第3章 移动信道的传播特性PPT课件

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1、第第3章章 移动信道的传播移动信道的传播特性特性主要内容主要内容移动通信信道下电波传播特性移动通信信道下电波传播特性1自由空间的电波传输自由空间的电波传输23 3种基本电波的传播机制种基本电波的传播机制种基本电波的传播机制种基本电波的传播机制3阴影衰落的基本特性阴影衰落的基本特性阴影衰落的基本特性阴影衰落的基本特性4移动无线信道及特性参数移动无线信道及特性参数移动无线信道及特性参数移动无线信道及特性参数5电波传播损耗预测模型电波传播损耗预测模型电波传播损耗预测模型电波传播损耗预测模型6 概述概述 v为什么要研究无线信道？为什么要研究无线信道？ 无线通信系统的性能主要受到无线信道的制约，无线信无

2、线通信系统的性能主要受到无线信道的制约，无线信道具有多样性，移动信道的衰落特性取决于无线电波传播道具有多样性，移动信道的衰落特性取决于无线电波传播环境。不同的环境，其传播特性也不尽相同。环境。不同的环境，其传播特性也不尽相同。v如何描述无线信道？如何描述无线信道？ 对移动信道进行研究的基本方法有三种：理论分析对移动信道进行研究的基本方法有三种：理论分析 、现场电波传播实测现场电波传播实测 、移动信道的计算机模拟、移动信道的计算机模拟 。 v移移动动环环境境中中电电波波传传播播特特性性研研究究的的结结果果往往往往用用下下述述两两种方式给出：种方式给出：对移动环境中电波传播特性给出某种统计描述。对

3、移动环境中电波传播特性给出某种统计描述。建立电波传播模型。建立电波传播模型。 v为为解解决决移移动动通通信信系系统统的的设设计计问问题题，必必须须搞搞清清三三个个问问题：题：无无线线电电信信号号在在移移动动信信道道中中可可能能发发性性的的变变化化以以及及发发生生这这些些变化的原因。变化的原因。对对于于特特定定的的无无线线传传输输技技术术，这这些些变变化化对对传传输输质质量量和和系系统统性能有什么影响。性能有什么影响。有哪些方法或技术可供用来克服这些不利影响。有哪些方法或技术可供用来克服这些不利影响。 3.1 无线电波基本传播特性无线电波基本传播特性 v3.1.1无线电波传播方式无线电波传播方式

4、 无线电波从发射机天线发出，可以沿着不同的途无线电波从发射机天线发出，可以沿着不同的途径和方式到达接收机天线。主要电波传播方式有径和方式到达接收机天线。主要电波传播方式有地面波传播、直射波传播以及地面反射波，见下地面波传播、直射波传播以及地面反射波，见下图图3-13-1。（1 1）直射波传播）直射波传播 从从发发射射天天线线发发出出的的电电波波直直接接到到达达接接收收天天线线的的传传播播方方式式，又称视距传播，为又称视距传播，为VHF和和UHF频段的主要传播方式。频段的主要传播方式。（2 2）地面反射波）地面反射波 从发射天线发出经过地面反射到达接收天线的电波。从发射天线发出经过地面反射到达接

5、收天线的电波。（3 3）地表面波传播）地表面波传播 电电波波沿沿着着地地球球表表面面传传播播的的方方式式，地地面面波波的的传传播播损损耗耗随随着着频频率率升升高高急急剧剧增增加加，传传播播距距离离迅迅速速减减小小，在在VHF和和UHF频频段段，可以忽略。可以忽略。3.3.1无线电波传播方式无线电波传播方式3.1.2 直射波（自由空间的电波传播）直射波（自由空间的电波传播） 直直射射波波传传播播可可以以按按照照自自由由空空间间传传播播来来考考虑虑，存存在在空空间间传传播播损损耗耗。在在这这种种理理想想空空间间中中，不不存存在在电电波波的的反反射射、折折射射、绕绕射射、色色散散和和吸吸收收等等现现

6、象象，而而且且电电波波传传播播速率等于真空中光速速率等于真空中光速c。自由空间是电波传播的最简化模型自由空间是电波传播的最简化模型3.1.2 3.1.2 直射波（自由空间的电波传播）直射波（自由空间的电波传播）直射波（自由空间的电波传播）直射波（自由空间的电波传播）在理想的、均在理想的、均在理想的、均在理想的、均匀的、各向同匀的、各向同匀的、各向同匀的、各向同性的介质中传性的介质中传性的介质中传性的介质中传播，只存在电播，只存在电播，只存在电播，只存在电磁波能量扩散磁波能量扩散磁波能量扩散磁波能量扩散而引起的传播而引起的传播而引起的传播而引起的传播损耗损耗损耗损耗传播传播损耗损耗接收接收功率功

7、率传播传播损耗损耗接收接收换算换算自由空间自由空间电波传播电波传播分贝表示分贝表示自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗v在自由空间传播条件下，接收信号功率在自由空间传播条件下，接收信号功率PR可用可用下式计算：下式计算： 为发射天线的增益为发射天线的增益, , 是接收天线增益，是接收天线增益， 是波长，是波长， 为传播距离。为传播距离。v在在工工程程上上，通通常常用用传传输输损损耗耗来来表表示示电电波波通通过过传传输输媒媒质质时时的的功功率率损损耗耗。将将发发送送功功率率PT与与接接收收功功率率PR之之比比定定义义为为传传输输损损耗耗，或或称称系系统统损损耗耗。可可得得出出传传输损耗输损耗Lf

8、s的表达式为：的表达式为： 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:(3 - 9) (3 - 10) v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) = 32.44+20lg d(km)+20lg f(MHz) (3 - 13)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。(3 - 12) 自由空间路径损耗自由空间路径损耗vLfs定定义义为为自自由由空空间间路路径径损损耗耗，有有时时又又称称为为自自由由空空间间

9、基基本本传传输输损损耗耗，它它表表示示自自由由空空间间中中两两个个理理想想点点源源天天线线（增增益益系系数数G=1的的天天线线）之之间间的的传传输输损损耗耗。应应该该指指出出，Lfs与与收收、发发天天线线增增益益无无关关，仅仅与与频频率率和和距距离离有有关关。Lfs反反映映的的确确实实是是传输信道的特征。传输信道的特征。v自自由由空空间间是是不不吸吸收收电电磁磁能能量量的的理理想想介介质质。这这里里所所谓谓的的自自由由空空间间传传输输损损耗耗是是指指直直射射波波在在传传播播过过程程中中，随随着着传传播播距距离离增增大大，电电磁磁能能量量在在扩扩散散过过程程中中引引起起的的直直射射波波扩扩散散损

10、损耗耗。实实际际上上，接接收收天天线线所所捕捕获获的的信信号号功功率率仅仅仅仅是是发发射射天天线线辐辐射射功功率率的的很很小小一一部部分分，而而大大部部分分能能量量都都散散失失掉掉了了，自自由由空空间间损损耗耗正反映了这一点。正反映了这一点。v当当f或或d扩大一倍时，扩大一倍时，Lfs均增加均增加6dB。Mobile Communication Theory3.1.3 大气中电波传播大气中电波传播w w阻挡体比传输波长阻挡体比传输波长阻挡体比传输波长阻挡体比传输波长大的多的物体大的多的物体大的多的物体大的多的物体w w产生多径衰落的主产生多径衰落的主产生多径衰落的主产生多径衰落的主要因素要因素

11、要因素要因素 w w产生于不均匀的底层大气产生于不均匀的底层大气产生于不均匀的底层大气产生于不均匀的底层大气w w阻挡体为尖利边缘阻挡体为尖利边缘阻挡体为尖利边缘阻挡体为尖利边缘反射反射折射折射绕射绕射3.1.3 大气中电波传播大气中电波传播v假假设设电电波波沿沿直直线线传传播播，在在均均匀匀大大气气中中是是正正确确的的。而而实实际际无无线线信信道道，电电波波是是在在对对流流层层中中传传播播。大大气气的的温温度度、湿湿度度和和压压力力都都随随着着地地区区和和高高度度的的不不同同而而变变化化，因因此此是是不不均均匀匀的的，会会使使电电波波产产生生折折射射、散散射以及吸收的现象射以及吸收的现象.（

12、1） 折射的基本概念折射的基本概念v当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，从而使电由于不同高度上的电波传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲，波射束发生弯曲， 弯曲的方向和程度取决于大气弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度折射率的垂直梯度dn/dh。这种由大气折射率引起。这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，称为电波传播方向发生弯曲的现象，称为大气对电波大气对电波的折射的折射。折射现象折射现象在在不不考考虑虑传传导导电电流流和和介介质质磁磁化化的的情情况况下下，介介质质折折射射率率n与与相相对对介介电

13、电系系数数r的关系为的关系为(3 - 14) 众众所所周周知知，大大气气的的相相对对介介电电系系数数与与温温度度、湿湿度度和和气气压压有有关关。大大气气高高度度不不同同，r也也不不同同，即即dn/dh是是不不同同的的。根根据据折射定律，折射定律，电波传播速度电波传播速度v与大气折射率与大气折射率n成反比，成反比，即即(3-15)式中，式中， c为光速。为光速。 （2）地球等效半径）地球等效半径v大大气气折折射射对对电电波波传传播播的的影影响响，在在工工程程上上通通常常用用“地地球球等等效效半半径径”来来表表征征，即即认认为为电电波波依依然然按按直直线线方方向向行行进进，只只是是地地球球的的实实

14、际际半半径径R0(6.37106 m)变变成成了了等等效效半半径径Re, Re与与R0之之间的关系为间的关系为 ：式中，式中，k称作地球等效半径系数称作地球等效半径系数。 (3)视线传播极限距离视线传播极限距离v由由于于地地球球表表面面的的弯弯曲曲，视视线线传传播播有有一一个个极极限限距距离离。并并且且，视视线线传传播播是是一一种种远远距距离离传传播播，必必须须考考虑虑大大气气折折射射。应应该该采采用等效地球半径。用等效地球半径。u视视线线传传播播的的极极限限距距离离可可由由图图计计算算，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

15、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，视视线线传传播的极限距离播的极限距离d为为(3 19)在标准大气折射情况下，在标准大气折射情况下， Re=8500km, 故故(3 - 20) 式中，式中， ht、 hr的单位是的单位是m, d的单位是的单位是km。 3.1.4障碍物的影响及绕射损耗障碍物的影响及绕射损耗 为为了了衡衡量量障障碍碍物物对对传传播播通通路路影影响响的的程程度度，定定义义一一个个费费涅涅尔尔余余隙隙的的概概念念。如如图图中中所所示示，障障碍碍物物定定顶顶点点P到到发发射射端端与与接接受受端端的的连连线线TR的的距距离离x称称为为费费涅

16、涅尔尔余余隙隙。当当障障碍碍物物阻阻挡挡视视通通时时，规规定余隙为负；不阻挡视通时，规定余隙为正。定余隙为负；不阻挡视通时，规定余隙为正。 图图 3 - 3 障碍物与余隙障碍物与余隙 (a) 负余隙；负余隙； (b) 正余隙正余隙第一费涅尔区半径第一费涅尔区半径v由由上上图图可可以以推推导导出出，第第一一费费涅涅尔尔区区在在P点点横横截截面面的的半半径径为为x1 ，可求得：可求得： 式中，式中，d， x1， 的单位是的单位是m 在在工工程程上上，根根据据障障碍碍物物的的费费涅涅尔尔余余隙隙与与第第一一费费涅涅尔尔区区在在障障碍碍物物处处横横截截面面半半径径之之比比，求求出出相相对对于于自自由由

17、空空间间的的绕绕射射附附加加损损耗耗，并并制制成成图图表表, ,表表示示为为由由障障碍碍物物引引起起的的绕绕射射损损耗耗与菲涅尔余隙的关系，如图与菲涅尔余隙的关系，如图3-43-4所示。所示。图3 4 绕射损耗与余隙关系3.1.5 3.1.5 反射波反射波反射波反射波vv如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回来来来来1 1、反射系数、反射系数、反射系数、反射系数（RR）反射场强与入射场强反射场强与入射场强反射场强与入射场强反射场强与入射场强的比值的比

18、值的比值的比值 。 式中，式中， |R|为反射点上反射波场强与入射波场强的振幅比，为反射点上反射波场强与入射波场强的振幅比，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。2 2、极化特性、极化特性、极化特性、极化特性vv极化极化极化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电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变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化的状态化的状态化的状态vv电磁波的极化形式电磁波的极化形式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

19、线极化、圆极化和椭圆极化线极化、圆极化和椭圆极化vv线极化的两种特殊情况线极化的两种特殊情况线极化的两种特殊情况线极化的两种特殊情况 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）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）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）3 3、典型地面传播两径模型、典型地面传播两径模型 在简化条件下，地面电波传播的典型模型是一个两径模在简化条件下，地面电波传播的典型模型是一个两径模型：由基站天线与移动台天线之间的直射波和两者之间经型：由基站天线与移动台天线

20、之间的直射波和两者之间经过地面的反射波组成过地面的反射波组成图 3 - 5 反射波与直射波u由图由图3-5，反射波与直射波的路径差为，反射波与直射波的路径差为u 是是反反射射路路径径与与直直射射路路径径的的相相位位差差，它它与与两两者者路路径径差差的的关关系为系为u当当传传播播路路径径远远大大于于天天线线高高度度时时，并并假假设设一一定定的的简简化化条条件件，接收天线接收天线B处的总场强为处的总场强为 (3 - 29) (3 - 28)(3 - 30) 3.2 移动信道的特征移动信道的特征3.2.1 传播路径与信号衰落传播路径与信号衰落v 在在VHF、 UHF移动信道中，移动信道中， 电波传播

21、方式除了上述的直电波传播方式除了上述的直射波和地面反射波之外，射波和地面反射波之外， 还需要考虑传播路径中各种障碍还需要考虑传播路径中各种障碍物所引起的散射波。物所引起的散射波。Mobile Communication Theory粗糙表面，反射能量于所有方向粗糙表面，反射能量于所有方向表面光滑度的判定表面光滑度的判定粗糙表面下的反射场强粗糙表面下的反射场强图 3 - 6 移动信道的传播路径3.2.1 传播路径与信号衰落传播路径与信号衰落v电波通过各个路径电波通过各个路径的距离不同，因而的距离不同，因而各条反射波到达时各条反射波到达时间不同，相位也就间不同，相位也就不同。不同相位的不同。不同相

22、位的多个信号在接收端多个信号在接收端叠加，有时同相叠叠加，有时同相叠加而增强，有时反加而增强，有时反相叠加而减弱。这相叠加而减弱。这样，接收信号的幅样，接收信号的幅度将急剧变化，即度将急剧变化，即产生了衰落，称为产生了衰落，称为多径衰落多径衰落。v移移动动信信道道环环境境27图 3 - 7 典型信号衰落特性典型信号衰落特性典型信号衰落特性 陆地移动传播特性陆地移动传播特性 移动环境下场强变化剧烈移动环境下场强变化剧烈v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v场强特性曲线的中值呈慢速变化场强特性曲线的中值呈

23、慢速变化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慢衰落慢衰落慢衰落慢衰落地形起伏、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v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快衰落快衰落快衰落快衰落v几种衰落产生的原因几种衰落产生的原因几种衰落产生的原因几种衰落产生的原因空间传播损耗空间传播损耗空间传播损耗空间传播损耗阴影效应阴影效应阴影效应阴影

24、效应与传播地形和地物分布、高度有关，表现为慢衰落与传播地形和地物分布、高度有关，表现为慢衰落与传播地形和地物分布、高度有关，表现为慢衰落与传播地形和地物分布、高度有关，表现为慢衰落多径效应多径效应多径效应多径效应由移动体周围的局部散射引起的多径传播，表现为快衰落由移动体周围的局部散射引起的多径传播，表现为快衰落由移动体周围的局部散射引起的多径传播，表现为快衰落由移动体周围的局部散射引起的多径传播，表现为快衰落多普勒效应多普勒效应多普勒效应多普勒效应由于移动体的运动速度和方向引起，多径条件下引起多由于移动体的运动速度和方向引起，多径条件下引起多由于移动体的运动速度和方向引起，多径条件下引起多由于

25、移动体的运动速度和方向引起，多径条件下引起多普勒频谱展宽。普勒频谱展宽。普勒频谱展宽。普勒频谱展宽。Mobile Communication Theory3.2.2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落多径信道的多径信道的多径信道的多径信道的统计分析统计分析统计分析统计分析多径衰落信道的多径衰落信道的多径衰落信道的多径衰落信道的分类分类分类分类衰落特性的衰落特性的衰落特性的衰落特性的特征量特征量特征量特征量多径衰落的多径衰落的多径衰落的多径衰落的基本特性基本特性基本特性基本特性多普勒频移多普勒频移多普勒频移多普勒频移多径信道的多径信道的多径信道的多径信道的信道模型信道模型信道模型信道模型描述多

26、径信道的描述多径信道的描述多径信道的描述多径信道的主要参数主要参数主要参数主要参数一、快衰落产生的原因一、快衰落产生的原因一、快衰落产生的原因一、快衰落产生的原因: :多径效应多径效应多径效应多径效应多普勒效应多普勒效应多普勒效应多普勒效应3.2.2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落二、多径衰落的基本特性二、多径衰落的基本特性二、多径衰落的基本特性二、多径衰落的基本特性vv幅度衰落幅度衰落幅度衰落幅度衰落幅度随移动台移动距离的变动而衰落幅度随移动台移动距离的变动而衰落幅度随移动台移动距离的变动而衰落幅度随移动台移动距离的变动而衰落 空间角度空间角度空间角度空间角度 模拟系统主要考虑模拟系统

27、主要考虑模拟系统主要考虑模拟系统主要考虑 原因原因原因原因 本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落Mobile Communication Theory3.2.2 3.2.2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落二、多径衰落的基本特性二、多径衰落的基本特性vv时延扩展时延扩展时延扩展时延扩展脉冲宽度扩展脉冲宽度扩展脉冲宽度扩展脉冲宽度扩展 时间角度时间角度时间角度时间角度 数字系统主要考虑数字系统主要考虑数字系统主要考虑数字系统主要考虑 原因原因

28、原因原因 信号传播路径不同，到达接收端的时间也就不同，导信号传播路径不同，到达接收端的时间也就不同，导信号传播路径不同，到达接收端的时间也就不同，导信号传播路径不同，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致接收信号包含发送脉冲及其各个延时信号致接收信号包含发送脉冲及其各个延时信号致接收信号包含发送脉冲及其各个延时信号三、三、多普勒频移多普勒频移 v移动台在运动中通信时，接收信号频移动台在运动中通信时，接收信号频率会发生变化，称为多普勒效应。由率会发生变化，称为多普勒效应。由此引起的附加频移称为多普勒频移此引起的附加频移称为多普勒频移 这这里里 是是入入射射电电波波与

29、与移移动动台台运运动动方方向向的的夹角，夹角，是运动速度，是运动速度，是波长。是波长。 上式中，上式中， 为为 是是fi的最的最大值大值,称为最大多普勒频移。称为最大多普勒频移。3.2.2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落Mobile Communication Theory3.2.2 3.2.2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落vv说明说明说明说明 多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电波多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电波多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电波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

30、有关：入射方向之间的夹角有关：入射方向之间的夹角有关：入射方向之间的夹角有关： 若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正（接（接收信号收信号频率上升频率上升频率上升频率上升） 若移动台背向入射波方向运动，则多普勒频移为负（接若移动台背向入射波方向运动，则多普勒频移为负（接收信号收信号频率下降频率下降频率下降频率下降） 信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号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频谱扩散，因而增加了信号带宽。的多普勒频

31、谱扩散，因而增加了信号带宽。的多普勒频谱扩散，因而增加了信号带宽。的多普勒频谱扩散，因而增加了信号带宽。三、三、多普勒频移多普勒频移 四、多径接收信号的统计特征 v在陆地移动通信中，在陆地移动通信中， 移动台往往受到各种障碍物和其它移移动台往往受到各种障碍物和其它移动体的影响，动体的影响， 以致到达移动台的信号是来自不同传播路径以致到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和，假设基站发射的信号为：的信号之和，假设基站发射的信号为：v式中，式中， 0为载波角频率，为载波角频率， 0为载波初相。为载波初相。 (3 - 32) v考虑到考虑到多普勒频移多普勒频移及及多径效应多径效应，经反射，经反射

32、( (或散射或散射) )到达接收到达接收天线的第天线的第i i个信号为个信号为Si(t)，其振幅为其振幅为i，相移为相移为i。处于运处于运动之中的移动台的接收的第动之中的移动台的接收的第i i个信号可以表示为：个信号可以表示为：(3 - 34) 为了对多径信号作出数学描述，首先给出下列假设：为了对多径信号作出数学描述，首先给出下列假设：（1）在发信机与收信机之间没有直射波通路；）在发信机与收信机之间没有直射波通路；（2）有有大大量量反反射射波波存存在在，且且到到达达接接收收天天线线的的方方向向角角是是随随机机的的，相相位位也也是是随随机机的的，且且在在02内内均均匀分布；匀分布；（3）各个反射

33、波的幅度和相位都是统计独立的。）各个反射波的幅度和相位都是统计独立的。 一般说来，在离基站较远、反射物较多的地区，一般说来，在离基站较远、反射物较多的地区，是符合上述假设的。是符合上述假设的。v在上述假设条件，多径接收信号可以表示为：在上述假设条件，多径接收信号可以表示为：(3 - 35) 令：令： (3 - 36) (3 - 37) 则则S(t)可写成可写成 S(t) = (x+jy)expj(0t+0) (3 - 38) 式中式中，为为x,y的标准偏差接收天线处的信号振幅为的标准偏差接收天线处的信号振幅为r，上两式表明，上两式表明，接收信号的相位服从接收信号的相位服从02的均匀分布，的均匀

34、分布，接收信号包络服从瑞利分布。接收信号包络服从瑞利分布。 由由于于x和和y都都是是独独立立随随机机变变量量之之和和，因因而而根根据据概概率率的的中中心心极极限限定定理理，大大量量独独立立随随机机变变量量之之和和的的分分布布趋趋向向正正态态分分布布，可可以以推导出多径接收信号的相位和包络的概率密度函数：推导出多径接收信号的相位和包络的概率密度函数：r0 (3 - 44) 02 (3 - 45)， 有关接收信号包括的统计量有关接收信号包括的统计量 v由式由式(3 - 44)(3 - 44)不难得出瑞利衰落信号的如下一些特征：不难得出瑞利衰落信号的如下一些特征：v均值均值v均方值：均方值：v中中值

35、值：满满足足P（rrm）=0.5的的rm值值称称为为信信号号包包络络样样本本区区间的中值间的中值(3 - 47) (3 - 46) 瑞利分布概率密度瑞利分布概率密度 v瑞利分布的概率密度函数瑞利分布的概率密度函数p(r)与与r/的关系如图的关系如图 3 - 9 所示。所示。 图 3 - 9 瑞利分布的概率密度图图3-10瑞利衰落的累积分布瑞利衰落的累积分布Mobile Communication Theory五、快衰落的瞬时幅度特性五、快衰落的瞬时幅度特性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1 1、电平通过率、电平通过率 v指在单位时间内信号电平以正斜率

36、通过某一给定电平指在单位时间内信号电平以正斜率通过某一给定电平A的的次数。次数。五、快衰落的瞬时幅度特性五、快衰落的瞬时幅度特性2 2、衰落速率、衰落速率v指信号包络在单位时间内以正斜率通过中值电平的次数。指信号包络在单位时间内以正斜率通过中值电平的次数。衰落率与发射频率、移动台行进速度和方向以及多径传播的路径数有关。衰落率与发射频率、移动台行进速度和方向以及多径传播的路径数有关。 3 3、衰落深度、衰落深度v指信号的有效值（均方根值）与最小值之间的差距。指信号的有效值（均方根值）与最小值之间的差距。4 4、衰落的持续时间分布、衰落的持续时间分布v指信号包络低于某一电平的持续时间。指信号包络低

37、于某一电平的持续时间。u慢慢衰衰落落或或长长期期衰衰落落：接接收收天天线线处处的的局局部部中中值值电电平平随随地地点点、时时间间以以及及移移动动台台速速度度作作比比较较平平缓缓的的变变化化，其其衰衰落落周周期期以以秒秒级级计。计。 慢慢衰衰落落近近似似服服从从对对数数正正态态分分布布（指指以以分分贝贝数数表表示示的的信信号号电电平平为为正正态分布）。态分布）。u衰衰落落储储备备：为为了了防防止止因因衰衰落落（包包括括快快衰衰落落和和慢慢衰衰落落）引引起起的的通通信信中中断断，在在信信道道设设计计中中，必必须须使使信信号号的的电电平平留留有有足足够够的的余余量量，以以使使中中断断率率R小小于于规

38、规定定指指标标，这这种种电电平平余余量量称称为为衰衰落落储储备备。 衰衰落落储储备备的的大大小小由由地地形形、地地物物、工工作作频频率率和和要要求求的的通通信信可可靠靠性性指指标决定。标决定。3.2.3 慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备3.2.4 多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽v假设基站发射一个极短的脉冲信号假设基站发射一个极短的脉冲信号Si(t)=a0(t)，经过经过多径信道后，多径信道后，移动台接收信号呈现为一串脉冲，移动台接收信号呈现为一串脉冲，结果使结果使脉冲宽度被展宽了。脉冲宽度被展宽了。这种因多径传播造成信号时间扩散这种因多径传播造成信号时间扩散的现象，的现象，称为称

39、为多径时散多径时散。 1. 多径时散多径时散1. 多径时散多径时散v时延扩展时延扩展：在一串接收脉冲中，最大传输时延和最小传输：在一串接收脉冲中，最大传输时延和最小传输时延的差值，记为时延的差值，记为，即最后一个可分辨的时延信号与第，即最后一个可分辨的时延信号与第一个时延信号的差值。由于时延扩展，接收信号中一个码一个时延信号的差值。由于时延扩展，接收信号中一个码元的波形会扩展到其他码元周期中，引起元的波形会扩展到其他码元周期中，引起码间串扰码间串扰。v一般情况下，一般情况下， 接收到的信号为接收到的信号为N N个不同路径传来的信号之个不同路径传来的信号之和，和， 即：即：(3 - 51) 式中

40、，式中， ai是第是第i条路径的衰减系数；条路径的衰减系数；i(t)为第为第i条路径的条路径的相对延时差。相对延时差。 图图 3 - 16 多径时延信号强度多径时延信号强度时延扩展时延扩展可以用实测信号的统计平均的方法来定义。可以用实测信号的统计平均的方法来定义。时延扩展时延扩展v定义定义E(t)的一阶矩为平均多径时延的一阶矩为平均多径时延 ，vE(t)的均方根为多径时延散布的均方根为多径时延散布(简称时散简称时散)， 常称作时延扩常称作时延扩展，展， 记作记作。 可按以下公式计算可按以下公式计算 和和：(3 - 52) (3 - 53) 式式中中，表表示示多多径径时时延延散散布布的的程程度度

41、。越越大大，时时延延扩扩展展越越严严重重；越小，时延扩展越轻。越小，时延扩展越轻。 为为了了避避免免码码间间串串扰扰，应应使使码码元元周周期期大大于于多多径径效效应应引引起起的的时时延延扩展扩展 。或者等效地说码元速率。或者等效地说码元速率Rb小于时延扩展的倒数。即小于时延扩展的倒数。即 时延扩展典型实测数据时延扩展典型实测数据 表表3-1多径时散参数典型值多径时散参数典型值2 2、相关带宽、相关带宽 v根据衰落与频率的关系，可将衰落分为两种：根据衰落与频率的关系，可将衰落分为两种：频频率选择性衰落率选择性衰落与与非频率选择性衰落非频率选择性衰落，后者又称为，后者又称为平坦衰落。平坦衰落。v所

42、谓所谓频率选择性衰落频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状是指信号中各分量的衰落状况与频率有关，即传输信道对信号中不同频率成况与频率有关，即传输信道对信号中不同频率成分有不同的随机的响应。分有不同的随机的响应。v所谓所谓非频率选择性衰落非频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落是指信号中各分量的衰落状况与频率无关，即信号经过传输后，各频率分状况与频率无关，即信号经过传输后，各频率分量所遭受的衰落具有一致性，即相关性，因而衰量所遭受的衰落具有一致性，即相关性，因而衰落信号的波形不失真。落信号的波形不失真。 从时延扩展角度说明相关带宽从时延扩展角度说明相关带宽从时延扩展角度说明相关带宽从时延扩展角度说

43、明相关带宽 v两径情况两径情况两径情况两径情况接收信号接收信号接收信号接收信号等效网络传递函数等效网络传递函数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信道的幅频特性信道的幅频特性 当当当当 时，信号同相叠加，出现峰点时，信号同相叠加，出现峰点时，信号同相叠加，出现峰点时，信号同相叠加，出现峰点 当当当当时，信号反相相减，出现谷点时，信号反相相减，出现谷点时，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相邻两个谷点的相邻两个谷点的 , ,两相邻场强两相邻场强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为最小值

44、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成反比成反比由由此此可可见见，两两相相邻邻场场强强为为最最小小值值的的频频率率间间隔隔是是与与相相对对多多径径时时延延差差(t)成成反反比比的的，通通常常称称Bc为为多多径径时时散散的的相相关关带带宽宽。 若若所所传传输输的的信信号号带带宽宽较较宽宽，以以至至与与Bc可可比比拟拟时时，则则所所传传输输的的信信号号将将产产生明显的畸变。生明显的畸变。 v对于移动信道来说，存在一个相关带宽。对于移动信道来说，存在一个相关带宽。v当信号的带宽小于相关带宽时，发生非频率选择性衰落。当信号的带宽小于相关带宽时，发生非频率选择性衰落。v当信号带宽

45、大于相关带宽时，发生频率选择性衰落。当信号带宽大于相关带宽时，发生频率选择性衰落。v 工程上，工程上， 对于角度调制信号，对于角度调制信号， 相关带宽可按下式估算：相关带宽可按下式估算：(3 - 56) 式中， 为时延扩展。 3.3 陆地移动信道的传输损耗陆地移动信道的传输损耗3.3.1 接收机输入电压、接收机输入电压、 功率与场强的关系功率与场强的关系 1. 接收机输入电压的定义接收机输入电压的定义 参参见见图图3-19。将将电电势势为为Us和和内内阻阻为为Rs的的信信号号源源(如如天天线线)接接到到接接收收机机的的输输入入端端， 若若接接收收机机的的输输入入电电阻阻为为Ri且且Ri=Rs，

46、 则则接接收收机机输输入入端端的的端端电电压压U=Us/2， 相相应应的的输输入入功功率率P=U2s/4R。由由于于Ri=Rs=R是是接接收收机机和和信信号号源源满满足足功功率率匹匹配配的的条条件件，因因此此U2s/4R是是接接收收机机输输入入功功率率的最大值，的最大值， 常称为额定输入功率。常称为额定输入功率。(3 - 57) (3 - 58) 式中，式中， Us以以V计。计。为了计算方便，为了计算方便， 电压或功率常以分贝计。电压或功率常以分贝计。 其中，其中， 电压电压常以常以1V作基准，作基准， 功率常以功率常以1mW作基准，作基准， 因而有：因而有：3.3.1 接收机输入电压、接收机

47、输入电压、 功率与场强的关系功率与场强的关系 1. 接收机输入电压的定义接收机输入电压的定义2. 接收场强与接收电压的关系接收场强与接收电压的关系 当当采采用用线线天天线线时时，接接收收场场强强E是是指指有有效效长长度度为为1m的的天天线线所所感感应应的的电电压压值值，常常以以V/m作作单单位位。 为为了了求求出出基基本本天天线线即即半半波波振振子子所所产产生生的的电电压压， 必必须须先先求求半半波波振振子子的的有有效效长长度度(参参见见图图 3 - 20)。矩矩形形的的长长度度即即为为半半波波振振子子的的有有效效长长度度。 经经过过计计算算半半波波振振子天线的有效长度为子天线的有效长度为/。

48、 这样半波振子天线的感应电压这样半波振子天线的感应电压Us为为 (3 - 59) 式式中中，E的的单单位位为为V/m，以以m为为单单位位，Us的的单单位位为为V。若若场场强用强用dBV/m计，则计，则 2. 接收场强与接收电压的关系接收场强与接收电压的关系(3 - 60)在实际中， 接收机的输入电路与接收天线之间并不一定满足上述的匹配条件(Rs=Ri=R)。 在这种情况下， 为了保持匹配， 在接收机的输入端应加入一阻抗匹配网络与天线相连接， 如图 3 - 21 所示。接收机输入端的端电压U与天线上的感应电势Us有以下关系：3.3.2 地形、地形、 地物分类地物分类1. 地形的分类与定义地形的分

49、类与定义 为为了了计计算算移移动动信信道道中中信信号号电电场场强强度度中中值值(或或传传播播损损耗耗中中值值)， 可可将将地地形形分分为为两两大大类类， 即即中中等等起起伏伏地地形形和和不不规规则则地地形形， 并以中等起伏地形作传播基准。并以中等起伏地形作传播基准。 所所谓谓中中等等起起伏伏地地形形，是是指指在在传传播播路路径径的的地地形形剖剖面面图图上上，地地面面起起伏伏高高度度不不超超过过20m，且且起起伏伏缓缓慢慢，峰峰点点与与谷谷点点之之间间的的水水平平距距离离大大于于起起伏伏高高度度。其其它它地地形形如如丘丘陵陵、孤孤立立山山岳岳、斜斜坡坡和和水陆混合地形等统称为不规则地形。水陆混合

50、地形等统称为不规则地形。地形分类地形分类实际地形从电波传播的角度考虑，可分为两大类，实际地形从电波传播的角度考虑，可分为两大类，即即中等起伏地形中等起伏地形和和不规则地形不规则地形。地形地形h(m)非常平坦地形非常平坦地形05平坦地形平坦地形510中等起伏地形中等起伏地形准平坦地形准平坦地形1020小土岗式起伏地形小土岗式起伏地形2040丘陵地形丘陵地形4080小山区小山区80150山区山区150300不规则地形不规则地形陡峭山区陡峭山区300700特别陡峭山区特别陡峭山区=7002、天线有效高度、天线有效高度 移动台天线有效高度定义为移动台天线距地面的实际高度。移动台天线有效高度定义为移动台

51、天线距地面的实际高度。基站天线有效高度基站天线有效高度hb定义为沿电波传播方向，距基站天线定义为沿电波传播方向，距基站天线315km的范围内平均地面高度以上的天线高度的范围内平均地面高度以上的天线高度。图图 3 - 22 基站天线有效高度基站天线有效高度(hb)3、传播环境分类、传播环境分类 不不同同地地物物环环境境其其传传播播条条件件不不同同， 按按照照地地物物的的密密集集程程度度不同可分为三类地区：不同可分为三类地区： （1）开阔地区）开阔地区 在在电电波波传传播播的的路路径径上上无无高高大大树树木木、 建建筑筑物物等等障障碍碍物物， 呈开阔状地面，呈开阔状地面， 如农田、如农田、 荒野、

52、荒野、 广场、广场、 沙漠和戈壁滩等。沙漠和戈壁滩等。 （2）郊区）郊区 在在靠靠近近移移动动台台近近处处有有些些障障碍碍物物但但不不稠稠密密， 例例如如，有有少少量量的低层房屋或小树林等。的低层房屋或小树林等。（3）市区）市区 有较密集的建筑物和高层楼房。有较密集的建筑物和高层楼房。 Okumura（奥村）模型（奥村）模型vOkumura（奥村）模型提供的数据较齐全，应（奥村）模型提供的数据较齐全，应用较广泛，适用于用较广泛，适用于UHF和和VHF频段。频段。vOkumura模型的特点是：以中等起伏地形市区模型的特点是：以中等起伏地形市区地区的场强中值或路径损耗作为基准，对于不同地区的场强中

53、值或路径损耗作为基准，对于不同的传播环境和地形条件等因素用校正因子加以修的传播环境和地形条件等因素用校正因子加以修正。正。3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中值中等起伏地形上传播损耗的中值1. 市区传播损耗的中值市区传播损耗的中值u 在在计计算算各各种种地地形形、 地地物物上上的的传传播播损损耗耗时时， 均均以以中中等等起起伏伏地地上上市市区区的的损损耗耗中中值值或或场场强强中中值值作作为为基基准准， 因因而而把把它它称称作作基准中值或基本中值。基准中值或基本中值。u由由电电波波传传播播理理论论可可知知， 传传播播损损耗耗取取决决于于传传播播距距离离d、 工工作作频率频率f、基站天线高度、基

54、站天线高度hb和移动台天线高度和移动台天线高度hm等。等。3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中值中等起伏地形上传播损耗的中值图图3-23中等起伏地上市区基本损耗中值中等起伏地上市区基本损耗中值1. 市区传播损耗的中值市区传播损耗的中值图图3-24天线高度增益因子天线高度增益因子(a)基站基站Hb(hb,d);(b)移动台移动台Hm(hm,f)1. 市区传播损耗的中值市区传播损耗的中值 给出中等起伏地区市区的中值路径损耗：给出中等起伏地区市区的中值路径损耗：1. 市区传播损耗的中值市区传播损耗的中值此此外外，市市区区的的场场强强中中值值还还与与街街道道走走向向( (相相对对于于电电波波传传播播

55、方方向向) )有有关关。纵纵向向路路线线( (与与电电波波传传播播方方向向相相平平行行) )的的损损耗耗中中值值明明显显小小于于横横向向路路线线( (与与传传播播方方向向相相垂垂直直) )的的损损耗耗中中值值。 图图3-3-25 25 给出了它们相对于基准场强中值的修正曲线。给出了它们相对于基准场强中值的修正曲线。 郊郊区区场场强强中中值值与与基基准准场场强强中中值值之之差差称称为为郊郊区区修修正正因因子子，记记作作Kmr， 它与频率和距离的关系如图它与频率和距离的关系如图 3 - 26 所示。所示。 2. 郊区和开阔地损耗的中值郊区和开阔地损耗的中值图 3 - 26 郊区修正因子图图3-27

56、给给出出的的是是开开阔阔地地、准准开开阔阔地地(开开阔阔地地与与郊郊区区间间的的过过渡渡区区)的的场场强强中中值值相相对对于于基基准准场场强强中中值值的的修修正正曲曲线线。Qo表表示开阔地修正因子示开阔地修正因子,Qr表示准开阔地修正因子。表示准开阔地修正因子。2. 郊区和开阔地损耗的中值郊区和开阔地损耗的中值图图 3 - 27 开阔地、开阔地、 准开阔地修正因子准开阔地修正因子在在求求损损耗耗中中值值时时（郊郊区区、开开阔阔地地），应应先先求求出出市市区区传播损耗中值，再减去传播损耗中值，再减去或或或或2. 郊区和开阔地损耗的中值郊区和开阔地损耗的中值1. 丘陵地的修正因子丘陵地的修正因子

57、丘丘陵陵地地的的地地形形参参数数用用地地形形起起伏伏高高度度h表表征征。 它它的的定定义义是是： 自自接接收收点点向向发发射射点点延延伸伸10 km的的范范围围内内，地地形形起起伏伏的的90%与与10%的的高高度度差差即即为为h。 这这一一定定义义只只适适用用于于地地形形起起伏伏达数次以上的情况。达数次以上的情况。3.3.4 不规则地形上传播损耗的中值不规则地形上传播损耗的中值 丘陵地的修正因子分为两项丘陵地的修正因子分为两项n丘陵地平均修正因子丘陵地平均修正因子n丘陵地微小修正因子丘陵地微小修正因子 图图 3 - 28 丘陵地场强中值修正因子丘陵地场强中值修正因子(a) 修正因子修正因子Kh

58、; (b) 微小修正因子微小修正因子Khf1. 丘陵地的修正因子丘陵地的修正因子当当电电波波传传播播路路径径上上有有近近似似刃刃形形的的单单独独山山岳岳时时，若若求求山山背背后后的的电电场场强强度度，一一般般从从相相应应的的自自由空间场强中减去刃峰绕射损耗即可。由空间场强中减去刃峰绕射损耗即可。但但对对天天线线高高度度较较低低的的陆陆上上移移动动台台来来说说，还还必必须须考考虑虑障障碍碍物物的的阴阴影影效效应应和和屏屏蔽蔽吸吸收收等等附附加加损损耗耗。由由于于附附加加损损耗耗不不易易计计算算，故故仍仍采采用用统统计计方法给出的修正因子方法给出的修正因子Kjs曲线。曲线。 2. 孤立山岳修正因子

59、孤立山岳修正因子Kjs图 3 - 29 孤立山岳修正因子Kjs 斜斜坡坡地地形形系系指指在在510km范范围围内内的的倾倾斜斜地地形形。 若若在在电电波波传传播播方方向向上上， 地地形形逐逐渐渐升升高高， 称称为为正正斜斜坡坡， 倾倾角角为为+m； 反反之之为负斜坡，为负斜坡， 倾角为倾角为-m， 如图如图 3 - 30 的下部所示。的下部所示。3. 斜波地形修正因子斜波地形修正因子Ksp图图3-30斜坡地形修正因子斜坡地形修正因子Ksp在在传传播播路路径径中中如如遇遇有有湖湖泊泊或或其其它它水水域域， 接接收收信信号号的的场场强强往往往往比比全全是是陆陆地地时时要要高高。 为为估估算算水水陆

60、陆混混合合路路径径情情况况下下的的场场强强中中值值， 用用水水面面距距离离dSR与与全全程程距距离离d的的比比值值作作为为地地形形参参数数。 此此外外， 水水陆陆混混合合路路径径修修正正因因子子KS的的大大小小还还与与水水面面所所处处的的位位置置有有关。关。4. 水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子KS图图3-31水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子 故以市区基准场强中值路径损耗作为基础，针对不同故以市区基准场强中值路径损耗作为基础，针对不同传播环境和不规则地形的各种因素，用修正因子加以修正，传播环境和不规则地形的各种因素，用修正因子加以修正，就可以得到不规则地形环境中值路径损耗：就可

61、以得到不规则地形环境中值路径损耗：1.中等起伏地市区中接收信号的功率中值中等起伏地市区中接收信号的功率中值PP中中等等起起伏伏地地市市区区接接收收信信号号的的功功率率中中值值PP(不不考考虑虑街街道道走走向向)可可由下式确定由下式确定PP=P0-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm,f)(3-63)式中，式中，P0为自由空间传播条件下的接收信号的功率，为自由空间传播条件下的接收信号的功率，即即(3 - 64) 3.3.5 任意地形地区的传播损耗的中值任意地形地区的传播损耗的中值 式中：式中：PT发射机送至天线的发射功率；发射机送至天线的发射功率；工作波长；工作波长；d收发天线间的距离；

62、收发天线间的距离；Gb基站天线增益；基站天线增益；Gm移动台天线增益。移动台天线增益。Am(f, d)是是中中等等起起伏伏地地市市区区的的基基本本损损耗耗中中值值， 即即假假定定自自由由空空间间损损耗耗为为0dB， 基基站站天天线线高高度度为为200m, 移移动动台台天天线线高高度度为为3m的情况下得到的损耗中值，的情况下得到的损耗中值， 它可由图它可由图 3 - 23 求出。求出。 Hb(hb, d)是是基基站站天天线线高高度度增增益益因因子子， 它它是是以以基基站站天天线线高高度度200m为基准得到的相对增益，为基准得到的相对增益， 其值可由图其值可由图 3 - 24(a)求出。求出。Hm

63、(hm, f)是是移移动动台台天天线线高高度度增增益益因因子子， 它它是是以以移移动动台台天线高度天线高度3m为基准得到的相对增益，为基准得到的相对增益， 可由图可由图 3 - 24(b)求得。求得。 若若需需要要考考虑虑街街道道走走向向， 式式(3 - 63)还还应应再再加加上上纵纵向向或或横横向路径的修正值。向路径的修正值。PP=P0-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm ,f) 任任意意地地形形地地区区接接收收信信号号的的功功率率中中值值以以中中等等起起伏伏地地市市区区接接收收信号的功率中值信号的功率中值PP为基础，为基础， 加上地形地物修正因子加上地形地物修正因子KT， 即即

64、PPC = PP+KT (3 - 65) 地形地物修正因子地形地物修正因子KT一般可写成一般可写成 KT = Kmr+Qo+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+KS (3 - 66)2. 任意地形地区接收信号的功率中值任意地形地区接收信号的功率中值PPC式中：式中： Kmr郊区修正因子，郊区修正因子， 可由图可由图 3 - 26 求得；求得； Qo、 Qr开阔地或准开阔地修正因子，开阔地或准开阔地修正因子， 可由图可由图 3 - 27 求得；求得； Kh、 Khf丘陵地修正因子及微小修正因子，丘陵地修正因子及微小修正因子， 可由图可由图 3 - 28 求得；求得； Kjs孤立山岳修正因子，孤立

65、山岳修正因子， 可由图可由图 3 - 29 求得；求得； Ksp斜坡地形修正因子，斜坡地形修正因子， 可由图可由图 3 - 30 求得；求得； KS水陆混合路径修正因子，水陆混合路径修正因子， 可由图可由图 3 - 31 求得。求得。任意地形地区的传播损耗中值任意地形地区的传播损耗中值 LA = LT-KT (3 - 67)式中，式中， LT为中等起伏地市区传播损耗中值，为中等起伏地市区传播损耗中值， 即即 LT = Lfs+Am(f, d)-Hb(hb, d)-Hm(hm, f) (3 - 68)2. 任意地形地区接收信号的功率中值任意地形地区接收信号的功率中值PPC例例 3-2 某某一一移

66、移动动信信道道， 工工作作频频段段为为450MHz， 基基站站天天线线高高度度为为50m，天天线线增增益益为为6dB，移移动动台台天天线线高高度度为为3m， 天天线线增增益益为为 0dB；在在市市区区工工作作，传传播播路路径径为为中中等等起起伏伏地地， 通通信信距离为距离为 10km。 试求：试求： (1) 传播路径损耗中值；传播路径损耗中值； (2) 若若基基站站发发射射机机送送至至天天线线的的信信号号功功率率为为 10W， 求求移移动动台天线得到的信号功率中值。台天线得到的信号功率中值。解解(1)根根据据已已知知条条件件，KT=0,LA=LT，式式(3-68)可分别计算如下：可分别计算如下

67、：由式由式(3-13)可得自由空间传播损耗可得自由空间传播损耗Lfs= 32.44+20lgf+20lgd= 32.44+20lg450+20lg10= 105.5dB由图由图3-23查得市区基本损耗中值查得市区基本损耗中值 Am(f,d)=27dB由图由图3-24(a)可得基站天线高度增益因子可得基站天线高度增益因子 Hb(hb,d)=-12dB移动台天线高度增益因子移动台天线高度增益因子Hm(hm,f)=0dB把把上上述述各各项项代代入入式式(3-68)，可可得得传传播播路路径径损损耗耗中中值值为为LA=LT=105.5+27+12=144.5dB(2)由由式式(3-63)和和式式(3-6

68、4)可可求求得得中中等等起起伏伏地地市市区区中接收信号的功率中值中接收信号的功率中值例例3-3 若若上上题题改改为为郊郊区区工工作作， 传传播播路路径径是是正正斜斜坡坡， 且且m=15mrad, 其其它它条条件件不不变变， 再再求求传传播播路路径径损损耗耗中中值值及及接接收收信信号功率中值。号功率中值。 解解 由由式式(3-67)可可知知LA=LT-KT， 由由上上例例已已求求得得LT=144.5dB。 根根据据已已知知条条件件，地地形形地地区区修修正正因因子子KT只只需需考考虑虑郊郊区区修修正正因因子子Kmr和斜坡修正因子和斜坡修正因子Ksp，因而，因而 KT = Kmr+Ksp 由图由图

69、3 - 26 查得查得Kmr为为 Kmr = 12.5dB由图由图3-30查得查得Ksp为为Ksp=3dB所以传播路径损耗中值为所以传播路径损耗中值为LA = LT-KT = LT- (Kmr+Ksp) = 144.5-15.5=129dB接收信号功率中值为接收信号功率中值为PPC= PT+Gb+Gm-LA= 10+6-129=-113dBW=-83dBm或或PPC= PP+KT=-98.5dBm+15.5dB=-83dBm3.4.1传播损耗预测模型传播损耗预测模型1.Hata模型模型Hata模模型型是是针针对对3.3节节讨讨论论的的由由Okumura用用图图表表给给出出的的路路径径损损耗耗数

70、数据据的的经经验验公公式式，该该公公式式的范围：的范围：l fc是在是在1501500MHz内的工作频率内的工作频率lhb是基站发射机的有效天线高度，适用范围是基站发射机的有效天线高度，适用范围30200 ml hre是移动台接收机的有效天线高度，适用范围是移动台接收机的有效天线高度，适用范围110 mld是收发天线之间的距离，适用范围是收发天线之间的距离，适用范围110km3.4 移动信道的传播模型移动信道的传播模型 1. Hata模型模型 Mobile Communication Theoryvv路径损耗计算的经验公式路径损耗计算的经验公式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

71、中式中式中 工作频率（工作频率（工作频率（工作频率（MHzMHz） 基站天线有效高度（基站天线有效高度（基站天线有效高度（基站天线有效高度（ mm），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），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站沿传播方向实际距离内的平均地面海波高度之站沿传播方向实际距离内的平均地面海波高度之站沿传播方向实际距离内的平均地面海波高度之 移动台天线有效高度（移动台天线有效高度（移动台天线有效高度（移动台天线有效高度（mm），定义为移动台天线高出地表的高度），定义为移动台天线高出地表

72、的高度），定义为移动台天线高出地表的高度），定义为移动台天线高出地表的高度 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 （kmkm） 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地形校正因子，反映一些重要的地形环境因素对路径损

73、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 欧欧洲洲研研究究委委员员会会COST-231在在Walfish和和Ikegami分分别别提提出出的的模模型型的的基基础础上上， 对对实实测测数数据据加加以以完完善善而而提提出出了了COST-231WalfishIkegami模型。模型。 这这种种模模型型考考虑虑到到了了自自由由空空间间损损耗耗、 沿沿传传播播路路径径的的绕绕射射损损耗耗以以及移动台与周围建筑屋顶之间的损耗。及移动台与周围建筑屋顶之间的损耗。 COST-231模型已被用于微小区的实际工程设计。模型已被用于微小区的实际工程设计。 2. COST-231Walfish

74、Ikegami模型模型 该模型中的主要参数有：该模型中的主要参数有：建筑物高度建筑物高度hroof(m)；道路宽度道路宽度w(m)；建筑物的间隔建筑物的间隔b(m)；相相对对于于直直达达无无线线电电路路径径的的道道路方位路方位。该模型适用的范围：该模型适用的范围：频频率率f：8002000MHz；距离距离d：0.025km；基基站站天天线线高高度度hb：450m；移移动动台台天天线线高高度度hm：13m。1)可视传播路径损耗可视传播路径损耗可视传播路径损耗的计算公式为可视传播路径损耗的计算公式为Lb=42.6+26lgd+20lgf(3-75)式中损耗式中损耗Lb以以dB计算，计算，距离距离d

75、以以km计算，计算，频率频率f以以MHz计算。计算。(下面公式中的参量单位与该式相同。下面公式中的参量单位与该式相同。) 2. COST-231WalfishIkegami模型模型 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 Lb=L0+Lrts+Lmsd(3-76)式式中中，L0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 L0=32.4+20lgd+20lgf

76、v一般来说，一般来说，用用COST-231模型作微蜂房覆盖区预测时，模型作微蜂房覆盖区预测时，需要详细的街道及建筑物的数据，需要详细的街道及建筑物的数据，不宜采用统计近似值。不宜采用统计近似值。v但但在在缺缺乏乏周周围围建建筑筑物物详详细细数数据据时时，COST-231推推荐荐使使用用下述缺省值：下述缺省值：v b=2050m；v w=b/2;v hroof=3（楼层数）（楼层数）+ v =90。3 斜顶斜顶0 平顶平顶应应该该说说明明，当当基基站站天天线线高高度度与与其其附附近近的的屋屋顶顶高高度度大大致致在在同同一一水水平平时时，其其高高度度差差的的微微小小变变化化将将引引起起路路径径损损

77、耗耗的的急急剧剧变变化化， 此此时时采采用用COST-231COST-231模模型型进进行行场场强强预预测测误误差差较较大大。此此外外， 当天线高度远小于屋顶高度时，误差也较大。当天线高度远小于屋顶高度时，误差也较大。 Mobile Communication Theory2.6.2 2.6.2 室内传播模型室内传播模型vv显著特点显著特点显著特点显著特点vv常用的几种室内传播模型常用的几种室内传播模型常用的几种室内传播模型常用的几种室内传播模型vv影响因素影响因素影响因素影响因素3.室内室内(办公室办公室)测试环境路径损耗模型测试环境路径损耗模型室内室内(办公室办公室)路径损耗的基础是路径损

78、耗的基础是COST-231模型，模型，定义如下：定义如下：(3-87) 式中：式中：Lfs发射机和接收机之间的自由空间损耗；发射机和接收机之间的自由空间损耗；Lc固定损耗；固定损耗；kwi被穿透的被穿透的i类墙的数量；类墙的数量；n被穿透楼层数量；被穿透楼层数量；Lwii类墙的损耗；类墙的损耗；Lf相邻层之间的损耗；相邻层之间的损耗；b经验参数。经验参数。表表3-2 对损耗分类的加权平均对损耗分类的加权平均(3-88) 式式中中， d为为收收发发信信机机的的距距离离间间隔隔(m)， n为为在在传传播播路路径径中中楼楼层层的的数数目目。 L在在任任何何情情况况下下应应不不小小于于自自由由空空间间

79、的的损损耗，耗， 对数正态阴影衰落标准偏差为对数正态阴影衰落标准偏差为12 dB。 室内路径损耗室内路径损耗(dB)模型可用下面的简化形式表示模型可用下面的简化形式表示:总结总结v移动通信信道下电磁波传播的特点移动通信信道下电磁波传播的特点v自由空间传播损耗自由空间传播损耗v大气中的电波传播大气中的电波传播v障碍物影响障碍物影响菲涅余隙菲涅余隙v三种不同损耗与三种效应三种不同损耗与三种效应v衰落储备衰落储备v多径时散概念多径时散概念v电压功率的分贝表示方法电压功率的分贝表示方法v中中等等起起伏伏地地区区市市区区的的中中值值路路径径损损耗耗/接接收收信信号号的的功功率率中值中值v任意地形的传播路径损耗任意地形的传播路径损耗/接收功率中值接收功率中值vHata模型与模型与Cost-231模型的使用范围模型的使用范围97同学们同学们来学校和回家的路上要注意安全来学校和回家的路上要注意安全98同学们同学们来学校和回家的路上要注意安全来学校和回家的路上要注意安全