电波传播及信道模型.pptx

n2.1 电波传播的特点电波传播的特点n2.2 自由空间的电波传播自由空间的电波传播n2.3 地面电磁波传输机制地面电磁波传输机制n2.4 地面电磁波的射线跟踪建模地面电磁波的射线跟踪建模n2.5 路径传输损耗路径传输损耗n2.6 阴影衰落阴影衰落n2.7 多径衰落多径衰落n2.8 移动信道统计模型移动信道统计模型第第2章章 电波传播及信道模型电波传播及信道模型201603231华南理工大学广州学院Multipath fading多径衰落多径衰落约约1 mShadowing阴影衰落阴影衰落约约100 mPath loss路径传输损耗路径传输损耗距离距离Distance基站基站Base station2.1 电波传播的特点电波传播的特点201603232华南理工大学广州学院2.1 电波传播的特点电波传播的特点n传播传播特征特征l传播传播的开放性。的开放性。无线信道都是基于电磁波在空间的传无线信道都是基于电磁波在空间的传播来实现开放式信息传输的。它不同于固定的有线通信，播来实现开放式信息传输的。它不同于固定的有线通信，是基于全封闭式的传输线来实现信息传输的。是基于全封闭式的传输线来实现信息传输的。l接收接收环境的复杂性。环境的复杂性。接收点地理环境的复杂多样，接收点地理环境的复杂多样，一般可将接收点地理环境分为高楼林立的城市繁华区、一般可将接收点地理环境分为高楼林立的城市繁华区、以一般性建筑为主的近郊区、以山区和湖泊等为主的农以一般性建筑为主的近郊区、以山区和湖泊等为主的农村及远郊区。村及远郊区。l通信通信用户的随机移动性。用户的随机移动性。用户通信一般有用户通信一般有3种状态：种状态：准静态的室内用户通信、慢速步行用户通信、高速车载准静态的室内用户通信、慢速步行用户通信、高速车载用户通信用户通信。201603233华南理工大学广州学院2.1 电波传播的特点电波传播的特点n三种损耗三种损耗路径路径损耗：损耗：即电波在空间中传播产生的损耗。它反映即电波在空间中传播产生的损耗。它反映出电波在宏观范围内的空间距离上接收信号电平平均值出电波在宏观范围内的空间距离上接收信号电平平均值的变化趋势。的变化趋势。慢慢衰落损耗：衰落损耗：主要是指电波在传播路径上受到建筑物主要是指电波在传播路径上受到建筑物等阻挡所产生阴影效应时的损耗。它反映出电波在中等等阻挡所产生阴影效应时的损耗。它反映出电波在中等范围内的接收信号点评平均值起伏变化趋势。范围内的接收信号点评平均值起伏变化趋势。快快衰落损耗：衰落损耗：它是反映微观小范围接收电平平均值的它是反映微观小范围接收电平平均值的起伏变化趋势。其电平幅度分布一般遵从瑞利分布、莱起伏变化趋势。其电平幅度分布一般遵从瑞利分布、莱斯分布和纳卡伽米分布，变化速度比慢衰落快，因此称斯分布和纳卡伽米分布，变化速度比慢衰落快，因此称为快衰落。快衰落还可分为：空间选择性衰落、频率选为快衰落。快衰落还可分为：空间选择性衰落、频率选择性衰落和时间选择性衰落。择性衰落和时间选择性衰落。201603234华南理工大学广州学院2.1 电波传播的特点电波传播的特点n四种效应四种效应阴影阴影效应：效应：由于大型建筑物和其他物体遮挡，由于大型建筑物和其他物体遮挡，在电波传播的接收区域产生传播半盲区在电波传播的接收区域产生传播半盲区。远近效应：远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站之间的距离也在随机的变化，若各用户与基站之间的距离也在随机的变化，若各种移动用户发射信号的功率一样，那么到达基种移动用户发射信号的功率一样，那么到达基站时信号的强弱将不同，离基站近的信号强，站时信号的强弱将不同，离基站近的信号强，反之则弱。反之则弱。201603235华南理工大学广州学院2.1 电波传播的特点电波传播的特点多径效应：多径效应：由于接收者所处地理环境复杂性，由于接收者所处地理环境复杂性，使得接收到的信号不仅有直射波的主径信号，使得接收到的信号不仅有直射波的主径信号，还有从不同建筑物反射及绕射过来的多条不同还有从不同建筑物反射及绕射过来的多条不同路径信号，而且它们到达时的信号强度、到达路径信号，而且它们到达时的信号强度、到达时间及到达时的载波相位都不一样。所接收到时间及到达时的载波相位都不一样。所接收到的信号实际上是各路径信号的矢量和。多径效的信号实际上是各路径信号的矢量和。多径效应是移动信道中较主要干扰。应是移动信道中较主要干扰。多普勒效应：多普勒效应：它是由于接收用户处于高速移动它是由于接收用户处于高速移动中，比如车载通信时传播频率的扩散而引起的，中，比如车载通信时传播频率的扩散而引起的，其扩散程度与用户运动速度成正比。这一现象其扩散程度与用户运动速度成正比。这一现象只在高速车载通信时出现。只在高速车载通信时出现。201603236华南理工大学广州学院n大尺度衰落与小尺度衰落大尺度衰落与小尺度衰落对无线电波传播模型的研究，传统上集中于距发对无线电波传播模型的研究，传统上集中于距发射机一定距离处平均接收信号场强的预测，以及射机一定距离处平均接收信号场强的预测，以及特定位置附近信号场强的变化。特定位置附近信号场强的变化。对于预测平均信号场强并用于估计无线覆盖范围对于预测平均信号场强并用于估计无线覆盖范围的传播模型，由于它们描述的是发射机与接收机的传播模型，由于它们描述的是发射机与接收机之间长距离（之间长距离（T-R）长距离（几百米或是几千米）长距离（几百米或是几千米）上的信号场强变化，所以称为大尺度传播模型；上的信号场强变化，所以称为大尺度传播模型；描述无线电信号在短距离或短时间传播后其幅度、描述无线电信号在短距离或短时间传播后其幅度、相位或多径时延快速变化的称为小尺度衰落传播相位或多径时延快速变化的称为小尺度衰落传播模型。模型。2.1 电波传播的特点电波传播的特点201603237华南理工大学广州学院当移动台在极小范围内移动时，可能引起瞬时接当移动台在极小范围内移动时，可能引起瞬时接收场强的快速波动，即小尺度衰落，其原因是接收场强的快速波动，即小尺度衰落，其原因是接收信号由不同方向信号合成。收信号由不同方向信号合成。小小尺度衰落也称为快衰落。由于小尺度衰落变化尺度衰落也称为快衰落。由于小尺度衰落变化速度较快，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽速度较快，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计。这种衰落是由于同一传播信号沿两个或略不计。这种衰落是由于同一传播信号沿两个或多个路径传播，以微小的时间差到达接收机的信多个路径传播，以微小的时间差到达接收机的信号相互干扰所引起的。号相互干扰所引起的。2.1 电波传播的特点电波传播的特点201603238华南理工大学广州学院2.1 电波传播的特点电波传播的特点n无线信道的衰落特性可以用下式描述无线信道的衰落特性可以用下式描述nh(t)表示信道的衰落因子，指接收功率与发射表示信道的衰落因子，指接收功率与发射功率之比。功率之比。nd-表示路径传输损耗的影响，同传输距离成表示路径传输损耗的影响，同传输距离成反比，一般取反比，一般取25之间。之间。n表示阴影衰落的影响，服从正态分布。表示阴影衰落的影响，服从正态分布。n表示小尺度衰落的影响，包括多径等。表示小尺度衰落的影响，包括多径等。20160323华南理工大学广州学院9(2-1)n2.2.1 自由空间传输损耗自由空间传输损耗n2.2.2 视距传播视距传播2.2 自由空间的电波传播自由空间的电波传播2016032310华南理工大学广州学院2.2.1 自由空间传输损耗自由空间传输损耗n所谓自由空间所谓自由空间，严格来说应指真空。通常把均匀无严格来说应指真空。通常把均匀无损耗的无限大空间视为自由空间。该空间具有各向损耗的无限大空间视为自由空间。该空间具有各向同性、电导率为零、相对介电系数和相对磁导率均同性、电导率为零、相对介电系数和相对磁导率均恒为恒为1 1的特点，这是一种理想情况。的特点，这是一种理想情况。n现实的电波传播媒质是有损耗的且是不均匀的，因现实的电波传播媒质是有损耗的且是不均匀的，因而电波传播的过程中除有衰减外，还会出现折射、而电波传播的过程中除有衰减外，还会出现折射、反射、散射和绕射现象。为了能提供一个比较各种反射、散射和绕射现象。为了能提供一个比较各种传播情况的标准，并简化场强和传输损耗的计算方传播情况的标准，并简化场强和传输损耗的计算方法，才引入了自由空间电波传播这一概念。法，才引入了自由空间电波传播这一概念。2016032311华南理工大学广州学院n电电波波传传播播方方式式：发发射射机机天天线线发发出出的的无无线线电电波波，可可依不同的路径到达接收机，典型的传播通路如图。依不同的路径到达接收机，典型的传播通路如图。直射波：沿路径直射波：沿路径d从发射天线直接到达接收天线从发射天线直接到达接收天线反射波：沿路径反射波：沿路径d1经过地面反射到达接收机天线经过地面反射到达接收机天线散射波：沿路径散射波：沿路径d2经建筑物散射到达接收机天线经建筑物散射到达接收机天线 2.2.1 自由空间传输损耗自由空间传输损耗2016032312华南理工大学广州学院n虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不产生反射、不产生反射、折射、绕射、散射和吸收，折射、绕射、散射和吸收，但是，当电波经过一段但是，当电波经过一段路径传播之后，路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由辐射能能量仍会受到衰减，这是由辐射能量的扩散而引起的。量的扩散而引起的。由电磁场理论可知，若各向同由电磁场理论可知，若各向同性天线性天线(亦称全向天线或无方向性天线亦称全向天线或无方向性天线)的辐射功率的辐射功率为为PT瓦，则距辐射源瓦，则距辐射源dm处的电场强度有效值处的电场强度有效值E0为为2.2.1 自由空间传输损耗自由空间传输损耗2016032313华南理工大学广州学院2.2.1 自由空间传输损耗自由空间传输损耗n磁场强度有效值磁场强度有效值H0为为n单位面积上的电波功率密度单位面积上的电波功率密度S为为 2016032314华南理工大学广州学院2.2.1 自由空间传输损耗自由空间传输损耗n若若用用发发射射天天线线增增益益为为GT的的方方向向性性天天线线取取代代各各向同性天线，向同性天线，则上述公式应改写为则上述公式应改写为2016032315华南理工大学广州学院2.2.1 自由空间传输损耗自由空间传输损耗n接接收收天天线线获获取取的的电电波波功功率率等等于于该该点点的的电电波波功功率密度乘以接收天线的有效面积，即率密度乘以接收天线的有效面积，即n PR=SAR n式式中中，AR为为接接收收天天线线的的有有效效面面积积，它它与与接接收收天线增益天线增益GR满足下列关系：满足下列关系：式中，式中，2/4为各向同性天线的有效面积。为各向同性天线的有效面积。2016032316华南理工大学广州学院n由前面的公式可导出由前面的公式可导出n当当收收、发发天天线线增增益益为为0dB，即即当当GR=GT=1时时，接收天线上获得的功率为接收天线上获得的功率为 2.2.1 自由空间传输损耗自由空间传输损耗(2-2)(2-3)2016032317华南理工大学广州学院2.2.1 自由空间传输损耗自由空间传输损耗n 由上式可见，由上式可见，自由空间传播损耗自由空间传播损耗Lfs可定义为可定义为 以以dB计，计，得得 或或 Lfs(dB)=32.45+20lg d(km)+20lg f(MHz)式中，式中，d的单位为的单位为km，频率单位以频率单位以MHz计。计。Loss increased 6 dB with a double frequency or distance d(2-5)(2-6)(2-4)2016032318华南理工大学广州学院n例例2.1 假设发射机发射假设发射机发射50W的功率，将其换算的功率，将其换算成成(a)dBm和和(b)dBW。如果该发射机为单位。如果该发射机为单位增益天线，并且载频为增益天线，并且载频为900MHZ，求出在自，求出在自由空间中距天线由空间中距天线100m处的接收功率为多少处的接收功率为多少dBm?10km处为多少？假定接收天线为单位处为多少？假定接收天线为单位增益天线。增益天线。nPT(dBm)=10logPT(mW)2.2.1 自由空间传输损耗自由空间传输损耗=10log50 103 mW=47.0dBm2016032319华南理工大学广州学院2.2.1 自由空间传输损耗自由空间传输损耗n当当d=100m时，利用公式确定接收功率：时，利用公式确定接收功率：n当当d=10km时，接收功率：时，接收功率：2016032320华南理工大学广州学院2.2.1 自由空间传输损耗自由空间传输损耗n也可利用公式先计算自由空间的传输损耗，也可利用公式先计算自由空间的传输损耗，再用发射功率和传输损耗计算接收功率：再用发射功率和传输损耗计算接收功率：2016032321华南理工大学广州学院2.2.2 视距传播视距传播n视线传播极限距离视线传播极限距离如如图图，天天线线的的高高度度分分别别为为ht和和hr，两两个个天天线线顶顶点点的的连连线线AB与与地地面面相相切切于于C点点。由由于于地地球球等等效效半半径径Re远远远远大大于于天天线线高高度度，不不难难证证明明，自自发发射射天天线线顶顶点点A到到切切点点C的的距距离离d1为为(2-7)2016032322华南理工大学广州学院同理，同理，由切点由切点C到接收天线顶点到接收天线顶点B的距离的距离d2为为图图2-2 视线距离示意图视线距离示意图2.2.2 视距传播视距传播n视线传播极限距离视线传播极限距离将将Re6370km,h1，h2以米为单位代入，可得以米为单位代入，可得H1=10m,h2=2m，可得，可得d0=16.34km在标准大气折射情况下，在标准大气折射情况下，Re=8500km,故故(2-9)(2-8)2016032323华南理工大学广州学院(2-10)2.2.2 视距传播视距传播n对对于于球球形形地地面面，通通常常依依据据接接收收点点离离开开发发射射天天线的距离将通信区域分成三种情况：线的距离将通信区域分成三种情况：n工程计算时尽量保证在亮区范围工程计算时尽量保证在亮区范围d 0.7d00.7d0 d (1.2 1.4)d0d (1.2 1.4)d0亮区亮区半阴影区半阴影区阴影区阴影区2016032324华南理工大学广州学院作业作业n思考题与习题思考题与习题n2n3n420160323华南理工大学广州学院252.3 地面电磁波传输机制地面电磁波传输机制n2.3.1 反射反射(Reflection)n2.3.2 绕射绕射(Diffraction)n2.3.3 散射散射2016032326华南理工大学广州学院2.3 地面电磁波传输机制地面电磁波传输机制n三种最基本的机制：反射、绕射和散射。三种最基本的机制：反射、绕射和散射。n可可以以用用来来描描述述大大尺尺度度传传播播，也也可可以以用用来来描描述述小小尺尺度度或多径衰落模型。或多径衰落模型。2016032327华南理工大学广州学院w阻挡体比传输波长大的多的阻挡体比传输波长大的多的物体物体w产生多径衰落的主要因素产生多径衰落的主要因素 u产生于粗糙表面、小物产生于粗糙表面、小物体或其它不规则物体体或其它不规则物体 w阻挡体为尖利边缘阻挡体为尖利边缘反射反射散射散射绕射绕射n当电波传播中遇到两种不同介电常数的介质交界处当电波传播中遇到两种不同介电常数的介质交界处时，时，一部分被反射，另一部分则折射进入新介质中。一部分被反射，另一部分则折射进入新介质中。由于大地和大气是不同的介质，由于大地和大气是不同的介质，所以入射波会在界所以入射波会在界面上产生反射。面上产生反射。n通常通常 在考虑地面对电波的反射时，在考虑地面对电波的反射时，按平面波处理，按平面波处理，即电波在反射点的反射角等于入射角。即电波在反射点的反射角等于入射角。不同界面的不同界面的反射特性用反射系数反射特性用反射系数R表征，表征，它定义为反射波场强与入射波它定义为反射波场强与入射波 场强的比值，场强的比值，R可表示为可表示为n式中，式中，|R|为反射点上反射波场强与入射波场强的振为反射点上反射波场强与入射波场强的振幅比，幅比，代表反射波相对于入射波的相移。代表反射波相对于入射波的相移。R=|R|e-j2.3.1 反射反射(Reflection)2016032328华南理工大学广州学院2.3.1 反射反射(Reflection)n理想介质表面反射理想介质表面反射如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回来射回来反射系数反射系数(R)是是反射波与入射波的比值反射波与入射波的比值 垂直极化垂直极化水平极化水平极化2016032329华南理工大学广州学院n对对于于垂垂直直极极化化波波和和水水平平极极化化波波的的反反射射系系数数Rv和和Rh分别由下列公式计算：分别由下列公式计算：2.3.1 反射反射(Reflection)(2-11)(2-12)式中，式中，0是是反射媒质的等效复介电常数，反射媒质的等效复介电常数，它它与介电常数与介电常数、电电导率导率和和工作波长工作波长有关。有关。2016032330华南理工大学广州学院n对于地面反射，对于地面反射，当工作频率高于当工作频率高于150MHz(2m)时，时，1，由式由式(2-11)和式和式(2-12)可得可得n即反射波场强的幅度等于入射波场强的幅度，即反射波场强的幅度等于入射波场强的幅度，而相差为而相差为180。Rv=Rh=-12.3.1 反射反射(Reflection)2016032331华南理工大学广州学院n电磁场的极化特性电磁场的极化特性极化：电磁波在传播过程中，其电场矢量的极化：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。方向和幅度随时间变化的状态。分类：分类：线极化线极化、圆极化、椭圆极化、圆极化、椭圆极化水平极化：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接收特性：接收天线的极化方式只接收特性：接收天线的极化方式只有与被接收的电磁波极化方式一样有与被接收的电磁波极化方式一样时，才能有效地接收信号。时，才能有效地接收信号。极化失配：影响接收信号质量。极化失配：影响接收信号质量。2.3.1 反射反射(Reflection)2016032332华南理工大学广州学院图图2-42.3.2 绕射绕射(Diffraction)n绕射绕射绕射：当接收机和发射机之间的无线路径绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利被尖利的边缘阻挡时的边缘阻挡时发生绕射。由阻挡表面产生的二次发生绕射。由阻挡表面产生的二次波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。具有无限宽度、有效高度为具有无限宽度、有效高度为h的阻挡屏放在距发射的阻挡屏放在距发射机机d1、接收机、接收机d2处。波的实际传播距离与直线距处。波的实际传播距离与直线距离是不同的。离是不同的。(其中其中h,发射机高度与接收机发射机高度与接收机高度相差不多。高度相差不多。)20160323华南理工大学广州学院33图图2-5 刃形绕射接收机和发射机刃形绕射接收机和发射机n附加路径长度：附加路径长度：n相相应的相位差应的相位差：2.3.2 绕射绕射(Diffraction)2016032334华南理工大学广州学院(h,)2.3.2 绕射绕射(Diffraction)n绕射现象可由惠更斯绕射现象可由惠更斯-菲涅尔原理来解释菲涅尔原理来解释惠更斯菲涅尔惠更斯菲涅尔原理原理菲涅尔区菲涅尔区基尔霍夫公式基尔霍夫公式2016032335华南理工大学广州学院n惠更斯菲涅尔原理惠更斯菲涅尔原理原理原理波前上每点产生的次级波组合形成传播方向上新的波前波前上每点产生的次级波组合形成传播方向上新的波前绕射由次级波的传播进入阴影区而形成绕射由次级波的传播进入阴影区而形成场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和说明说明任一任一P点，只有夹角点，只有夹角为为即即(TPR)的次级的次级波前能到达接收点波前能到达接收点R。在在0 到到180180之间变化，之间变化，到达接收点辐射能量到达接收点辐射能量与与成正比。成正比。2.3.2 绕射绕射(Diffraction)2016032336华南理工大学广州学院n菲涅尔区菲涅尔区从发射点到接收点次级波路径长度比直接路径长度从发射点到接收点次级波路径长度比直接路径长度大大n/2的连续区域。的连续区域。接收点信号的合成接收点信号的合成n为奇数时，两信号抵消为奇数时，两信号抵消n为偶数时，两信号叠加为偶数时，两信号叠加菲涅尔区同心半径菲涅尔区同心半径2.3.2 绕射绕射(Diffraction)(2-15)2016032337华南理工大学广州学院2.3.2 绕射绕射(Diffraction)第一菲涅尔区半径（第一菲涅尔区半径（n=1）特点）特点在接收点处第一菲涅尔区的场强是全部场强的在接收点处第一菲涅尔区的场强是全部场强的一半一半发射机和接收机的距离略大于第一菲涅尔区，发射机和接收机的距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以达到接收机。则大部分能量可以达到接收机。rn=h20160323华南理工大学广州学院38n基尔霍夫公式基尔霍夫公式从波前点到空间任何一点的场强从波前点到空间任何一点的场强 式中，式中，E是波面场强，是波面场强，是与波面正交的场强导是与波面正交的场强导数。数。20160323华南理工大学广州学院392.3.2 绕射绕射(Diffraction)n菲涅尔余隙菲涅尔余隙：设障碍物与发射点、接收点的相对位：设障碍物与发射点、接收点的相对位置如图所示，图中置如图所示，图中x表示障碍物顶点表示障碍物顶点P至直线至直线TR之间之间的垂直距离，在传播理论中的垂直距离，在传播理论中x称为菲涅尔余隙。称为菲涅尔余隙。20160323华南理工大学广州学院40（a a）负余隙）负余隙 （b b）正余隙）正余隙图图 菲涅尔余隙菲涅尔余隙2.3.2 绕射绕射(Diffraction)n障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙之间的障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系如图所示。其中关系如图所示。其中x1称菲涅尔半径（称菲涅尔半径（第一第一菲涅尔半径菲涅尔半径）。）。n结论结论：当横坐标：当横坐标x/x10.5时，则障碍物对直射时，则障碍物对直射波的传播基本上没有影响。当波的传播基本上没有影响。当x=0时，时，TR直直射线从障碍物顶点擦过时，绕射损耗约射线从障碍物顶点擦过时，绕射损耗约6dB；当当xhc时，可以用粗糙表面的修正反射时，可以用粗糙表面的修正反射系数系数rough来表示反射场强来表示反射场强，即，即2.3.3 散射散射(Scattering)2016032347华南理工大学广州学院n射线跟踪：根据电磁波传播理论计算每条射射线跟踪：根据电磁波传播理论计算每条射线的幅度、相位、延迟和极化，然后结合天线的幅度、相位、延迟和极化，然后结合天线方向图和系统带宽得到接收点所有射线的线方向图和系统带宽得到接收点所有射线的相干合成的结果。相干合成的结果。n几何光学原理：反射、折射和阴影几何光学原理：反射、折射和阴影n绕射理论：绕射理论：几何绕射理论几何绕射理论(GTD)一致绕射理论一致绕射理论(UTD)2.4 地面电磁波传播的射线跟踪建模地面电磁波传播的射线跟踪建模2016032348华南理工大学广州学院2.4.1 双射线传播模型双射线传播模型n在在图图2-7中中，由由发发射射点点A发发出出的的电电波波分分别别经经过过直直射射线线(AB)与与地地面面反反射射路路径径(AOB)到到达达接接收收点点B，由由于于两两者者的的路路径径不不同同，从从而而会会产产生生附附加加相相移移。由由图图可可知知，反反射波与直射波的路径差为射波与直射波的路径差为通常通常(ht+hr)d图图2-7 双射线模型双射线模型(2-22)2016032349华南理工大学广州学院n由路径差由路径差d引起的附加相移引起的附加相移为为 式中，式中，2/称为传播相移常数。称为传播相移常数。这时接收点场强这时接收点场强E可表示为可表示为(2-24)(2-23)2.4.1 双射线传播模型双射线传播模型接收点信号功率为接收点信号功率为2016032350华南理工大学广州学院n0为自由空间特性阻抗，因为为自由空间特性阻抗，因为2.4.1 双射线传播模型双射线传播模型2016032351华南理工大学广州学院并并考考虑虑到到地地面面传传播播环环境境下下R-1，1(弧弧度度)，所以所以并并接收功率对接收功率对距离增大呈距离增大呈4次次方衰减，这比方衰减，这比自由空间中的自由空间中的损耗要快得多。损耗要快得多。(2-25)(2-27)2.4.2 多射线传播模型多射线传播模型n当存在建筑物和起伏地形时，接收信号中将当存在建筑物和起伏地形时，接收信号中将包括建筑物等反射的电波。此时可用三径、包括建筑物等反射的电波。此时可用三径、四径等多径模型来描述移动信道。四径等多径模型来描述移动信道。20160323华南理工大学广州学院52(2-28)n陆地移动通信的随参信道陆地移动通信的随参信道大尺度衰落：路径传输损耗、阴影衰落大尺度衰落：路径传输损耗、阴影衰落小尺度衰落：多谱勒频移、多径小尺度衰落：多谱勒频移、多径n对对移动信道来说，其传输环境比较复杂，和移动信道来说，其传输环境比较复杂，和自由空间有比较大的区别，而无线传播环境自由空间有比较大的区别，而无线传播环境决定了电波传播的损耗，所以人们通常根据决定了电波传播的损耗，所以人们通常根据测试数据分析归纳出基于不同环境的经验模测试数据分析归纳出基于不同环境的经验模型型，在此基础上对模型进行校正，使其更加在此基础上对模型进行校正，使其更加接近实际，更准确。接近实际，更准确。2.5 路径传输损耗路径传输损耗2016032353华南理工大学广州学院n1.Okumura模型模型Okumura模型是在无线传播模型中应用最广泛的模型是在无线传播模型中应用最广泛的一种，适用于频率在一种，适用于频率在500MHz1920MHz的宏蜂窝的宏蜂窝设计。设计。L Lfs Amu f,dGT hteGR hreGAREAL 为传播路径损耗中值为传播路径损耗中值，单位为单位为dB；Lfs 为自由空间传播损耗，单位为为自由空间传播损耗，单位为dB；Amu 为与电磁波工作频率为与电磁波工作频率 f 和收发天线之间距离和收发天线之间距离d 相关相关的损耗因子；的损耗因子；GT hte 为发射天线的增益，单位为为发射天线的增益，单位为 dB；GR hre 为接收天线的增益，单位为为接收天线的增益，单位为 dB；GAREA 为与地形有关的增益因子，单位为为与地形有关的增益因子，单位为 dB。2.5.1 室外传播模型室外传播模型2016032354华南理工大学广州学院n2.Okumura-Hata模型模型Okumura-Hata模型是在模型是在Okumura模型的基础上简化推演模型的基础上简化推演得出的，适用于频率范围为得出的，适用于频率范围为150MHz 1500MHz之间，小之间，小区半径大于区半径大于1km的宏蜂窝系统的路径损耗的预测。的宏蜂窝系统的路径损耗的预测。L 69.55 26.16lg fc 13.82lghb hre 44.9 6.55lghb lgd Ccell Cterrainfc为为电磁波工作频率电磁波工作频率，单位为，单位为MHz；hb 为基站天线高度，单位为为基站天线高度，单位为m，定义为基站天线实际海，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拔高拔高度与基站沿传播方向实际距离内的平均地面海拔高度之差度之差；hre为接收天线的为接收天线的有效高度有效高度，单位为，单位为 m；d为基站天线和移动台天线之间的水平距离，单位为为基站天线和移动台天线之间的水平距离，单位为km。Cterrain为地形因子，单位为为地形因子，单位为dB2.5.1 室外传播模型室外传播模型2016032355华南理工大学广州学院n2.Okumura-Hata模型模型L 69.55 26.16lg fc 13.82lghb hre 44.9 6.55lghb lgd Ccell Cterrainhre 为有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数，可为有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数，可由下式计算得到：由下式计算得到：Ccell 为小区类型校正因子，可由下式计算得到：为小区类型校正因子，可由下式计算得到：2.5.1 室外传播模型室外传播模型2016032356华南理工大学广州学院中小城市中小城市大城市、郊大城市、郊区、乡村区、乡村城市城市郊区郊区乡村乡村n3.COST 231-Hata模型模型COST欧洲研究欧洲研究委员会开发的委员会开发的Hata模型的扩展版本，其应模型的扩展版本，其应用频率扩展到用频率扩展到1500MHz至至2000MHz之间，而其他适用条之间，而其他适用条件与件与Okumura-Hata模型相同，因此，也有专家称模型相同，因此，也有专家称COST231-Hata模型是模型是Hata模型在模型在2G频段上的扩展。频段上的扩展。L dB 46.3 33.9lg fc 13.82lghte hre 44.9 6.55lghte lgd Ccell Cterrain CMCM为大城市中心校正因子，单位为为大城市中心校正因子，单位为dB：COST 231-Hata模型模型除了频率衰减系数、常数偏移有所改除了频率衰减系数、常数偏移有所改变之外，还加入了大城市中心校正因子变之外，还加入了大城市中心校正因子CM，增加了，增加了3dB。2.5.1 室外传播模型室外传播模型2016032357华南理工大学广州学院中等城市和郊区中等城市和郊区大城市中心地区大城市中心地区n4.COST 231-Walfisch-Ikegami模型模型 在实际应用中发现，在实际应用中发现，COST 231-Hata模型在高楼密集的城模型在高楼密集的城区的预测值与实测值之间的误差比较大。为了改善高楼密区的预测值与实测值之间的误差比较大。为了改善高楼密集城区的链路计算，根据实测数据并参考集城区的链路计算，根据实测数据并参考Walfisch-Bertoni模型和模型和Ikegami模型的理论基础，将模型的理论基础，将COST 231-Hata模型模型分成自由空间传播损耗、屋顶到街道衍射和散射损耗以及分成自由空间传播损耗、屋顶到街道衍射和散射损耗以及多次屏蔽三个部分。因此这种模型就被称为多次屏蔽三个部分。因此这种模型就被称为COST 231-Walfisch-Ikegami 模型。模型。由于它考虑了自由空间损耗、从建筑物顶到街面的损耗以由于它考虑了自由空间损耗、从建筑物顶到街面的损耗以及街道方向的影响，因此，它可以适用于发射天线高于、及街道方向的影响，因此，它可以适用于发射天线高于、等于或低于周围建筑物的传播预测，并广泛适用于建筑物等于或低于周围建筑物的传播预测，并广泛适用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境。其适用的频率范围为高度近似一致的郊区和城区环境。其适用的频率范围为800MHz2000MHz。262.5.1 室外传播模型室外传播模型2016032358华南理工大学广州学院2.5.1 室外传播模型室外传播模型n4.COST 231-Walfisch-Ikegami模型模型n该模型中的主要参数有：该模型中的主要参数有：hroof(m)：建筑物屋顶平均高度；：建筑物屋顶平均高度；w(m)：移动台所在街道宽度；：移动台所在街道宽度；b(m)：相邻建筑物中心的距离；：相邻建筑物中心的距离；：街区轴线与发射机和接收机天线的夹角。：街区轴线与发射机和接收机天线的夹角。n这些参数的定义见图这些参数的定义见图2-8。2016032359华南理工大学广州学院2.5.1 室外传播模型室外传播模型n4.COST 231-Walfisch-Ikegami模型模型n (a)模型中所用的参数；模型中所用的参数；(b)街道方位的定义街道方位的定义图图2-8 COST 231-WI模型参数模型参数(NLOS)2016032360华南理工大学广州学院2.5.1 室外传播模型室外传播模型n4.COST 231-Walfisch-Ikegami模型模型n该模型适用的范围：该模型适用的范围：频率频率f：8002000 MHz；距离距离d：0.025 km；基站天线高度基站天线高度hb：45m；移动台天线高度移动台天线高度hm：13 m。2016032361华南理工大学广州学院2.5.1 室外传播模型室外传播模型n 4.COST 231-Walfisch-Ikegami模型模型视距传播视距传播(LOS)非视距传播非视距传播(NLOS)n 1)可视传播路径损耗可视传播路径损耗 视传播路径损耗的计算公式为视传播路径损耗的计算公式为 L=42.6+26lgd+20lgf (2-35)式式中中损损耗耗L以以dB计计算算，距距离离d以以km计计算算，频频率率f以以MHz计计算算。(下下面面公公式式中中的的参参量量单单位位与与该该式式相相同同。)2016032362华南理工大学广州学院2.5.1 室外传播模型室外传播模型n 2)非可视传播路径损耗非可视传播路径损耗 非可视传播路径损耗的计算公式为非可视传播路径损耗的计算公式为 (2-36)式式中中，Lfs是是自自由由空空间间传传播播损损耗耗；Lrts是是屋屋顶顶至至街街道道的绕射及散射损耗；的绕射及散射损耗；Lmsd是多重屏障的绕射损耗。是多重屏障的绕射损耗。(1)自由空间传播损耗的计算公式为自由空间传播损耗的计算公式为 Lfs=32.45+20lgd+20lgf (2-37)2016032363华南理工大学广州学院2.5.1 室外传播模型室外传播模型n(2)屋屋 顶顶 至至 街街 道道 的的 绕绕 射射 及及 散散 射射 损损 耗耗(基基 于于Ikegami模型模型)的计算公式为的计算公式为(2-38)式式中中：w为为街街道道宽宽度度(m)；hm=hroof-hm为为基基站站天天线线所所在在公公交交车车处处建建筑筑物物高高度度hroof与与移移动动台台天天线线高高度度hm之之差差(m)；Lori是是考考虑虑到街道方向的实验修正值，到街道方向的实验修正值，且且 035355555hroofhbhroof hbhroof hbhroof且d0.5kmhbhroof且d0.5km(2-42)2.5.1 室外传播模型室外传播模型2016032366华南理工大学广州学院n以上参数的值如下：以上参数的值如下：2.5.1 室外传播模型室外传播模型hbhroof hbhroof(2-43)用于中等城市及具有中等密用于中等城市及具有中等密度树木的郊区中心度树木的郊区中心 用于大城市中心用于大城市中心(2-44)2016032367华南理工大学广州学院n5.CCIR模型模型 CCIR模型综合考虑了自由空间路径损耗和地形模型综合考虑了自由空间路径损耗和地形引入的路径损耗对无线电波传播的影响。计算公引入的路径损耗对无线电波传播的影响。计算公式为式为:L 69.55 26.16lg fc 13.82lghte hre 44.9 6.55lghte lgd B引模型为引模型为Hata模型在城市传播环境下的应用，式模型在城市传播环境下的应用，式中中B为地物覆盖校正因子为地物覆盖校正因子B=30-25lg(地面建筑覆盖率地面建筑覆盖率)如果如果15%的区域被建筑物覆盖，则的区域被建筑物覆盖，则 B=30-25lg15=0dB2.5.1 室外传播模型室外传播模型2016032368华南理工大学广州学院n6.SPM模型模型现在很多的网络规划软件中经常使用标准传播模现在很多的网络规划软件中经常使用标准传播模型，即型，即SPM（Standard Propagation Model）模型，模型，它是建立在它是建立在COST231-Hat