第2章電波傳播與傳播預(yù)測模型

電波傳播的基本特性電波傳播的基本特性即移動信道的基本特性——衰落特性移動通信信道基站天線、移動用戶天線和兩付天線之間的傳播路徑

衰落的原因復(fù)雜的無線電波傳播環(huán)境無線電波傳播方式直射、反射、繞射和散射以及它們的合成衰落的表現(xiàn)傳播損耗和彌散陰影衰落多徑衰落多普勒頻移現(xiàn)在是1頁\一共有84頁\編輯于星期四

信道的分類信道的分類根據(jù)不同距離內(nèi)信號強度變化的快慢分為{根據(jù)信號與信道變化快慢程度的比較分為{大尺度衰落小尺度衰落（主要特征是多徑）描述長距離上信號強度的緩慢變化短距離上信號強度的快速波動原因信道路徑上固定障礙物的陰影移動臺運動和地點的變化影響業(yè)務(wù)覆蓋區(qū)域信號傳輸質(zhì)量大尺度衰落與小尺度衰落現(xiàn)在是2頁\一共有84頁\編輯于星期四

衰落特性的算式描述衰落特性的算式描述

式中，r(t)表示信道的衰落因子；m(t)表示尺度衰落；r0(t)表示小尺度衰落。大尺度衰落小尺度衰落接收功率圖2－1無線信道中的大尺度和小尺度衰落t現(xiàn)在是3頁\一共有84頁\編輯于星期四考慮問題衰落的物理機制功率的路徑損耗接收信號的變化和分布特性應(yīng)用成果傳播預(yù)測模型的建立為實現(xiàn)信道仿真提供基礎(chǔ)基本方法

理論分析方法（如射線跟蹤法）應(yīng)用電磁傳播理論分析電波在移動環(huán)境中的傳播特性來建立預(yù)測模型現(xiàn)場測試方法（如沖激響應(yīng)法）在不同的傳播環(huán)境中做電波實測實驗，通過對測試數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，來建立預(yù)測模型

電波傳播特性的研究現(xiàn)在是4頁\一共有84頁\編輯于星期四

自由空間的電波傳播自由空間的傳播損耗

在理想的、均勻的、各向同性的介質(zhì)中傳播，只存在電磁波能量擴散而引起的傳播損耗接收功率

式中，Pt為發(fā)射功率，以球面波輻射,,λ為工作波長，Gt，Gr分別表示發(fā)射天線和接收天線增益，d為發(fā)射天線和接收天線間的距離。自由空間的傳播損耗

當(dāng)Gt=Gr=1時，分貝式接收換算現(xiàn)在是5頁\一共有84頁\編輯于星期四

基本電波的傳播機制阻擋體反射（引起多徑衰落）比傳輸波長大的多的物體繞射尖利邊緣散射粗糙表面現(xiàn)在是6頁\一共有84頁\編輯于星期四

反射理想介質(zhì)表面的反射極化特性多徑信號兩徑傳播模型多徑傳播模型現(xiàn)在是7頁\一共有84頁\編輯于星期四

理想介質(zhì)表面的反射如果電磁波傳輸?shù)嚼硐虢橘|(zhì)表面，則能量都將反射回來反射系數(shù)（R）入射波與反射波的比值入射角θ

式中 (垂直極化） （水平極化）而 其中，ε為介電常數(shù)，σ為電導(dǎo)率，λ為波長?，F(xiàn)在是8頁\一共有84頁\編輯于星期四

極化特性極化

電磁波在傳播過程中，其電場矢量的方向和幅度隨時間變化的狀態(tài)電磁波的極化形式線極化、圓極化和橢圓極化線極化的兩種特殊情況水平極化（電場方向平行于地面）垂直極化（電場方向垂直于地面）極化反射系數(shù)對于地面反射，當(dāng)工作頻率高于150MHz（）時，，算得應(yīng)用接收天線的極化方式同被接收的電磁波的極化形式一致時，才能有效地接收到信號，否則將產(chǎn)生極化失配不同極化形式的天線也可以互相配合使用現(xiàn)在是9頁\一共有84頁\編輯于星期四兩徑傳播模型接收信號功率簡化后其中，相位差，多徑傳播模型

其中，N為路徑數(shù)。當(dāng)N很大時，無法用公式準(zhǔn)確計算出接收信號的功率，必須用統(tǒng)計的方法計算接收信號的功率

地面二次效應(yīng)可忽略直射波反射波地表面波可忽略直射波反射波圖2-2兩徑傳播模型發(fā)射天線接收天線

多徑信號現(xiàn)在是10頁\一共有84頁\編輯于星期四繞射惠更斯－菲涅爾原理菲涅爾區(qū)基爾霍夫公式

現(xiàn)在是11頁\一共有84頁\編輯于星期四

惠更斯－菲涅爾原理原理波在傳播過程中，行進中的波前（面）上的每一點，都可作為產(chǎn)生次級波的點源，這些次級波組合起來形成傳播方向上新的波前（面）。繞射由次級波的傳播進入陰影區(qū)而形成。陰影區(qū)繞射波場強為圍繞阻擋物所有次級波的矢量和。說明在P’點處的次級波前中，只有夾角為θ（即）的次級波前能到達接收點R每個點均有其對應(yīng)的θ角，

θ將在0o到180o之間變化θ越大，到達接收點輻射能量越大圖2-3對惠更斯－菲涅爾原理說明現(xiàn)在是12頁\一共有84頁\編輯于星期四

菲涅爾區(qū)基爾霍夫公式

菲涅爾區(qū)從發(fā)射點到接收點次級波路徑長度直接路徑長度大的連續(xù)區(qū)域接收點信號的合成n為奇數(shù)時，兩信號抵消n為偶數(shù)時，兩信號疊加菲涅爾區(qū)同心半徑

第一菲涅爾區(qū)半徑（n=1）特點在接收點處第一菲涅爾區(qū)的場強是全部場強的一半發(fā)射機和接收機的距離略大于第一菲涅爾區(qū)，則大部分能量可以達到接收機。

基爾霍夫公式從波前點到空間任何一點的場強

式中，E是波面場強，是與波面正交的場強導(dǎo)數(shù)。圖2-4菲涅爾區(qū)截面

現(xiàn)在是13頁\一共有84頁\編輯于星期四散射起因無線電波遇到粗糙表面時，反射能量散布于所有方向表面光滑度的判定

表面平整度的參數(shù)高度平面上最大的突起高度h{粗糙表面下的反射場強

散射損耗系數(shù)

式中，為表面高度h的標(biāo)準(zhǔn)差，h是具有局部平均值的高斯分布的隨機變量。用粗糙表面的修正反射系數(shù)表示反射場強現(xiàn)在是14頁\一共有84頁\編輯于星期四陰影衰落的基本特性陰影衰落（慢衰落）移動無線通信信道傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其它障礙物對電波傳播路徑的阻擋而形成的電磁場陰影效應(yīng)特點衰落與傳播地形和地物分布、高度有關(guān)表達式傳播路徑損耗和陰影衰落分貝式

式中,r移動用戶和基站之間的距離

ζ由于陰影產(chǎn)生的對數(shù)損耗（dB），服從零平均和標(biāo)準(zhǔn)偏差σdB的對數(shù)正態(tài)分布

m路徑損耗指數(shù)實驗數(shù)據(jù)表明m＝4，標(biāo)準(zhǔn)差σ＝8dB，是合理的現(xiàn)在是15頁\一共有84頁\編輯于星期四移動無線信道及特性參數(shù)多徑衰落的基本特性多普勒頻移多徑信道的信道模型描述多徑信道的主要參數(shù)多徑信道的統(tǒng)計分析多徑衰落信道的分類衰落特性的特征量衰落信道的建模與仿真現(xiàn)在是16頁\一共有84頁\編輯于星期四多徑衰落的基本特性幅度衰落接收信號的幅度將隨著移動臺移動距離的變動而衰落空間角度模擬通信系統(tǒng)的主要考慮對象原因本地反射物所引起的多徑效應(yīng)表現(xiàn)為快衰落地形變化引起的衰落以及空間擴散損耗表現(xiàn)為慢衰落時延擴展接收信號中脈沖的寬度擴展時間角度數(shù)字通信系統(tǒng)的主要考慮對象原因信號的傳播路徑不同，所以到達接收端的時間也就不同，導(dǎo)致接收信號包含發(fā)送脈沖及其各個延時信號現(xiàn)在是17頁\一共有84頁\編輯于星期四多普勒頻移原因移動體在x軸上以速度v移動時會引起多普勒（Doppler）頻率漂移表達式多普勒頻移cosα

式中v移動速度

λ波長vx

α入射波與移動臺移動方向之間的夾角＝最大多普勒(Doppler)頻移說明多普勒頻移與移動臺運動的方向、速度以及無線電波入射方向之間的夾角有關(guān)：若移動臺朝向入射波方向運動，則多普勒頻移為正（接收信號頻率上升）；反之若移動臺背向入射波方向運動，則多普勒頻移為負（接收信號頻率下降）。信號經(jīng)過不同方向傳播，其多徑分量造成接收機信號的多普勒擴散，因而增加了信號帶寬。入射電波現(xiàn)在是18頁\一共有84頁\編輯于星期四多徑信道的信道模型原理多徑信道對無線信號的影響表現(xiàn)為多徑衰落特性。將信道看成作用于信號上的一個濾波器，可通過分析濾波器的沖擊相應(yīng)和傳遞函數(shù)得到多徑信道的特性推導(dǎo)沖擊響應(yīng)只考慮多徑效應(yīng)再考慮多普勒效應(yīng)多徑和多普勒效應(yīng)對傳輸信號的影響多徑信道的沖擊響應(yīng)現(xiàn)在是19頁\一共有84頁\編輯于星期四只考慮多徑效應(yīng)傳輸信號假設(shè)第i徑的路徑長度為xi、衰落系數(shù)（或反射系數(shù)）為接收信號式中，c為光速；為波長。又因為所以式中為時延。實質(zhì)上是接收信號的復(fù)包絡(luò)模型，是衰落、相移和時延都不同的各個路徑的總和?，F(xiàn)在是20頁\一共有84頁\編輯于星期四

再考慮多普勒效應(yīng)考慮移動臺移動時，導(dǎo)致各徑產(chǎn)生多普勒效應(yīng)設(shè)路徑的到達方向和移動臺運動方向之間的夾角為路徑的變化量輸出復(fù)包絡(luò)簡化得

（＊）其中，為最大多普勒頻移。在相位中不可忽略數(shù)量級小可忽略現(xiàn)在是21頁\一共有84頁\編輯于星期四多徑信道的沖擊響應(yīng)多徑和多普勒效應(yīng)對傳輸信號的影響

令式中代表第i條路徑到達接收機的信號分量的增量延遲（實際遲延減去所有分量取平均的遲延），它隨時間變化在任何時刻t，隨機相位都可產(chǎn)生對的影響，引起多徑衰落。沖擊響應(yīng)由（＊）式得沖擊響應(yīng)式中，、表示第i個分量的實際幅度和增量延遲；相位包含了在第i個增量延遲內(nèi)一個多徑分量所有的相移；為單位沖擊函數(shù)。如果假設(shè)信道沖激響應(yīng)至少在一小段時間間隔或距離具有不變性，信道沖擊響應(yīng)可以簡化為此沖擊響應(yīng)完全描述了信道特性，相位服從的均勻分布多徑延遲影響多普勒效應(yīng)影響現(xiàn)在是22頁\一共有84頁\編輯于星期四描述多徑信道的主要參數(shù)由于多徑環(huán)境和移動臺運動等影響因素，使得移動信道對傳輸信號在時間、頻率和角度上造成了色散。通常用功率在時間、頻率以及角度上的分布來描述這種色散多徑信道的主要參數(shù)定量描述這些色散時常用的一些特定參數(shù)功率延遲分布PDP時間色散多普勒功率譜密度DPSD角度譜PAP頻率色散角度色散現(xiàn)在是23頁\一共有84頁\編輯于星期四時間色散

時間色散參數(shù)

平均附加延時rms時延擴展最大附加延時擴展(XdB)

相關(guān)帶寬多徑衰落下，頻率間隔靠得很近的兩個衰落信號存在不同時延，可使兩個信號變得相關(guān)。這一頻率間隔稱為“相干”或“相關(guān)”帶寬（Bc）從時延擴展角度說明從包絡(luò)相關(guān)性角度說明多徑衰落的分類及判定現(xiàn)在是24頁\一共有84頁\編輯于星期四功率延遲分布（PDP）基于固定時延參考的附加時延的函數(shù)，通過對本地瞬時功率延遲分布取平均得到市區(qū)環(huán)境中近似為指數(shù)分布式中，T是常數(shù)，為多徑時延的平均值時間色散特性參數(shù)平均附加延時

rms時延擴展其中最大附加延時擴展(XdB)高于某特定門限的多徑分量的時間范圍，即多徑能量從初值衰落到低于最大能量(XdB)處的時延圖2-8中，為歸一化的最大附加延時擴展(XdB)；為歸一化平均附加延時；為歸一化rms時延擴展

t0dB

-XdB

D

圖2-5典型的歸一化時延擴展譜

時間色散參數(shù)現(xiàn)在是25頁\一共有84頁\編輯于星期四從時延擴展角度

說明相關(guān)帶寬兩徑情況

接收信號

等效網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)

信道的幅頻特性當(dāng)時，信號同相疊加，出現(xiàn)峰點

當(dāng)時，信號反相相減，出現(xiàn)谷點

相鄰兩個谷點的,兩相鄰場強

為最小值的頻率間隔與兩徑時延成反比

多徑情況

應(yīng)為rms時延擴展

是隨時間變化的，可由大量實測數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計處理計算出來

說明相關(guān)帶寬是信道本身的特性參數(shù)，與信號無關(guān)

圖2-6兩徑信道模型A(ω,t)

r+1r-1w)(2tnDp

)()12(tnD+p

圖2-7通過兩徑信道的接收信號幅頻特性現(xiàn)在是26頁\一共有84頁\編輯于星期四從包絡(luò)相關(guān)性角度

推導(dǎo)相關(guān)帶寬設(shè)兩個信號的包絡(luò)為和，頻率差為，則包絡(luò)相關(guān)系數(shù)

此處，相關(guān)函數(shù)

若信號衰落符合瑞利分布，則

式中，為零階Bessel函數(shù)，為最大多普勒頻移。不失一般性，可令，簡化后通常，根據(jù)包絡(luò)的相關(guān)系數(shù)來測度相關(guān)帶寬代入得相關(guān)帶寬(＊)現(xiàn)在是27頁\一共有84頁\編輯于星期四衰落的分類及判定

判定由信道和信號兩方面決定分類不同頻率分量的衰落信號波形頻率選擇性衰落不一致失真非頻率選擇性衰落（平坦衰落）相關(guān)的一致的不失真數(shù)字通信系統(tǒng)信號帶寬小于信道相關(guān)帶寬Bs<Bc信號帶寬遠大于信道相關(guān)帶寬Bs>>Bc平坦衰落頻選衰落碼間干擾現(xiàn)在是28頁\一共有84頁\編輯于星期四

頻率色散頻率色散參數(shù)是用多普勒擴展來描述的，而相關(guān)時間是與多普勒擴展相對應(yīng)的參數(shù)時變特性原因移動臺運動或信道路徑中的物體運動用普勒擴展和相關(guān)時間來描述多普勒擴展（功率譜）相關(guān)時間

相關(guān)時間是信道沖激響應(yīng)應(yīng)維持不變的時間間隔的統(tǒng)計平均值，即在此間隔內(nèi)信道特性沒有明顯的變化。表征了時變信道對信號的衰落節(jié)拍推導(dǎo)相關(guān)時間時間選擇性衰落

現(xiàn)在是29頁\一共有84頁\編輯于星期四多普勒擴展典型(CLASS)多普勒擴展（適用于室外傳播信道）

假設(shè)接收信號由N個經(jīng)過多普勒頻移的平面波合成，b為平均功率表示在角度內(nèi)的入射功率，表示接收天線增益，有入射波在內(nèi)的功率接收頻率用表示功率譜，則式中又由知功率譜對b歸一化，并設(shè)=1，，得

典型的多普勒功率譜由圖可見，由于多普勒效應(yīng)，接收信號的功率譜展寬到和范圍平坦(FLAT)多普勒擴展（適用于室內(nèi)傳播信道）平坦的多普勒功率譜

fcS(f)圖2-8多普勒擴展功率譜fc-fm

fc+fm

現(xiàn)在是30頁\一共有84頁\編輯于星期四推導(dǎo)相關(guān)時間從多普勒擴展角度時間相關(guān)函數(shù)與多普勒功率譜之間是傅立葉變換關(guān)系

所以多普勒擴展的倒數(shù)就是對信道相關(guān)時間的度量，即

此時入射波與移動臺移動方向之間的夾角α=0式中為多普勒擴展（有時也用表示），即多普勒頻移。從包絡(luò)相關(guān)性角度通常將信號包絡(luò)相關(guān)度為0.5時的時間間隔定義為相關(guān)時間

28頁曾推出包絡(luò)相關(guān)系數(shù)令，=0.5推出現(xiàn)在是31頁\一共有84頁\編輯于星期四

時間選擇性衰落時間選擇性衰落是由多普勒效應(yīng)引起的，并且發(fā)生在傳輸波形的特定時間段上，即信道在時域具有選擇性要保證信號經(jīng)過信道不會在時間軸上產(chǎn)生失真，就必須保證傳輸符號速率遠大于相關(guān)時間的倒數(shù)在現(xiàn)代數(shù)字通信中，常規(guī)定為上頁兩式的幾何平均作為經(jīng)驗關(guān)系碼元間隔大于信道相關(guān)時間Ts>Tc時選衰落誤碼現(xiàn)在是32頁\一共有84頁\編輯于星期四角度色散原因移動臺和基站周圍的散射環(huán)境不同，使得多天線系統(tǒng)中不同位置的天線經(jīng)歷的衰落不同參數(shù)角度擴展相關(guān)距離空間選擇性衰落現(xiàn)在是33頁\一共有84頁\編輯于星期四角度擴展角度功率譜（PAS）信號功率譜密度在角度上的分布。一般為均勻分布、截短高斯分布和截短拉普拉斯分布角度擴展等于功率角度譜的二階中心矩的平方根，即

式中意義描述了功率譜在空間上的色散程度，角度擴展在之間分布。角度擴展越大，表明散射環(huán)境越強，信號在空間的色散度越高現(xiàn)在是34頁\一共有84頁\編輯于星期四相關(guān)距離與空間選擇性衰落相關(guān)距離Dc

信道沖激響應(yīng)保證一定相關(guān)度的空間距離空間選擇性衰落天線空間距離大于相關(guān)距離>Dc天線空間距離遠小于相關(guān)距離<<Dc空選衰落非空選衰落現(xiàn)在是35頁\一共有84頁\編輯于星期四多徑信道的統(tǒng)計分析

主要討論多徑信道的包絡(luò)統(tǒng)計特性。接收信號的包絡(luò)根據(jù)不同的無線環(huán)境一般服從瑞利分布萊斯分布Nakagami-m分布現(xiàn)在是36頁\一共有84頁\編輯于星期四瑞利分布環(huán)境條件

通常在離基站較遠、反射物較多的地區(qū)符合（如下圖）發(fā)射機和接收機之間沒有直射波路徑存在大量反射波，到達接收天線的方向角隨機且0~2π均勻分布各反射波的幅度和相位都統(tǒng)計獨立場強分量Tc，Ts接收信號的幅度相位分布Play現(xiàn)在是37頁\一共有84頁\編輯于星期四場強分量Tc，Ts推導(dǎo)設(shè)發(fā)射信號是垂直極化，并且只考慮垂直波時，場強為式中，多普勒頻率漂移，隨機相位（0～2π均勻分布）

又可表示為其中Tc，Ts的性質(zhì)相互正交的同頻分量高斯隨機過程概率密度x=Tc或Ts統(tǒng)計獨立聯(lián)合概率密度零均值，等方差，不相關(guān)<>是關(guān)于的總體平均

<>=0

現(xiàn)在是38頁\一共有84頁\編輯于星期四接收信號的幅度相位分布直角坐標(biāo)極坐標(biāo)則由雅各比行列式

所以

對r積分

對θ積分

可見，包絡(luò)r服從瑞利分布，θ在0～2π內(nèi)服從均勻分布瑞利分布的均值

瑞利分布的方差

滿足的值稱為信號包絡(luò)樣本區(qū)間的中值

=1.777圖2－9瑞利分布的概率分布密度

現(xiàn)在是39頁\一共有84頁\編輯于星期四萊斯分布環(huán)境條件概率密度函數(shù)萊斯因子現(xiàn)在是40頁\一共有84頁\編輯于星期四萊斯分布的環(huán)境條件直射系統(tǒng)中，接收信號中有視距信號成為主導(dǎo)分量，同時還有不同角度隨機到達的多徑分量迭加于其上非直射系統(tǒng)中，源自某一個散射體路徑的信號功率特別強Play現(xiàn)在是41頁\一共有84頁\編輯于星期四萊斯分布的概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)式中,A是主信號的峰值

I0(·)是0階第一類修正貝塞爾函數(shù)萊斯因子K主信號的功率與多徑分量方差之比

分貝式意義完全決定了萊斯的分布：當(dāng)，萊斯分布變?yōu)槿鹄植紡娭鄙洳ǖ拇嬖谑菇邮招盘柊j(luò)從瑞利變?yōu)槿R斯分布當(dāng)直射波進一步增強（），萊斯分布將趨進高斯分布瑞利分布萊斯分布高斯分布圖2-10萊斯分布的概率密度函數(shù)現(xiàn)在是42頁\一共有84頁\編輯于星期四Nakagami-m分布概率密度函數(shù)式中為≥的實數(shù)，

，

為伽馬函數(shù)

當(dāng)

時，有式中，為信號的平均功率

形狀因子

意義參數(shù)m取不同值時對應(yīng)不同分布，更具廣泛性：當(dāng)m=1時，成為瑞利分布當(dāng)m較大時，接近高斯分布

現(xiàn)在是43頁\一共有84頁\編輯于星期四多徑衰落信道的分類

依據(jù)分類時間色散頻率選擇性衰落信道平坦衰落信道頻率色散快衰落信道慢衰落信道是否考慮角度色散標(biāo)量信道（時，頻）矢量信道（時、頻、空）現(xiàn)在是44頁\一共有84頁\編輯于星期四平坦衰落和頻率選擇性衰落Ts為信號周期（信號帶寬Bs的倒數(shù)）是信道的時延擴展；

Bc為相關(guān)帶寬通常若，可認為該信道是頻率選擇性的頻率選擇性衰落平坦衰落

原因信道具有恒定增益和相位的帶寬范圍小于發(fā)送信號帶寬時間色散碼間干擾信道具有恒定增益和相位的帶寬范圍大于發(fā)送信號帶寬頻譜特性不同頻率獲得不同增益在接收端保持不變條件Bs>BcTs<Bs<<BcTs>>現(xiàn)在是45頁\一共有84頁\編輯于星期四快衰信道和慢衰信道

快衰落慢衰落原因沖激響應(yīng)變化快于基帶信號變化信道沖激響應(yīng)變化比不上基帶信號變化條件Ts>TcBs<BdTs<<TcBs>>BdTc為信道相關(guān)時間BD為多普勒擴展現(xiàn)在是46頁\一共有84頁\編輯于星期四衰落特性的特征量衰落深度衰落速率電平通過率衰落持續(xù)時間現(xiàn)在是47頁\一共有84頁\編輯于星期四衰落速率和衰落深度

衰落率信號包絡(luò)在單位時間內(nèi)以正斜率通過中值電平的次數(shù)，即包絡(luò)衰落的速率與發(fā)射頻率，移動臺行進速度和方向以及多徑傳播的路徑數(shù)有關(guān)平均衰落率衰落深度信號有效值與該次衰落的信號最小值的差值?，F(xiàn)在是48頁\一共有84頁\編輯于星期四電平通過率單位時間內(nèi)信號包絡(luò)以正斜率通過某一規(guī)定電平值R的平均次數(shù)意義描述衰落次數(shù)的統(tǒng)計規(guī)律：深度衰落發(fā)生的次數(shù)較少，而淺度衰落發(fā)生得相當(dāng)頻繁表達式式中為信號包絡(luò)r對時間的導(dǎo)函數(shù)平均電平通過率由于電平通過率是隨機變量，通常用平均電平通過率來描述。對于瑞利分布可得式中fm為最大多譜勒頻率，

其中信號平均功率，為信號有效值現(xiàn)在是49頁\一共有84頁\編輯于星期四衰落持續(xù)時間信號包絡(luò)低于某個給定電平值的概率與該電平所對應(yīng)的電平通過率之比表達式意義描述了衰落次數(shù)的統(tǒng)計規(guī)律平均衰落持續(xù)時間衰落是隨機發(fā)生的，只能給出平均衰落持續(xù)時間對于瑞利衰落，可得現(xiàn)在是50頁\一共有84頁\編輯于星期四電平通過率和平均衰落持續(xù)時間

圖示圖2－11電平通過率和平均衰落持續(xù)時間現(xiàn)在是51頁\一共有84頁\編輯于星期四衰落信道的建模與仿真簡介Clarke信道模型

說明了基于散射時移動臺接收信號的場強的統(tǒng)計特性：包絡(luò)服從瑞利分布，相位服從（0，2π]的均勻分布環(huán)境假設(shè)有一臺具有垂直極化的固定發(fā)射機，入射到移動天線的電磁場由N個具有任意載頻相位、入射方位角和相等的平均幅度的平面波組成推導(dǎo)統(tǒng)計特性Jakes仿真

模擬均勻介質(zhì)散射環(huán)境中平坦衰落信道的復(fù)低通包絡(luò)。方法用有限個（≥10個）低頻振蕩器近似構(gòu)建一種可分析模型推導(dǎo)接收波形表達式及仿真模型現(xiàn)在是52頁\一共有84頁\編輯于星期四Clarke信道模型

推導(dǎo)接收場強統(tǒng)計特性1對于以第n個角度到達x軸的入射波多普勒頻移為到達移動臺的垂直極化平面波存在和場強分量，即其中，

是本地場（假設(shè)為恒定值）的實數(shù)幅度，表示不同電波幅度的實數(shù)隨機變量，為自由空間的固定阻抗（）第n個到達分量的隨機相位對場強歸一化，有圖2－15入射角到達平面示意圖

現(xiàn)在是53頁\一共有84頁\編輯于星期四Clarke信道模型

推導(dǎo)接收場強統(tǒng)計特性2由于多普勒頻移相對于載波很小，若N足夠大，三種場分量可用窄帶高斯隨機過程表示設(shè)相位角在

服從均勻分布則E場可用同相和正交分量表示式中具有0平均和等方差，且不相關(guān)接收的E場的包絡(luò)為包絡(luò)服從瑞利分布式中現(xiàn)在是54頁\一共有84頁\編輯于星期四Jakes仿真

推導(dǎo)接收波形表達式依據(jù)Clarke模型，接收端波形可表示為經(jīng)歷了N條路徑的一系列平面波的疊加其中不同路徑的附加相移是相互獨立的隨機變量，且在服從均勻分布將標(biāo)準(zhǔn)化，功率歸一化，得式中假設(shè)平面波的N個入射角在均勻分布，則模型中參數(shù)

(n=1,2,,N)

代入可得現(xiàn)在是55頁\一共有84頁\編輯于星期四Jakes仿真器模型描述平坦衰落的隨機信號可以用N個相互獨立的隨機變量（，，）表示，所以可以用N個低頻振蕩器生成。圖2-12Jakes仿真器模型

現(xiàn)在是56頁\一共有84頁\編輯于星期四電波傳播損耗預(yù)測模型目的掌握基站周圍所有地點處接收信號的平均強度及變化特點，以便為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的研究以及整個網(wǎng)絡(luò)設(shè)計提供基礎(chǔ)。方法根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析歸納出基于不同環(huán)境的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停诖嘶A(chǔ)上對模型進行校正，使其更加接近實際，更準(zhǔn)確確定傳播環(huán)境的主要因素自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）人工建筑的數(shù)量、高度、分布和材料特性該地區(qū)的植被特征天氣狀況自然和人為的電磁噪聲狀況系統(tǒng)的工作頻率和移動臺運動等因素本節(jié)內(nèi)容室外傳播模型室內(nèi)傳播模型傳播模型校正現(xiàn)在是57頁\一共有84頁\編輯于星期四室外傳播模型常用的幾種室外電波傳播損耗預(yù)測模型Hata模型廣泛使用的一種適用于宏蜂窩的中值路徑損耗預(yù)測的傳播模型。根據(jù)應(yīng)用頻率的不同，又分為Okumura-Hata模型COST231Hata模型，CCIR模型LEE模型COST231Walfisch-Ikegami模型

現(xiàn)在是58頁\一共有84頁\編輯于星期四Okumura-Hata模型路徑損耗計算的經(jīng)驗公式式中—工作頻率（MHz）—基站天線有效高度（m），定義為基站天線實際海拔高度與基站沿傳播方向?qū)嶋H距離內(nèi)的平均地面海波高度之差，即—移動臺天線有效高度（m），定義為移動臺天線高出地表的高度

d—基站天線和移動臺天線之間的水平距離（km）—有效天線修正因子，是覆蓋區(qū)大小的函數(shù)—小區(qū)類型校正因子

—地形校正因子，反映一些重要的地形環(huán)境因素對路徑損耗的影響現(xiàn)在是59頁\一共有84頁\編輯于星期四COST-231Hata模型路徑損耗計算的經(jīng)驗公式式中—大城市中心校正因子

兩種Hata模型的主要區(qū)別頻率衰減系數(shù)不同COST-231Hata模型頻率衰減因子為33.9Okumura-Hata模型的頻率衰減因子為26.16COST-231Hata模型還增加了一個大城市中心衰減，大城市中心地區(qū)路徑損耗增加3dB?，F(xiàn)在是60頁\一共有84頁\編輯于星期四CCIR模型給出了反映自由空間路徑損耗和地形引入的路徑損耗聯(lián)合效果的經(jīng)驗公式校正因子右圖給出了Hata和CCIR路徑損耗公式的對比，由圖可見，路徑損耗隨

建筑物密度而增大圖2－14Hata和CCIR路徑損耗公式的對比現(xiàn)在是61頁\一共有84頁\編輯于星期四LEE模型優(yōu)點模型中的主要參數(shù)易于根據(jù)測量值調(diào)整，適合本地?zé)o線傳播環(huán)境，準(zhǔn)確性高路徑損耗預(yù)測算法簡單，計算速度快應(yīng)用無線通信系統(tǒng)分類LEE宏蜂窩模型LEE微蜂窩模型現(xiàn)在是62頁\一共有84頁\編輯于星期四LEE宏蜂窩模型決定移動臺接收信號大小的因素人為建筑物地形地貌基本思路先把城市當(dāng)成平坦的，只考慮人為建筑物的影響，在此基礎(chǔ)上再把地形地貌的影響加進來地形地貌影響的三種情況無阻擋有阻擋水面反射現(xiàn)在是63頁\一共有84頁\編輯于星期四無阻擋的情況考慮地形影響，采用有效天線高度計算：式中—天線有效高度—天線實際高度若，是一個增益若，是一個損耗。

式中

現(xiàn)在是64頁\一共有84頁\編輯于星期四有阻擋的情況4式中由于山坡等地形阻擋物引起的衍射損耗計算單個刃形邊的衍射損耗如下

、和如圖所示，并定義一個無量綱的參數(shù)(a)考慮兩種情況：a.電波被阻擋，為負，為正，接收功率（w）衰減系數(shù)b.為正，為負，計算單個刃形邊的衍射損耗Lr(b)圖2－14山坡等地形阻擋物引起的衍射損耗現(xiàn)在是65頁\一共有84頁\編輯于星期四水面反射其中

α—由于移動無線通信環(huán)境引起的衰減因子（）；—基站發(fā)射功率、—分別為基站和移動臺的天線增益現(xiàn)在是66頁\一共有84頁\編輯于星期四LEE微蜂窩模型1小區(qū)路徑損耗預(yù)測公式為是基站天線有效高度，距離基站處的直射波路徑損耗，是一個雙斜率模型的理論值為

其中為菲涅爾區(qū)的距離

現(xiàn)在是67頁\一共有84頁\編輯于星期四LEE微蜂窩模型2

是由于建筑物引起的損耗。其值可以這樣得到首先按圖2-19所示計算從基站到A點的穿過街區(qū)的總的阻擋長度B＝a+b+c，再根據(jù)B查找曲線圖2-20，可得值。(dA)A建筑物abc(dA)B=a+b+c圖2.15計算街區(qū)建筑物引入的損耗

圖2.16微小區(qū)參數(shù)

現(xiàn)在是68頁\一共有84頁\編輯于星期四COST231Walfisch-Ikegami模型應(yīng)用用于建筑物高度近似一致的郊區(qū)和城區(qū)環(huán)境常用于移動通信系統(tǒng)（GSM/PCS/DECT/DCS）設(shè)計可以計算基站發(fā)射天線高于、等于或低于周圍建筑物等不同情況的路徑損耗兩種情況視距傳播情況，路徑損耗非視距傳播情況，路徑損耗式中L0—由空間損耗

L1—由沿屋頂下沿最近的衍射引起的衰落損耗

L2—沿屋頂?shù)亩嘀匮苌洌ǔ俗罱难苌洌┈F(xiàn)在是69頁\一共有84頁\編輯于星期四COST231Walfisch-Ikegami模型

各參數(shù)意義

1

式中w—接收機所在的街道寬度（m）,

hR—建筑物的平均高度（m）

hR，hm—接收天線的高度

其中—街區(qū)軸線于連結(jié)發(fā)射機和接收機天線的夾角

2

式中

上面各式中，hB發(fā)射天線高度，b相鄰行建筑物中心距離現(xiàn)在是70頁\一共有84頁\編輯于星期四室外傳播模型的使用適用范圍應(yīng)用方法使用及評價現(xiàn)在是71頁\一共有84頁\編輯于星期四傳播模型的適用范圍

適用范圍傳播模型宏蜂窩（>1km）微蜂窩（<1km）頻率（MHz）天線高度（m）城區(qū)/郊區(qū)/鄉(xiāng)村HataOkumura-Hata宏蜂窩150－1500基站：30－200移動臺：1－10城區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村COST-231Hata宏蜂窩1500－2000基站：30－200移動臺：1－10城區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村CCIC宏蜂窩150－2000基站：30－200移動臺：1－10城區(qū)、郊區(qū)LEE宏蜂窩450－2000城區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村微蜂窩分LOS和NLOS450－2000城區(qū)、郊區(qū)WIM0.02－5km分LOS和NLOS800－2000基站：4－50移動臺：1－3城區(qū)、郊區(qū)現(xiàn)在是72頁\一共有84頁\編輯于星期四傳播模型的應(yīng)用方法

基站和移動臺之間水平距離d（km）d≥1

宏蜂窩模型d<5d≥5

有實測數(shù)據(jù)并得到LEE模型參數(shù)和距離衰減因子d<1微蜂窩模型有實測數(shù)據(jù)LEE模型WIM模型LEE模型WIM模型CCIR模型Hata模型現(xiàn)在是73頁\一共有84頁\編輯于星期四傳播模型的使用及評價

Hata模型參數(shù)易獲得，模型易使用但未考慮建筑物的高度和密度、街道的分布和走向等重要因素的影響，預(yù)測值和實際值的誤差較大

CCIR模型考慮了建筑物密度的影響，引入?yún)?shù)B（被建筑物覆蓋區(qū)域的百分比），且易獲得LEE模型適用于有測試數(shù)據(jù)時。主要參數(shù)易于根據(jù)測量值調(diào)整，準(zhǔn)確性高。算法簡單，計算速度快COST231-Walfisch-Ikegami模型用于建筑物高度近似一致的郊區(qū)和城區(qū)環(huán)境發(fā)射天線可以高于、等于或低于周圍建筑物現(xiàn)在是74頁\一共有84頁\編輯于星期四室內(nèi)傳播模型

顯著特點室內(nèi)覆蓋面積小得多收發(fā)機間的傳播環(huán)境變化更大影響因素建筑物的布局建筑材料建筑類型常用的幾種室內(nèi)傳播模型對數(shù)距離路徑損耗模型Ericsson多重斷點模型衰減因子模型現(xiàn)在是75頁\一共有84頁\編輯于星期四對數(shù)距離路徑損耗模型

Ericsson多重斷點模型

對數(shù)距離路徑損耗模型

室內(nèi)路徑損耗遵從公式式中，依賴于周圍環(huán)境和建筑物類型，是標(biāo)準(zhǔn)偏差為的正態(tài)隨機變量Ericsson多重斷點模型

有四個斷點，