、樓層、建筑物）； 移動式/便攜式/固定式;實時/非實時/準實時;網(wǎng)絡(luò)拓撲（如點對點、點對多點、每一點對每一點）對于每一種應(yīng)用場合，如語音通信、不同速率的數(shù)據(jù)傳輸、圖像傳送和視頻業(yè)務(wù)等，確1列出了典型業(yè)務(wù)最重定一個信道的哪一種傳播特性最適合于描述它的質(zhì)量是很有用的。表 要的特性。典型業(yè)務(wù)和傳播損傷業(yè)務(wù)

7、特性有關(guān)的傳播損傷無線局域網(wǎng)高數(shù)據(jù)速率、單個或多個房間、便攜式、非實時、點對 多點或每一點對每一點路徑損耗一時間和空間分布多徑時延有用模和無用模的強度之比無線專用交換機中等數(shù)據(jù)速率、多個房間，單層或多層，實時、移動， 點對多點路徑損耗一時間和空間分布室內(nèi)傳呼低數(shù)據(jù)速率、多層、非實時、移動、點對多點路徑損耗一時間和空間分布室內(nèi)無線電視高數(shù)據(jù)速率、多個房間，實時、移動式或便攜式、點對占八、路徑損耗一時間和空間分布多徑時延3 路徑損耗模型使用這一傳輸損耗模型時假設(shè)基站和便攜終端位于同一建筑物內(nèi)?？梢杂梦恢猛ㄓ玫哪Ｐ突蛭恢脤Ｓ玫哪Ｐ蛠砉浪闶覂?nèi)基站到移動站 /便攜無線電終端的路徑損耗。3.1 位置通用模

8、型本節(jié)所描述的模型可視為位置通用的模型，因為這些模型幾乎不需要有關(guān)路徑或位置的 信息。室內(nèi)無線電路徑損耗可以用平均路徑損耗和它的相關(guān)的陰影衰落統(tǒng)計兩者來表征。幾 種室內(nèi)路徑損耗模型計及了信號穿過多堵墻和 / 或多層樓板的衰減。本節(jié)中所描述的模型計及 了穿過多層樓板的損耗，以便考慮樓層之間諸如頻率重復使用這樣一些特性。下面給出的距 離功率損耗系數(shù)包含隱含的穿過墻以及越過和穿過障礙物傳輸?shù)姆蓊~，還包括建筑物單一層 內(nèi)可能遇到的其他損耗機理的份額。位置專用模型將會有選項，明確地計及由于每堵墻引入 的損耗，而不是在距離模型中包含的損耗?；灸Ｐ陀腥缦鹿剑篖totai = 20 log iof + N

9、 log 10 d + Lf (n) 28 dB(1)其中:N :距離功率損耗系數(shù)f:頻率（MHZ）d :基站和便攜終端之間的距離（其中d> 1 m ）Lf:樓層穿透損耗因子（dB）n :（n1）基站和便攜終端之間的樓板數(shù)。表2和3給出了一些典型參數(shù)。它們是基于各種各樣的測量結(jié)果得到的。在本節(jié)末尾給出 了附加的通用指導原則。用于室內(nèi)傳輸損耗計算的功率損耗系數(shù) N頻率居民樓辦公室商業(yè)樓900 MHz33201.2-1.3 GHz32221.8-2 GHz2830224 GHz28225.2 GHz3160 GHz (1)221770 GHz (1)2260 GHz和70 GHz的數(shù)值是假設(shè)

10、在單一房間或空間內(nèi)的傳輸，不包括任何穿過墻傳輸?shù)膿p耗。距離大于100 m時，60 GHz附近的氣體吸收已很重要，它可能影響頻率重復使用的距離(見 ITU-R P.676 建議書)。用于室內(nèi)傳輸損耗計算的穿透n層樓板時的樓板穿透損耗因子Lf (dB )(n > 1)頻率居民樓辦公室商業(yè)樓900 MHz9 （1 層）19 （2 層）24 （3 層）1.8-2 GHz4n15+4（n - 1）6+3 （n - 1）5.2 GHz16 （1 層）對居民樓沒有列出不同頻帶上的功率損耗系數(shù)，可以使用辦公室樓情況下給出的數(shù)值。應(yīng)該指出，穿過多層樓板時所預期的隔離可能有一個極限值。信號可能會找到其他的外

11、 部傳輸路徑來連接鏈路，該外部傳輸路徑的總傳輸損耗小于有穿過多層樓板的穿透損耗引入 的總損耗。當不存在外部路徑時，在5.2 GHz頻率上的測試結(jié)果表明，在正常入射角下，典型的鋼筋混凝土樓板和吊頂?shù)膫翁旎ò逡黄鹨氲钠骄郊訐p耗為20 dB，其標準差為1.5 dB。燈具使平均損耗增加到30 dB，其標準差為3 dB ;樓板下的通風管道使平均損耗增加到 36 dB， 其標準差為5 dB。在如射線跟蹤那樣的位置專用的模型中，應(yīng)該使用這些值，而不用Lf。室內(nèi)陰影衰落統(tǒng)計呈正態(tài)分布。表4給出了標準差值(dB )。表4用于室內(nèi)傳輸損耗計算的陰影衰落統(tǒng)計的標準差（dB ）頻率（GHz）居民樓辦公室商業(yè)樓1.

12、8-2810105.212雖然已經(jīng)在各種各樣的條件下做了許多有用的測試，但將它們做直接比較是困難的，而且僅報告了一些經(jīng)過選擇的頻帶的結(jié)果，可以得到幾個一般性的結(jié)論，特別是有關(guān)900-2000MHz頻帶的結(jié)論。 具有視距（LoS）分量的路徑是以自由空間損耗為主的，而且距離功率損耗系數(shù)約為20。 大型開放式房間的距離功率損耗系數(shù)約為 20。這可能是由于在房間的大部分區(qū)域內(nèi)都有強的視距傳輸分量。實例包括位于大型零售商場、運動場、開放式安排的工廠和 辦公樓中的那些房間。 走廊的路徑損耗比自由空間損耗小，典型的距離功率系數(shù)約為18。具有長的直線形過道的雜貨鋪的路徑損耗也呈現(xiàn)走廊路徑損耗特征。 在障礙物周

13、圍和穿過墻的傳播將要引入相當大的損耗。在典型的環(huán)境下，可能會使功率距離系數(shù)增加到40左右。實例包括封閉式安排的辦公樓的各個房間之間的傳輸路 徑。 對于長的無阻擋路徑，可能出現(xiàn)第一菲涅耳區(qū)的轉(zhuǎn)折點。在這轉(zhuǎn)折點的距離上，距離功率損耗系數(shù)可能會從20左右變化到40左右。 辦公室環(huán)境中，路徑損耗系數(shù)隨頻率增加而降低并不總能觀察到，或并不容易解釋清 楚（表 2 ）。一方面，隨著頻率的增加，通過障礙物（例如墻、家具）的損耗增加 了，而繞射信號對接收功率的影響比較?。涣硪环矫?，在更高的頻率處，第一菲涅 耳區(qū)被阻擋得比較少，因而損耗比較低。實際的路徑損耗與這些相反的機理有關(guān)。3.2 位置專用的模型為了估計路徑

14、損耗或場強，位置專用的模型也是有用的。已經(jīng)可以啟用基于統(tǒng)一繞射理 論（ UTD ）和射線跟蹤技術(shù)的用于室內(nèi)場強預測的多個模型。要計算室內(nèi)場強，必須要有建 筑物結(jié)構(gòu)的詳盡資料。這些模型把經(jīng)驗元素與 UTD 的電磁理論求解方法結(jié)合起來。該方法考 慮到了單個繞射射線和單個反射射線，并且可以推廣到多次反射或繞射以及繞射射線和反射 射線的組合。反射射線和繞射射線都考慮進去以后，路徑損耗的預測精度得到很大改善。4 時延擴散模型4.1 多徑移動/ 便攜式無線電傳播信道隨時間、頻率和空間位移而變化。即使在靜態(tài)的情況下，即 發(fā)射機和接收機的位置固定不變的情況下，該信道也可能是動態(tài)變化的，因為散射體和反射 體都很

15、可能在運動之中。術(shù)語“多徑”是根據(jù)如下事實引入的，即無線電波通過反射、繞射 和散射等多種路徑從發(fā)射機傳送到接收機。每一傳播路徑都有相應(yīng)的時延，時延的長短與路 徑長度成正比。（在一給定環(huán)境中預期的最大時延時間的很粗略的估計，可以完全從房間的 大小和無線電脈沖傳播距離 d （ m ）所用的時間（ ns ）接近于 3.3d 這一事實來得到。這些有 時延的信號中的每一個都有相應(yīng)的幅度，它們形成了具有時變特性的線性濾波器。4.2 脈沖響應(yīng)信道建模的目標，是提供在無線電鏈路和系統(tǒng)仿真中要使用的無線電傳播的精確數(shù)學表 達式，用于系統(tǒng)應(yīng)用的建模。因為無線電信道是線性信道，它完全可以由它的脈沖響應(yīng)來描 述。只要

16、知道了脈沖響應(yīng)，就可以確定無線電信道對任何輸入的響應(yīng)。這是鏈路性能仿真的 基礎(chǔ)。脈沖響應(yīng)一般表示為功率密度，它表示為相對于第 1 個可檢測的信號的額外時延的函數(shù)。 這一函數(shù)常常稱為功率時延曲線。它的一個例子如 ITU-R P.1407 建議書中圖（ 1）所示，但 是室內(nèi)信道的時延標度要用納秒而不是毫秒來表示。本建議還包含表征脈沖響應(yīng)曲線的幾個 參數(shù)的定義。信道脈沖響應(yīng)隨接收機的位置變化而變化，它也可能隨時間變化。所以，它通常按一個波 長范圍的脈沖響應(yīng)曲線的平均值來度量和報道，以減少噪音的效應(yīng)，或者在幾個波長范圍內(nèi) 求平均確定空間平均值。重要的是要明確地確定指的是那一種平均和怎么進行平均。所建議

17、 的平均程序是按以下方式形成一個統(tǒng)計模型：為每一脈沖響應(yīng)估計（功率時延曲線）確定在 平均時延Td前和后的時間（見ITU-R P.1407建議書），在這些時間以外，功率密度相對于峰 值功率密度不超過規(guī)定值（-10、- 15、- 20、- 25、- 30 dB ）。這些時間的分布的中值 和如需要 90% 的點就形成了模型。4.3 均方根時延擴展功率時延曲線常常用上面提到的一個或多個參數(shù)來表征。這些參數(shù)應(yīng)該根據(jù)在尺寸達幾 個波長的區(qū)域內(nèi)取平均的曲線圖計算。（參數(shù)均方根時延擴展有時是根據(jù)各個單個曲線求 出，并將得到的結(jié)果取平均值，但是一般其結(jié)果與從平均后的曲線計算出的結(jié)果不相同。） 噪聲排除門限或接受

18、標準，如低于曲線峰值 30 dB ，應(yīng)該與得到的時延擴展一起發(fā)表出來。時延擴展隨這一門限而定雖然廣泛應(yīng)用均方根時延擴展，但它并不總是時延曲線圖的充分表征。在時延擴展超過 了符號持續(xù)期的多徑環(huán)境下，相移鍵控調(diào)制的比特差錯率不是取決于均方根時延擴展，而是 取決于接收到的有用波與無用波的功率比。對高符號率系統(tǒng)這是特別明確的；當多徑分量中 有一強的主導信號時（Rician衰落），即使對低符號率系統(tǒng)，這一點也是正確的。然而，若可以假設(shè)一指數(shù)衰變特性的曲線，它足以表示均方根時延擴展，而不是功率時 延曲線。在這種情況下，可以將脈沖響應(yīng)重新近似表示為如下形式:-/Sh（t）e對于0 t t其他其中：S:均方根

19、時延擴散t max :最大時延tmax S.用均方根時延擴散作為該模型的輸出參數(shù)的主要優(yōu)點，是可以用列表方式簡單地表示這一模型。在三個室內(nèi)環(huán)境條件下，根據(jù)平均時延分布曲線估算出的典型時延擴散參數(shù)如表5所示。這些數(shù)值是根據(jù)用全向天線在 1900 MHZ和5.2 GHz頻率上的測量結(jié)果求得的。（在 使用全向天線時，幾乎沒有這些參數(shù)與頻率有較強依從關(guān)系的證據(jù)。對于其他天線方向圖，請參閱§ 5中的討論。）表5中，B列代表經(jīng)常出現(xiàn)的中值；A列代表也是經(jīng)常出現(xiàn)的較低的數(shù)值，但不是最低值；而C列僅代表偶爾出現(xiàn)的極高的時延值。表中給出的值代表在每一環(huán)境 下可能會遇到的最大房間尺寸的情況。均方根時延擴

20、散參數(shù)頻率環(huán)境A(ns)B(ns)C(ns)1900 MHz室內(nèi)居民樓20701501900 MHz室內(nèi)辦公樓351004601900 MHz室內(nèi)商用樓551505005.2 GHz室內(nèi)辦公樓4575150在給定的建筑物內(nèi)，時延擴展趨向于隨天線之間距離的增加而增加，因而它隨路徑損耗 的增加而增加。天線之間距離越遠，路徑被阻擋的可能性更大，并且所接收的信號將完全由 許多散射路徑組成。均方根時延擴展S大致上與樓層空間的面積Fs成正比，它可由公式(3)來表示。10 log S = 2.3 log (Fs) +11.0(3)式中Fs和S的單位分別為m2和ns，這一公式是根據(jù)幾種建筑物類型如辦公室、大廳

21、、走廊和體育館等在2 GHz頻帶上的測量結(jié)果得出的。用于測量的最大樓層空間為1000 m2。估值誤差的中值為1.6 ns，標準差24.3 ns。當時延擴散S用dB來表示時，S的標準差約在0.7到1.2 dB范圍以內(nèi)4.4 統(tǒng)計模型統(tǒng)計模型用傳輸仿真中所用的方法綜合了大量測試的結(jié)果。例如，可以用離散廣義穩(wěn)態(tài)非相關(guān)散射（WSSUS）信道模型來進行仿真。完成仿真的一個方法是在模型中只用一些 N多 徑分量來替代實際信道中可能存在的許多散射路徑。然后，復高斯時間變量處理各gn（t）的樣本，把從不同角度到達的未分解的多徑分量迭加起來，這些多徑分量的時延近似于第n個模多徑分量的時延n。再由下式求出脈沖響應(yīng)h

22、 （ t）:Nh（t）、. Pn9n（t） （t - n）n 1式中Pn是接收到的第n個樣本的多徑分量的功率。像這樣的統(tǒng)計模型對每一個分量需要適當 的參數(shù)。4.5 位置專用模型盡管在導出規(guī)劃的指導原則時統(tǒng)計模型是有用的，但確定性（或位置專用的）模型對設(shè)計該系統(tǒng)的設(shè)計師有相當大的價值。有好幾種用于傳播建模的確定性技術(shù)可以使用。特別是對室內(nèi)應(yīng)用場合，已經(jīng)研究了有限差分時域（FDTD ）技術(shù)和幾何光學技術(shù)。幾何光學技術(shù)比FDTD計算效率更高。在幾何光學技術(shù)中有兩種基本的方法，即映射法和射線投射法。映射法使用接收機相對于環(huán)境的所有反射面的映像。計算所有映像的對應(yīng)物，然后從這些映像畫射線。射線投射法涉及

23、在發(fā)射天線周圍的空間中均勻發(fā)射的許多射線。跟蹤每一射線，直到它到達接收機為止或它的幅度下降到所有規(guī)定的極限以下為止。與映射法相比較，射線投射法 的靈活性更好一些，因為衍射線和散射線可以與鏡面反射一起處理。而且，用射線分裂技術(shù)或變分法可以節(jié)省計算時間，同時保持滿意的分辨率。射線投射法是可適用于大面積預測信 道脈沖響應(yīng)的技術(shù)，而映射法適用于點對點的預測。確定性模型一般對所研究的頻率上建筑材料的效應(yīng)作了假設(shè)。（見§7有關(guān)建筑材料的性能的資料）。位置專用模型應(yīng)該考慮環(huán)境的幾何特性、反射、繞射和通過墻壁的傳輸。在給定的點上的脈沖響應(yīng)可以用下式表示：Nh(t)n 1MrnMpnnunveru 1

24、v 15(tn)其中：h（t）：脈沖響應(yīng)N：入射射線的序號M rn ：第n射線反射的次數(shù)號M pn ：第n射線穿透的次數(shù)號r nu :第n射線第u次墻壁反射的系數(shù)Pnv：第n射線第v次墻壁穿透的系數(shù)rn :第 n 射線路徑長度T n :第 n 射線的時延用菲涅耳公式計算從墻和其他表面反射以及穿透墻和其他表面的射線。所以，要求將建 筑材料的復介電常數(shù)作為輸入數(shù)據(jù)。§ 7 中給出了測得的一些建筑材料的介電常數(shù)值。正如公式（ 5 ）中所描述的那樣，除了反射射線和穿透射線外，還應(yīng)該考慮衍射射線和散 射射線，以便足夠準確地建立接收信號模型。特別是在有拐角的走廊內(nèi)和有其他類似傳播狀 態(tài)的情況下。

25、可以使用均勻衍射理論（ UTD ）來計算繞射射線。5 極化和天線輻射圖的效應(yīng)在室內(nèi)環(huán)境中，發(fā)射機和接收機之間不僅存在直接路徑，而且也存在反射和衍射路徑。 正如菲涅耳反射公式所表示的那樣，建筑材料的反射特性取決于極化、入射角和材料的復介 電常數(shù)。多徑分量的到達角是分布式的，取決于天線的射束寬度、建筑物的結(jié)構(gòu)以及發(fā)射機 和接收機的位置。所以，極化和天線有效輻射圖可能會嚴重影響室內(nèi)傳播特性。5.1 視距情況普遍認為在視距（LoS）信道中，與全向天線相比，定向天線減小了均方根時延擴展，而 且圓極化（CD）的均方根時延擴展比線極化（LP）小。因此，在這種情況下，定向圓極化 天線是減小時延擴展的有效手段。

26、與極化有關(guān)的主要機理可能是由于如下事實，即當圓極化信號以小于布魯斯特角的入射 角入射到反射表面時，被反射的圓極化信號的左右旋方向會發(fā)生反轉(zhuǎn)。每次反射時圓極化信 號的極化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)，意味著經(jīng)過一次反射以后到達的多徑分量與視距分量的極化正交。 這樣，它抵消了大部分的多徑干擾。這一效應(yīng)與頻率無關(guān)，這一點理論上已預計到，并且已 由頻率1.3到60 GHz范圍內(nèi)的室內(nèi)傳播實驗所證實。它同樣用于室內(nèi)和室外環(huán)境下。因為現(xiàn) 在使用的所有建筑材料的布魯斯特角都大于45。，在大多數(shù)室內(nèi)環(huán)境下，不管房間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用的材料如何，由單次反射引起的多徑干擾（即多徑分量的主要來源）被有效地抑 制。但是，可能有例外的環(huán)

27、境條件，如長走廊那樣的環(huán)境，此時很大的入射角占多徑的主流 地位。在移動鏈路上使用圓極化天線也減少了均方根時延擴展的變化。由于多徑傳播分量的到達角呈分布式，所以，使用定向天線后，空間上過濾掉了天線射 束寬度以外的那些分量，從而可以減小時延擴展。用一個全向發(fā)射天線和四個不同類型的接 收天線（全向、寬射束、標準喇叭和窄射束天線）正對著發(fā)射天線，在60 GHz完成的室內(nèi)傳播測量和射束跟蹤仿真結(jié)果表明，用窄射束天線時對時延分量的抑制更有效。表6給出了一個天線方向性與靜態(tài)的均方根時延擴展之間的依從關(guān)系的實例。表中列出的數(shù)據(jù)是在一個空 的辦公室內(nèi)在60 GHz時由射線跟蹤仿真得到的90%不被超過的均方根時延

28、擴展值。可能要 指出的是均方根時延擴展的減少可能不一定總是所希望的結(jié)果，因為它可能意味著寬帶信號 的衰落動態(tài)范圍增加，這是失去了固有的頻率分集的結(jié)果。此外，可能還要指出，有些傳輸 方案利用了多徑效應(yīng)。天線方向性與靜態(tài)均方根時延擴展依次關(guān)系的實例頻率（GHz）發(fā)射天線發(fā)射天線射束帶寬（度）靜態(tài)均方根時延擴展（90%）（ ns）房間尺寸（m）備注60全向全向1713.5 X7.8空辦公室射線跟蹤6016105515.2 有遮擋的路徑情況當直接路徑受遮擋時，極化和天線方向性與時延擴展的關(guān)系可能比視距路徑情況下要復雜得多。有關(guān)遮擋情況下的試驗結(jié)果很少見。然而，在2.4 GHz得到的試驗結(jié)果給我們的啟示

29、是在遮擋路徑中極化和天線方向性與時延擴展的關(guān)系與視距路徑情況下有很大差別。例 如，在障礙路徑情況下，發(fā)射用全向水平極化天線而接收用定向圓極化天線時，均方根時延擴展最小，并且最大額外時延也最少。5.3 移動終端的指向在便攜無線電環(huán)境下，傳播通常是以信號的反射和散射占主導地位的。通常能量由被發(fā) 射的極化散射到正交的極化中去。在這些條件下，交叉極化耦合增加了隨機指向便攜式無線 設(shè)備接收到足夠電平的概率。在 816 MHz 上進行的交叉極化耦合測量結(jié)果表明耦合度相當 高。6 發(fā)射機和接收機安放位置的影響關(guān)于發(fā)射機和接收機安放位置對室內(nèi)傳播特性的影響幾乎沒有進行過試驗和理論研究。 但是，通?？赡芙ㄗh基站

30、應(yīng)盡可能放得高，靠近房間的天花板，以盡可能達到視距路徑的要 求。在手持終端情況下，用戶終端的位置自然將與使用者的運動有關(guān)，而不取決于系統(tǒng)設(shè)計 的限制。但是，對非手持式終端而言，建議天線要足夠高，以盡可能保證與基站處于視距路 徑條件下?；疚恢玫倪x擇也與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的各個方面（如空間分集、分區(qū)結(jié)構(gòu)等）有很大關(guān) 系。7 建筑材料、陳設(shè)和家具的影響室內(nèi)傳播特性受從建筑材料來的反射和通過建筑材料的傳播的影響。這些材料的反射特 性和傳輸特性取決于材料的復介電常數(shù)。位置專用傳播預測模型可能需要有關(guān)建筑材料的復 介電常數(shù)和建筑結(jié)構(gòu)的資料作為基本輸入數(shù)據(jù)。表7中列出了典型的建筑材料的復介電常數(shù)的數(shù)據(jù)，它們是在1、

31、57.5、70、78.5和95.9GHz頻率上實驗測得的。這些介電常數(shù)的數(shù)值表明各種材料的介電常數(shù)相互之間的差別相當 大。在60-100 GHz頻率范圍內(nèi)，除了地板變化了 10%以外，其他材料的介電常數(shù)與頻率幾 乎沒有關(guān)系。內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料的復介電常數(shù)1 GHz57.5 GHz70 GHz78.5 GHz95.9 GHz混凝土7-j0.856.5-j0.436.2-j0.34輕混凝土2-j0.5地板（合成樹脂）3.91-j0.333.64-j0.373.16-j0.39糊墻紙板2.25-j0.032.43-j0.042.37-j0.12.25-j0.06天花板（礦物絕緣纖維）1.2-j0.011.

32、59-j0.011.56-j0.021.56-j0.04玻璃6.76-j0.096.76-j0.166.76-j0.176.76-j0.186.76-j0.19玻璃纖維1.2-j0.1玻璃的復介電常數(shù)由公式（6a） - （6d）導出。其他值由測量得出計算頻率范圍為0.9 GHz到100 GHz的玻璃的復介電常數(shù)n的實驗公式如下:其中(ncrjnci )(6a)(6b)(6c)ncr 2.601.773 0.153x 0.027 x2 0.011x3 0.014 x4 nci 10用反射系數(shù)和傳輸系數(shù)可以對反射特性和傳輸特性進行評估。反射系數(shù)和傳輸系數(shù)的定義如下:cENcePteN丁Erni ，

33、中i ， tn畔，TpeNePENE(6e)這里E代表電場的復振幅，而上標i、r和t分別表示入射的、反射的和傳輸?shù)碾妶?。下標和P表示垂直于或平行于反射平面的電場分量。而反射平面是入射射線和反射射線都在內(nèi)的 那個平面。（見圖1中表示的幾何關(guān)系。）入射電場和反射電場是在反射表面上定義的，而傳輸?shù)碾妶鍪窃诜瓷浔砻鎸γ娴哪莻€表面上定義的。Ep、En的參考方向和傳播方向總是按這一次序形成本地右手正交坐標系。規(guī)定對入射電場、反射電場和傳輸電場的En的參考方向是相同的。反射系數(shù)可以根據(jù)復介電常數(shù)n 按下式求出:/ 2 cos*sinrncos.sinRpcossin2/ 2（電場分量垂直于反射平面）（7a）

34、（電場分量平行于反射平面）cossin2/ 2其中是入射射線和反射射線的法線之間的夾角，如圖1所示特殊情況下，即當入射電場為圓極化時，則從反射電場來的接收信號的振幅和相位的變化可以用圓極化的反射系數(shù)Rc來表示，由下式給出：Rc電理（圓極化）（7c）2圖1計算反射特性的幾何關(guān)系A(chǔ)l2?!k01當建筑材料的穿透損耗比較大，以至于沒有大的反射被反射回反射表面時，就可以用上列公式。若不是這種情況，必須要考慮在建筑材料內(nèi)部反射的效應(yīng)。N）的厚度和復介電常數(shù)分別用當建筑材料用N層介質(zhì)板來代表，第m層（m二1，2，dm和m表示時，則可由下式求出反射系數(shù)和傳播系數(shù):Rn b0, Rp G0F oA0TnTp1

35、Fo(8a)-(8d)式中Ao、Bo、Fo和Go由下列遞推公式計算:FmGmexp m2Am 1 1exp m-Am 112exp m2Fm 1 1Ym 1Ym 1Wm 1Bm 1 1Bm 1 1Gm 1 1YmYm 1Wm 1(9a)(9b)(9c)exp m2Fm 1 1Wm 1Gm 1 1Wm 1(9d)1 0,FN 1(10a)-(10d)Ym 111,BNWm1COcos mmm 1COS m 1cos m r m(11a)-(11c)mjk md m cos m ,乙/J m ， k0kN 1其中:入：自由空間中的波長m :在第m層中的折射角N+1 :在空氣中到最后的平面邊界的右邊

36、的折射角對于只有單層的特殊情況下，公式（8 ）可以簡化為如下形式:啟j）R （反射系數(shù)）(13a)2t（1二ej （傳輸系數(shù)）(13b)sin2其中:(14)且d為建筑材料的厚度。在公式（13a）和（13b ）中，R以Rn或Rp代入，取決于入射電場 的極化。若沿一射線路徑的所有反射平面都是相同的，如在二維確定模型情況中那樣，按§4.5中的定義，Rn和Rp可以用作反射系數(shù)nu，而Rn和Tp可以用作穿透系數(shù)nu。只有沿路徑的第一 次反射，才可以將Rc用作nu，因為通常圓極化波經(jīng)反射以后就變換為橢圓極化波。入射電場一般被分 解為垂直于或平行于反射面的分量，而Rn和Tn或Rp和Tp分別應(yīng)用于

37、每一分量來確定反射電場和傳輸電場。在毫米波頻帶，必須把油漆那樣的表面涂層看作一層介質(zhì)層。在毫米波頻帶，當?shù)匕宀牧细采w了表面粗糙的地毯時，來自地板和混凝土板那類樓板材料的鏡面反射就大大降低了。窗戶覆蓋了窗簾那類物品后，也可能造成類似的反射降低現(xiàn) 象。所以可以預料，隨著頻率提高，材料的特性效應(yīng)將更加重要。除了基本建筑結(jié)構(gòu)外，家具和其他設(shè)施也會顯著影響室內(nèi)的傳播特性。可以將這些物品作為阻擋物來處理，適用§ 3 中的路徑損耗模型。附錄1提供了一個計算多層材料的反射特性和傳輸特性的方法，它用ABCD 矩陣公式作為一個替代的計算方法。8 物體在房間中移動的影響人和物體在房間內(nèi)移動引起室內(nèi)傳播特性

38、隨時間變化。但是，與可能要使用的數(shù)據(jù)速率 相比，這一變化速度是很慢的，所以可以把它按實際上非時變的隨機變量來處理。除了天線 附近或直接路徑上有許多人的情況以外，在辦公室和其他地點以及建筑物周圍的人的移動對 傳播特性的影響可以忽略不計。在鏈路的終端都固定不動的情況下得到的測試結(jié)果表明衰落很頻繁（統(tǒng)計結(jié)果是非常不 穩(wěn)定的），它或者是由于在給定的鏈路周圍的區(qū)域內(nèi)多徑信號的擾動所造成的，或者是由于 人們通過該鏈路而出現(xiàn)的陰影效應(yīng)所造成的。在1.7 GHz 上進行的測量結(jié)果表明，一個人移動進入視距信號的路徑中時，接收到的功率 電平會下降6到8 dB，并且Nakagami-Rice分布的K值大大減小。非視

39、距鏈路情況下，人們 在天線附近移動對信道沒有任何顯著的影響。在手持終端的情況下，使用者的頭部和身體附近對接收信號電平有影響。在 900 MHz 頻 率上，用偶極子天線進行的測量結(jié)果表明，與天線離開身體幾個波長時的接收信號場強相比 較，當握在終端的機身上時，接收信號強度減小 4到7 dB ，當對著使用者的頭部握住終端當天線高度低于 1 m 左右時，例如在典型的桌上型計算機和便攜式計算機應(yīng)用場合下， 人們移動到用戶終端附近可能會阻擋視距路徑。對這樣的數(shù)據(jù)應(yīng)用場合，衰落的深度和持續(xù) 時間都是很重要的。在室內(nèi)辦公室大廳環(huán)境中在 37 GHz 上的測量結(jié)果表明，經(jīng)常能觀測到 10 到15 dB 的衰落。

40、在人們以隨機的方式連續(xù)穿過視距路徑時，由于身體遮擋引起的這些衰 落的持續(xù)時間符合對數(shù)正態(tài)分布，平均值和標準差與衰落深度有關(guān)。在上述測量期間，當衰 落深度為 10 dB 時，平均持續(xù)時間為 0.11秒，其標準差為 0.47秒；當衰落深度為 15 dB 時，平 均持續(xù)時間為 0.05 秒，其標準差為 0.15 秒。在70 Hz頻率上的測量結(jié)果已經(jīng)表明，對應(yīng)于衰落深度為10 dB、20 dB和30 dB時，由人體遮擋引起的平均衰落持續(xù)時間分別為 0.52秒、 0.25秒和0.09秒。在測試過程中，估計人 的平均步行速度為 0.74 m/s ，方向是隨機的，假設(shè)人類身體的厚度為 0.3 m 。測試結(jié)果

41、表明，在辦公室環(huán)境中由人類移動在1小時內(nèi)引起的身體遮擋的平均出現(xiàn)次數(shù)由下式得出：N = 260 XDr(15)其中Dr (0.05 < DpW 0.08 )是房間中每平方米的人數(shù)。所以，每小時總的衰落持續(xù)時間由下 式給出：T= Ts xN(16)其中TS是衰落的平均持續(xù)時間。在展覽大廳中的通道上每小時身體遮擋的出現(xiàn)次數(shù)為180到280，而Dp是0.09到0.13。在地下商業(yè)街中路徑損耗與距離的關(guān)系受人類身體遮擋所影響。地下商業(yè)街中的路徑損 耗由下式給出，公式中的參數(shù)在表8中給出。L(x) 1014 logw(f) Iog10(x) x C dB(17)其中：f :頻率(MHz )x :距離(m)。非視距情況下的參數(shù)在 5 GHz頻帶上得到