第三章移动信道的传播特性

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1、第三章 移动信道的传播特性1主要内容u无线电波的传播特性无线电波的传播特性u移动信道的特征移动信道的特征u陆地移动信道的传输损耗陆地移动信道的传输损耗u移动信道的传播模型移动信道的传播模型2无线电波的传播特性u以以VHF/UHF频段传播特性为例频段传播特性为例VHF：30M300MHzUHF：300M3000MHzu电波传播方式电波传播方式发射机天线发出的无线电波，可依不同的路径到达接收发射机天线发出的无线电波，可依不同的路径到达接收机，当频率机，当频率f30 MHz时，典型的传播通路为时，典型的传播通路为3无线电波的传播特性（续）（续）u直射波直射波：从发射天线直接到达接收天线的电波，：从发

2、射天线直接到达接收天线的电波，主要传播方式主要传播方式u地面地面反射波反射波：电波经地面反射到达接收天线：电波经地面反射到达接收天线u地表面波：电波沿地球表面传播。损耗随频率升地表面波：电波沿地球表面传播。损耗随频率升高而急剧增大，在高而急剧增大，在VHF/UHF频段地表面波的传播频段地表面波的传播忽略不计忽略不计u障碍物反射和散射：产生多径衰落障碍物反射和散射：产生多径衰落4直射波直射波u直射波传播可按直射波传播可按自由空间传播自由空间传播来考虑。来考虑。自由空间传播：指天线周围为无限大真空时的电波传自由空间传播：指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。播，它是理想传播条件。u

3、电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所所吸收吸收，也不会产生，也不会产生反射或散射反射或散射。u实际情况下，只要地面上空的实际情况下，只要地面上空的大气层是各向同性大气层是各向同性的均匀媒质的均匀媒质，其相对介电常数，其相对介电常数和相对导磁率和相对导磁率都都等于等于1，传播路径上没有障碍物阻挡传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计线的地面反射信号场强也可以忽略不计，在这样，在这样情况下，电波可视作在自由空间传播。情况下，电波可视作在自由空间传播。5直射波直射波（续）（续）u自由空间传播不会产生反射、折射

4、、绕射、散射和吸收自由空间传播不会产生反射、折射、绕射、散射和吸收u当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由于辐射能量的扩散而引起的由于辐射能量的扩散而引起的自由空间传播损耗自由空间传播损耗u自由空间传播损耗的计算自由空间传播损耗的计算由电磁场理论可知，由电磁场理论可知， 若各向同性天线若各向同性天线(亦称亦称全向天线全向天线或或无方向性天线无方向性天线)的辐射功率为的辐射功率为PT瓦时，则距辐射源瓦时，则距辐射源d米处的米处的电场强度有效值电场强度有效值E0为为 6 磁场强度有效值磁场强度有效值H0为为 单位面积上的电波功率密度单

5、位面积上的电波功率密度S为为 用用天线增益为天线增益为GT的方向性天线的方向性天线取代同向天线取代同向天线直射波直射波（续）（续）7 接收天线获取的电波功率接收天线获取的电波功率等于该点的电波功率密度乘以等于该点的电波功率密度乘以接收天线的有效面积，即接收天线的有效面积，即 直射波直射波（续）（续）8 式中，式中，AR为接收天线的有效面积，它与接收天线增益为接收天线的有效面积，它与接收天线增益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。 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，接接收收天天线线上上获得的功获得

6、的功率为率为 直射波直射波（续）（续）9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 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。 (3-13)u结论：结论：自由空间传播自由空间传播损耗只与工作频率损耗只与工作频率 f 和传播距离和传播距离d有关有关直射波直射波（续）（续）10大气中的电波传播大气中的电波传播u实际移动信道中，电波在低层大气中传播实际移动信道中，电波在低层大气中传播低层大气并不是均匀介质，会发生折射和吸收现象低层大气并不是均匀介质，会发生折射和吸收现象u在在VHF/UHF频段频段折射现象折射现象尤为突出，尤为突出，

7、直接影响视线传播的直接影响视线传播的极限距离极限距离u大气折射大气折射在不考虑传导电流和介质磁化的情况下，介质折射在不考虑传导电流和介质磁化的情况下，介质折射率率n与相对介电系数与相对介电系数r的关系为的关系为11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同，不同，r也不同，即大气折射率的垂直梯度也不同，即大气折射率的垂直梯度dn/dh是不同的。是不同的。根据折射定律，电波传播速度根据折射定律，电波传播速度v与大气折与大气折射率射率n成反比，即成反比，即 式中，式中，c为光速。为光速。 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

8、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，从而使电波射束发生弯曲，度上的电波传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲， 弯曲弯曲的方向和程度取决于的方向和程度取决于dn/dh。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，称为大气对电波的折射大气对电波的折射。大气折射12 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际际半半径径R0(6.37106 m)变

9、变成成了了等等效效半半径径Re, Re与与R0之间的关系为之间的关系为 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。 大气折射（续）（续）13 当当dn/dh0时时，表表示示大大气气折折射射率率n随随着着高高度度升升高高而而减减少少。因因而而k1, ReR0。 在在标标准准大大气气折折射射情情况况下下，即即当当dn/dh-410-8(l/m)，等等效效地地球球半半径径系系数数k=4/3，等等效地球半径效地球半径Re=8 500km。结论：结论：大气折射有利于超视距的传播大气折射有利于超视距的传播在在视视线线距距离离内内，因因为为由由折折射射现现象象所所产产生生的的折折射射波波会会

10、同直射波同时存在，从而也会产生多径衰落。同直射波同时存在，从而也会产生多径衰落。 大气折射（续）（续）14视线传播极限距离视线传播极限距离u求求视线传播距离视线传播距离d1+d2=?15自发射天线顶点A到切点C的距离d1为 同理，由切点C到接收天线顶点B的距离d2为 在标准大气折射情况下，Re=8 500km, 故 式中，ht、hr的单位是m, d的单位是km。 视线传播极限距离视线传播极限距离（续）（续）16障碍物的影响与绕射损耗障碍物的影响与绕射损耗u实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物u由障碍物引起的附加传播损耗称为由障碍物引起的附加传播损

11、耗称为绕射损耗绕射损耗u障碍物与发射点和接收点的相对位置障碍物与发射点和接收点的相对位置u菲涅尔余隙菲涅尔余隙x障碍物顶点障碍物顶点P至直射线至直射线TR的距离的距离u负余隙负余隙u正余隙正余隙17u绕射损耗与菲涅尔余绕射损耗与菲涅尔余隙的关系隙的关系uX1：第一菲涅尔区在：第一菲涅尔区在P点横截面的半径点横截面的半径障碍物的影响与绕射损耗障碍物的影响与绕射损耗（续）（续）18u结论：结论：当当x/x10.5 时，附加损耗约为时，附加损耗约为0dB， 即障碍物对直即障碍物对直射波传播基本上没有影响。为此，在选择天线高度时，射波传播基本上没有影响。为此，在选择天线高度时，根据地形尽可能使服务区内

12、各处的菲涅尔余隙根据地形尽可能使服务区内各处的菲涅尔余隙x0.5x1; 当当x0，即直射线低于障碍物顶点时，损耗急剧增加，即直射线低于障碍物顶点时，损耗急剧增加当当x=0时，即时，即TR直射线从障碍物顶点擦过时，附加损直射线从障碍物顶点擦过时，附加损耗约为耗约为 6 dB障碍物的影响与绕射损耗障碍物的影响与绕射损耗（续）（续）19 例例 设图 3 - 3(a)所示的传播路径中，菲涅尔余隙x=-82m, d1=5km, d2=10km, 工作频率为150MHz。试求出电波传播损耗。 解解 先由式(3 - 13)求出自由空间传播的损耗Lfs为 由式(3 - 21)求第一菲涅尔区半径x1为 由图 3

13、 - 4 查得附加损耗(x/x1-1)为17dB, 所以电波传播的损耗L为 障碍物的影响与绕射损耗障碍物的影响与绕射损耗（续）（续）20反射波反射波u反射发生的条件：反射发生的条件：电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面，如果界面尺电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面，如果界面尺寸比电波波长寸比电波波长大很多大很多，就会产生镜面发射，就会产生镜面发射u已知直射波场强为已知直射波场强为E0，求求接收场强接收场强E（直射波与地面反射波的合成场强）（直射波与地面反射波的合成场强）发射波与直射波的路径差发射波与直射波的路径差d =a+b-c路径差引起的附加相移路径差引起的附加相移21 通通常常，在在考考

14、虑虑地地面面对对电电波波的的反反射射时时，按按平平面面波波处处理理，即即电波在反射点的反射角等于入射角。电波在反射点的反射角等于入射角。不不同同界界面面的的反反射射特特性性用用反反射射系系数数R表表征征，它它定定义义为为反反射射波波场强与场强与入射波场强的比值，入射波场强的比值，R可表示为可表示为 式式中中，|R|为为反反射射点点上上反反射射波波场场强强与与入入射射波波场场强强的的振振幅幅比比， 代表反射波相对于入射波的代表反射波相对于入射波的相移。相移。 反射波反射波（续）（续）22 对对于于水水平平极极化化波波和和垂垂直直极极化化波波的的反反射射系系数数Rh和和Rv分分别别由下列公式计算由

15、下列公式计算：式式中中，c是是反反射射媒媒质质的的等等效效复复介介电电常常数数，它它与与反反射射媒媒质质的相对介电常数的相对介电常数r、电导率电导率和工作波长和工作波长有关，即有关，即 (3-23)(3-24)反射波反射波（续）（续）23 对对于于地地面面反反射射，当当工工作作频频率率高高于于150MHz(2m)时时，1，由式由式(3- 23)和式和式(3 - 24)可得可得 即反射波场强的幅度等于入射波场强的幅度，而相差即反射波场强的幅度等于入射波场强的幅度，而相差为为180。 反射波反射波（续）（续）24u直射线直射线TR与地面反射路径线与地面反射路径线TOR所经路径不同，路径差为所经路径

16、不同，路径差为式中，d=d1+d2。 通常通常(ht+hr)d, 故上式中每个根号均可用二项式定理展故上式中每个根号均可用二项式定理展开，开， 并且只取展开式中的前两项。并且只取展开式中的前两项。反射波反射波（续）（续）25例如：例如： 式中，式中，2/称为传播相移常数称为传播相移常数。 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 这时这时接收场强接收场强E可表示为可表示为 反射波反射波（续）（续）26u结论：结论：直射波与地面反射波的合成场强随直射波与地面反射波的合成场强随反射系数以反射系数以及路径差的变化而变化及路径差的变化而变化同相相加，反相抵消，造成同相相加，反相抵消，造成合成

17、波的衰落现象合成波的衰落现象在固定地址通信中，在固定地址通信中，选择站址时力求减弱地面选择站址时力求减弱地面反射，或调整天线的位置或高度，反射，或调整天线的位置或高度，使地面反射使地面反射区离开光滑界面。区离开光滑界面。反射波反射波（续）（续）27主要内容u无线电波的传播特性无线电波的传播特性u移动信道的特征移动信道的特征u陆地移动信道的传输损耗陆地移动信道的传输损耗u移动信道的传播模型移动信道的传播模型28移动信道的特征移动信道的特征u移动信道是典型的随参信道移动信道是典型的随参信道u传播路径与信号衰落传播路径与信号衰落移动信道电波传播方式移动信道电波传播方式直射波直射波反射波反射波散射波：

18、障碍物界面尺寸比电波波长散射波：障碍物界面尺寸比电波波长小很多小很多29假设反射系数R=-1(镜面反射)， 则合成场强E为 式中，E0是直射波场强，是工作波长，1和2分别是地面反射波和散射波相对于直射波的衰减系数，而 传播路径与信号衰落30传播路径与信号衰落（续）（续）u实际接收信号是由多个直射波、反射波和散射波合成的实际接收信号是由多个直射波、反射波和散射波合成的u产生信号衰落产生信号衰落慢衰落（中值变化）慢衰落（中值变化）快衰落快衰落31多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落u多径传播多径传播u关心关心接收信号包络服从的分布接收信号包络服从的分布32假设基站发射的信号为 式中，0为载波角频率

19、，0为载波初相。经反射(或散射)到达接收天线的第i个信号为Si(t)，其振幅为i, 相移为i。 假设Si(t)与移动台运动方向之间的夹角为i, 其多普勒频移值为 式中，v为车速，为波长，fm为i=0时的最大多普勒频移，因此S i(t)可写成 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落（续）（续）33 假设N个信号的幅值和到达接收天线的方位角是随机的且满足统计独立， 则接收信号为 则S(t)可写成 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落（续）（续）34由于x和y都是独立随机变量之和，根据概率的中心极限定理，大量独立随机变量之和的分布趋向正态分布，即有概率密度函数为： 式中，x、y分别为随机变量x和y的标

20、准偏差。x、y在区间dx、dy上取值概率分别为p(x) dx、p(y)dy，由于它们相互独立，所以在面积dxdy中的取值概率为 式中，p(x, y)为随机变量x和y的联合概率密度函数。 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落（续）（续）35假设 ，且p(x)和p(y)均值为零，则 通常，二维分布的概率密度函数使用极坐标系(r, )表示比较方便。此时，接收天线处的信号振幅为r, 相位为， 对应于直角坐标系为： 在面积drd中的取值概率为 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落（续）（续）36得联合概率密度函数为 对积分，可求得包络概率密度函数p(r)为 同理，对r积分可求得相位概率密度函数p()为

21、(3-44)多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落（续）（续）37 多多径径衰衰落落的的信信号号包包络络服服从从瑞瑞利利分分布布，故故把把这这种种多多径径衰衰落称为瑞落称为瑞利衰落利衰落。 均均 值值 均方值均方值 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落（续）（续）38瑞利分布的概率密度瑞利分布的概率密度 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落（续）（续）39当 时， 有 当r=时，p(r)为最大值，表示r在值出现的可能性最大。由式(3- 44)不难求得 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落（续）（续）40 上式表明，衰落信号的包络有50%概率大于1.177。这里的概率即是指任意一个足够长的观察时间

22、内，有50%时间信号包络大于1.177。因此，1.177常称为包络r的中值，记作rmid。 信号包络低于的概率为 同理，信号包络r低于某一指定值k的概率为 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落（续）（续）41慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备u信号衰落发生瑞利衰落（快衰落）的同时，其局部中值电信号衰落发生瑞利衰落（快衰落）的同时，其局部中值电平也随地点、时间以及移动台速度作比较平缓的变化，即平也随地点、时间以及移动台速度作比较平缓的变化，即发生慢衰落发生慢衰落u慢衰落近似服从慢衰落近似服从对数正态分布对数正态分布对数正态分布：以分贝数表示的信号电平为正态分布对数正态分布：以分贝数表示的信

23、号电平为正态分布由于大气折射率平缓变化引起的慢衰落变化更缓慢，常忽略不计由于大气折射率平缓变化引起的慢衰落变化更缓慢，常忽略不计u研究慢衰落规律，通常把同一类地形、地物中的某一段距研究慢衰落规律，通常把同一类地形、地物中的某一段距离（离（12km）作为样本区间，每隔）作为样本区间，每隔20m左右观察信号电平左右观察信号电平的中值变化，以统计分析信号在各小区间的累积分布和标的中值变化，以统计分析信号在各小区间的累积分布和标准差准差42u市区和郊区的慢衰落分布市区和郊区的慢衰落分布曲线曲线市区：图市区：图(a)中，基站天线中，基站天线高度为高度为220m, 移动台天线移动台天线高度为高度为3m;

24、郊区：图郊区：图(b)中，基站天线中，基站天线高度为高度为60m, 移动台天线高移动台天线高度为度为3m。慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备（续）（续）43u结论：结论：不管是市区还是郊区，不管是市区还是郊区，慢衰落均接近虚线所慢衰落均接近虚线所示的对数正态分布示的对数正态分布标准偏差标准偏差取决于地取决于地形、地物和工作频率形、地物和工作频率等因素，郊区比市区等因素，郊区比市区大，大，也随工作频率也随工作频率升高而增大。升高而增大。慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备（续）（续）44u衰落储备：为了防止因衰衰落储备：为了防止因衰落落(包括快衰落和慢衰落包括快衰落和慢衰落)引引起的通

25、信中断，在信道设起的通信中断，在信道设计中，必须使信号的电平计中，必须使信号的电平留有足够的余量，以使中留有足够的余量，以使中断率断率R小于规定指标。这种小于规定指标。这种电平余量称为衰落储备电平余量称为衰落储备u衰落储备的大小决定于地衰落储备的大小决定于地形、地物、工作频率和要形、地物、工作频率和要求的通信可靠性指标。求的通信可靠性指标。u通信可靠性也称作可通率，通信可靠性也称作可通率，并用并用T表示，它与中断率的表示，它与中断率的关系是关系是T=1-R。慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备（续）（续）45多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽u多径传播多径传播不同时延的多径信号叠加不同时

26、延的多径信号叠加u时域时域:信号时间扩散信号时间扩散多径多径时散时散（时延扩展）（时延扩展）码间串扰码间串扰u频频域域:频率选择性衰落频率选择性衰落相关带宽相关带宽信号畸变信号畸变46多径时散多径时散u多径效应在时域上将造成数字信号波形的展宽多径效应在时域上将造成数字信号波形的展宽u发射端：基站发射一个极短的脉冲信号发射端：基站发射一个极短的脉冲信号Si(t)=a0(t)，u接收端：经过多径信道后，移动台接收信号呈现为一串脉冲，接收端：经过多径信道后，移动台接收信号呈现为一串脉冲， 使脉冲宽度被展宽了。使脉冲宽度被展宽了。u这种因多径传播造成信号时间扩散的现象，称为这种因多径传播造成信号时间扩

27、散的现象，称为多径时散多径时散。47多径时散多径时散（续）（续）u多径性质是随时间变化的多径性质是随时间变化的u进行多次发送脉冲试验，进行多次发送脉冲试验，接收到的脉冲序列是变化的接收到的脉冲序列是变化的脉冲数目脉冲数目N脉冲大小脉冲大小脉冲延时差脉冲延时差48多径时散多径时散（续）（续）u发送信号：发送信号： Si(t)u接收信号：为接收信号：为N个不同路径传来的信号之和，即个不同路径传来的信号之和，即u实际情况要复杂得很多实际情况要复杂得很多各个脉冲幅度随机变化各个脉冲幅度随机变化时间上可以重叠，可以交叠时间上可以重叠，可以交叠随移动台周围散射体数目的增加，接收到的一串离散脉冲将会变为有一

28、随移动台周围散射体数目的增加，接收到的一串离散脉冲将会变为有一定宽度的连续信号脉冲定宽度的连续信号脉冲式中，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条路径的相对延条路径的相对延时差。时差。49多径时散多径时散（续）（续）u根据统计测试结果，移动通信中接收机接收到多径的时延根据统计测试结果，移动通信中接收机接收到多径的时延信号强度为信号强度为t为相对时延为相对时延E(t)为归一化的时延强度曲线为归一化的时延强度曲线由不同时延信号强度构成的时延谱由不同时延信号强度构成的时延谱多径散布谱多径散布谱50多径时散多径时散（续）（续）ut=0E（t）的前沿）的前沿ut=E

29、（t）的一阶矩）的一阶矩平均多径时延平均多径时延ut= E（T）的均方根）的均方根时延扩展时延扩展表示表示多径时延散布的程度，多径时延散布的程度，越大，时延扩展越严重；越大，时延扩展越严重；越小，时越小，时延扩展越轻。延扩展越轻。 51多径时散多径时散（续）（续）ut= maxmax为最大时延为最大时延包络电平下降包络电平下降30dB时测定的时延值时测定的时延值u多径时散参数典型值多径时散参数典型值52多径时散多径时散（续）（续）u结论：结论：时延大小取决于地形、地物的影响时延大小取决于地形、地物的影响一般情况下，市区的时延要比郊区的大一般情况下，市区的时延要比郊区的大从多径时散考虑，市区传播

30、条件更为恶劣从多径时散考虑，市区传播条件更为恶劣u时延扩展与码间串扰时延扩展与码间串扰在数字传输中，由于时延扩展，接收信号中一个码元的波形会扩在数字传输中，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，引起码间串扰展到其他码元周期中，引起码间串扰为避免码间串扰，要求为避免码间串扰，要求码元周期大于码元周期大于信号的传输速率低于信号的传输速率低于1/ 53相关带宽相关带宽u频域角度频域角度多径时散现象将导致多径时散现象将导致频率选择性衰落频率选择性衰落u频率选择性衰落频率选择性衰落不同频率成分有不同的衰落特性不同频率成分有不同的衰落特性不同频率衰落幅度不一样不同频率衰落幅度不一样

31、在频率上很接近的分量，衰落也很接近在频率上很接近的分量，衰落也很接近在频率上相隔很远的分量，衰落相差也很大在频率上相隔很远的分量，衰落相差也很大u发送带宽发送带宽足够窄足够窄，发送信号的所有频率分量几乎经历相同，发送信号的所有频率分量几乎经历相同的衰落，不会发生频率选择性衰落的衰落，不会发生频率选择性衰落u足够窄？足够窄？相关带宽相关带宽54相关带宽相关带宽（续）（续）u两径（两条射线）情况两径（两条射线）情况u接收信号为两者之和接收信号为两者之和 为为分分析析简简便便，不不计计信信道道的的固固定定衰衰减减，用用“1”表表示示第第一一条条射射线线，信信号号为为Si(t); 用用“2”表表示示另

32、另一一条条射射线线，其其信信号号为为rSi(t)ej(t)，这这里里r为一比例常数，为一比例常数，(t)为为相对多径时延差相对多径时延差55相关带宽相关带宽（续）（续）u传递函数：传递函数：u双射线信道等效网络双射线信道等效网络信道的幅频特性为信道的幅频特性为 56相关带宽相关带宽（续）（续）u幅频特性曲线幅频特性曲线u出现峰点：当出现峰点：当 时，双径信号同相叠加时，双径信号同相叠加u出现谷点：当出现谷点：当 时，双径信号反相相消时，双径信号反相相消57由图可见，其相邻两个谷点的相位差为由图可见，其相邻两个谷点的相位差为 则 或 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

33、率率间间隔隔是是与与多多径径时延时延(t)成反比的，通常称成反比的，通常称Bc为多径时散的为多径时散的相关带宽相关带宽。 相关带宽相关带宽（续）（续）58相关带宽相关带宽（续）（续）u总结：总结：相关带宽与衰落的关系相关带宽与衰落的关系衰落信号中的两个频率分量，当其频率间隔小于相关带宽时，它们衰落信号中的两个频率分量，当其频率间隔小于相关带宽时，它们是相关的，其衰落具有一致性；当频率间隔大于相关带宽时，它们是相关的，其衰落具有一致性；当频率间隔大于相关带宽时，它们就不相关了，其衰落具有不一致性。就不相关了，其衰落具有不一致性。相关带宽与传输信号带宽的关系相关带宽与传输信号带宽的关系若所传输的信

34、号带宽较宽，以至与若所传输的信号带宽较宽，以至与Bc可比拟时，则所传输的信号将可比拟时，则所传输的信号将产生明显的畸变。产生明显的畸变。u实际中，实际中，信道的传递函数呈现复杂情况，很难准确地分析相关带宽的信道的传递函数呈现复杂情况，很难准确地分析相关带宽的大小大小移动信道中的传播路径通常不止两条，而是多条移动信道中的传播路径通常不止两条，而是多条移动台处于运动状态，相对多径时延差移动台处于运动状态，相对多径时延差(t)也是随时间变化的也是随时间变化的合成信号幅度的谷点和峰点在频率轴上的位置也将随时间变化合成信号幅度的谷点和峰点在频率轴上的位置也将随时间变化59工程上，对于角度调制信号，相关带

35、宽可按下式估算： 式中，为时延扩展。 例如，=3s, Bc=1/(2)=53kHz。此时传输信号的带宽应小于Bc=53kHz。 相关带宽相关带宽（续）（续）60主要内容u无线电波的传播特性无线电波的传播特性u移动信道的特征移动信道的特征u陆地移动信道的传输损耗陆地移动信道的传输损耗u移动信道的传播模型移动信道的传播模型61陆地移动信道的传输损耗陆地移动信道的传输损耗u如何衡量信道的传播损耗（信号场强）？如何衡量信道的传播损耗（信号场强）？移动信道电波传播条件十分恶劣和复杂，计算传播损耗困难移动信道电波传播条件十分恶劣和复杂，计算传播损耗困难采用分析和统计相结合的方法采用分析和统计相结合的方法分

36、析：了解各因素的影响分析：了解各因素的影响统计：通过大量实验，找出各种地形和地物下的传播损耗与距离、统计：通过大量实验，找出各种地形和地物下的传播损耗与距离、频率、天线高度之间的关系频率、天线高度之间的关系u移动信道场强中值的估算移动信道场强中值的估算自由空间传播为基础自由空间传播为基础考虑各种地形、地物对电波传播的实际影响考虑各种地形、地物对电波传播的实际影响必要的修正必要的修正62接收机输入电压、功率与场强的关系接收机输入电压、功率与场强的关系u接收机输入电压接收机输入电压端电压端电压电势电势 将电势为Us和内阻为Rs的信号源(如天线)接到接收机的输入端，若接收机的输入电阻为Ri且Ri=R

37、s，则接收机输入端的端电压U=Us/2，相应的输入功率 。由于Ri=Rs=R是接收机和信号源满足功率匹配的条件，因此 是接收机输入功率的最大值，常称为额定输入功率。 63接收机输入电压接收机输入电压u感应电势感应电势Us：并不等于接收机输入端的端电压：并不等于接收机输入端的端电压U。u实际中，采用线天线的接收机常常用天线上感应的信号电势实际中，采用线天线的接收机常常用天线上感应的信号电势Us作为接收机的输入电压。作为接收机的输入电压。u下面的分析，将以电势下面的分析，将以电势Us作为接收机的输入电压作为接收机的输入电压 为为了了计计算算方方便便，电电压压或或功功率率常常以以分分贝贝计计。其其中

38、中，电电压常以压常以1V作基准，功率常作基准，功率常以以1mW作基准，因而有：作基准，因而有： 式中，式中， Us以以V计。计。 64接收场强与接收电压的关系接收场强与接收电压的关系u在采用线天线时，接收场强在采用线天线时，接收场强E是指有效长度为是指有效长度为1m的天线所感的天线所感应的电压值，常以应的电压值，常以V/m作单位。作单位。u以基本天线（半波振子）为例：以基本天线（半波振子）为例：有效长度的计算有效长度的计算65接收场强与接收电压的关系接收场强与接收电压的关系（续）（续）u感应电压的计算感应电压的计算u实际中，接收机的输入电路与接收天线之间并不一定满足匹实际中，接收机的输入电路与

39、接收天线之间并不一定满足匹配条件（配条件（ Ri=Rs=R）u为了保持匹配，在接收机的输入端加入一阻抗匹配网络和天为了保持匹配，在接收机的输入端加入一阻抗匹配网络和天线连接线连接式式中中，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。若场若场强用强用dBV/m计，则计，则 66接收场强与接收电压的关系接收场强与接收电压的关系（续）（续）u阻抗匹配网络阻抗匹配网络假假定定天天线线阻阻抗抗为为 73.12， 接接收收机机的的输输入入阻阻抗抗为为50。接接收收机机输输入入端端的的端端电电压压U与与天天线线上上的的感感应应电电势势Us有有以以下下关关系系： 67地形、地物分类地

40、形、地物分类u地形：丘地形：丘陵、山坡、陵、山坡、u地物：高大树木、建筑物地物：高大树木、建筑物u地形的分类地形的分类中等起伏地形：传播基准，指在传播径的地形剖面图上，中等起伏地形：传播基准，指在传播径的地形剖面图上，地面起伏高度不超过地面起伏高度不超过20m，且起伏缓慢，峰点与谷点之，且起伏缓慢，峰点与谷点之间的水平距离大于起伏高度。间的水平距离大于起伏高度。不规则地形：如丘陵、孤立山岳、斜坡和水陆混合地形不规则地形：如丘陵、孤立山岳、斜坡和水陆混合地形等统称为不规则地形。等统称为不规则地形。 68天线有效高度天线有效高度u天线有效高度：天线有效高度：天线通常架设在高度不同的地形上天线通常架

41、设在高度不同的地形上把把20m的天线架设在地面上和架设在几十层的高楼顶上，通信效的天线架设在地面上和架设在几十层的高楼顶上，通信效果不同果不同u基站天线的有效高度基站天线的有效高度69天线有效高度天线有效高度（续）（续）u移动台天线的有效高度移动台天线的有效高度hm指天线在当地地面上的高度指天线在当地地面上的高度 若若基基站站天天线线顶顶点点的的海海拔拔高高度度为为hts，从从天天线线设设置置地地点点开开始始，沿沿着着电电波波传传播播方方向向的的3km到到15km之之内内的的地地面面平平均均海拔高度为海拔高度为hga，则定义基站天线的有效高度为则定义基站天线的有效高度为 若若传传播播距距离离不

42、不到到15km, hga是是3km到到实实际际距距离离之之间间的的平均海拔高度平均海拔高度。70地物地物(或地区或地区)分类分类u不同地物环境其传播条件不同，按照地物的密集程度不同不同地物环境其传播条件不同，按照地物的密集程度不同可分为三类地区：可分为三类地区： 开阔地开阔地在电波传播的路径上无高大树木、建筑物等障碍物，呈开阔状地面，在电波传播的路径上无高大树木、建筑物等障碍物，呈开阔状地面，如农田、如农田、 荒野、广场、沙漠和戈壁滩等；荒野、广场、沙漠和戈壁滩等； 郊区郊区在靠近移动台近处有些障碍物但不稠密，例如，有少量的低层房屋在靠近移动台近处有些障碍物但不稠密，例如，有少量的低层房屋或小

43、树林等；或小树林等；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。71不同地形、地物传播损耗的中值不同地形、地物传播损耗的中值u不同地形、地物传播损耗的中值不同地形、地物传播损耗的中值中等起伏地形中等起伏地形市区市区郊区郊区开阔地开阔地不规则地形不规则地形丘陵地丘陵地孤立山岳孤立山岳斜坡斜坡水陆混合水陆混合72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u市区传播损耗的中值市区传播损耗的中值在计算各种地形、地物上的传播损耗时，均以中等起伏地上市区在计算各种地形、地物上的传播损耗时，均以中等起伏地上市区的损耗中值或场强中值作为基准，因而把它称作的损耗中值或场强中值作

44、为基准，因而把它称作基准中值或基本基准中值或基本中值。中值。u由电波传播理论可知，传播损耗取决于由电波传播理论可知，传播损耗取决于传播距离传播距离d工作频率工作频率f基站天线高度基站天线高度hb移动台天线高度移动台天线高度hmu通过大量实验、统计分析，作出传播损耗中值的预测曲线通过大量实验、统计分析，作出传播损耗中值的预测曲线73中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地市区基本损耗中值u中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地市区基本损耗中值74中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地市区基本损耗中值（续）（续）u纵坐标：自由空间传播损耗的相对值纵坐标：自由空间传播损耗的相对值基本损耗中值大于自由空间传播

45、损耗的数值基本损耗中值大于自由空间传播损耗的数值u结论：结论：随着频率升高和距离增大，市区传播基本损耗中值增随着频率升高和距离增大，市区传播基本损耗中值增加加基站天线的高度不是基站天线的高度不是200m，移动台天线高度不是，移动台天线高度不是3m时，做相应修正时，做相应修正75基站天线高度增益因子基站天线高度增益因子u如果基站天线的高度不是如果基站天线的高度不是200m, 则损耗中值的差异用基站则损耗中值的差异用基站天线高度增益因子天线高度增益因子Hb(hb, d)表示。表示。u当hb200m时， Hb(hb, d) 0dB；反之，当hb 200m时， Hb(hb, d) 0 dB。76移动台

46、天线高度增益因子移动台天线高度增益因子u当移动台天线高度不是当移动台天线高度不是3m时，需用移动台天线高度增益时，需用移动台天线高度增益因子因子Hm(hm, f)加以修正加以修正u当当hm3m时，时， Hm(hm, f) 0dB； 反之，当反之，当hm3m时，时， Hm(hm, f) 0dB。77移动台天线高度增益因子移动台天线高度增益因子（续）（续）u当移动台天线高度大于当移动台天线高度大于5m以上时以上时高度增益因子不仅与天线高度、频率有关，而且还与环境有关高度增益因子不仅与天线高度、频率有关，而且还与环境有关u市区的场强中值还与街道走向有关市区的场强中值还与街道走向有关街道走向：相对与电

47、波传播方向街道走向：相对与电波传播方向纵向路线：与电波传播方向平行纵向路线：与电波传播方向平行横向路线：与电波传播方向垂直横向路线：与电波传播方向垂直u沟道效应：沿建筑物形成的沟道有利于无线电波的传播，沟道效应：沿建筑物形成的沟道有利于无线电波的传播，使得纵向路线上的场强中值高于基准场强中值，横向路线使得纵向路线上的场强中值高于基准场强中值，横向路线上的场强中值低于基准场强中值上的场强中值低于基准场强中值78街道走向修正曲线街道走向修正曲线u街道走向修正曲线街道走向修正曲线79郊区损耗的中值郊区损耗的中值u郊区的建筑物一般是分散、郊区的建筑物一般是分散、低矮的，电波传播条件优于低矮的，电波传播

48、条件优于市区市区郊区场强中值大于市区场强郊区场强中值大于市区场强中值中值郊区的传播损耗中值比市区郊区的传播损耗中值比市区传播损耗中值要小传播损耗中值要小u郊区修正因子郊区修正因子=郊区场强中郊区场强中值值-基准场强中值基准场强中值80开阔地、准开阔地损耗的中值开阔地、准开阔地损耗的中值u准开阔地：开阔地与郊准开阔地：开阔地与郊区间的过渡区区间的过渡区开阔地的传播条件优于市开阔地的传播条件优于市区、郊区及准开阔地区、郊区及准开阔地相同条件下，开阔地的场相同条件下，开阔地的场强中值比市区高近强中值比市区高近20dB81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u不规则地形：丘陵地、孤立山

49、岳、斜坡、水陆混合不规则地形：丘陵地、孤立山岳、斜坡、水陆混合同样采用基准场强中值修正的方法同样采用基准场强中值修正的方法u丘陵地的修正因子丘陵地的修正因子地形起伏高度地形起伏高度h表征丘陵地的地形参数表征丘陵地的地形参数定义：自接收点向发射点延伸定义：自接收点向发射点延伸10km的范围内，地形起伏的的范围内，地形起伏的90%与与10%的高度差的高度差82丘陵地场强修正因子丘陵地场强修正因子u丘陵地场强修正因子分为两项丘陵地场强修正因子分为两项丘陵地平均修正因子丘陵地平均修正因子Kh丘陵地微小修正因子丘陵地微小修正因子Khf场强中值在丘陵地的顶部和谷部必然有较大差异，可进一步修场强中值在丘陵地

50、的顶部和谷部必然有较大差异，可进一步修正正83丘陵地场强修正因子丘陵地场强修正因子（续）（续）u微小修正微小修正u微小修正因子微小修正因子Khf84孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子u当电波传播路径上有近似刃形的单独山岳时当电波传播路径上有近似刃形的单独山岳时山背后的电场强度山背后的电场强度=自由空间场强自由空间场强-刃峰绕射损耗刃峰绕射损耗对于天线高度较低的陆地移动台来说对于天线高度较低的陆地移动台来说,必须考虑障碍物的阴影效必须考虑障碍物的阴影效应和屏蔽吸收等附加损耗应和屏蔽吸收等附加损耗.u由于附加损耗不易计算由于附加损耗不易计算,仍采用传统方法给出修正因子仍采用传统方法给出修正因子u孤立

51、山岳典型地形孤立山岳典型地形85孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子（续）（续）u孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子Kjs适用于工作频段为适用于工作频段为450900MHz、山岳高度在、山岳高度在110350m范围范围当山岳高度当山岳高度H=200m时，时，u如果实际的山岳高度不为如果实际的山岳高度不为200m时，上述求得的修正时，上述求得的修正因子因子Kjs还需乘以系数还需乘以系数，计，计算算的经验公式为的经验公式为86斜波地形修正因子斜波地形修正因子u斜坡地形：指在斜坡地形：指在510km范围内的倾斜地形范围内的倾斜地形正斜坡正斜坡:在电波传播方向上，地形逐渐升高，倾角为在电波传播方向上，地形逐

52、渐升高，倾角为+m负斜坡负斜坡:在电波传播方向上，地形逐渐降低，倾角为在电波传播方向上，地形逐渐降低，倾角为-m87斜波地形修正因子斜波地形修正因子（续）（续）u斜波地形修正因子斜波地形修正因子Kspu若斜坡地形处于丘陵地形，还必须增加由地形起伏高度若斜坡地形处于丘陵地形，还必须增加由地形起伏高度h引起的修正引起的修正因子因子Kh88水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子u水陆混合路径水陆混合路径传播路径除了陆地，还经过湖泊或其它水域传播路径除了陆地，还经过湖泊或其它水域水陆混合路径接收信号的场强比全是陆地时高水陆混合路径接收信号的场强比全是陆地时高u水面位置水面位置udSR表水面距离表水面

53、距离ud表全程距离表全程距离89水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子（续）（续）u水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子取水面距离与全程距离的比值取水面距离与全程距离的比值 dSR/d为地形参考为地形参考u若水面位于传播距离中间，应取中间值若水面位于传播距离中间，应取中间值u在同样在同样dSR/d 的情况下，的情况下，水面位于移动台一方的水面位于移动台一方的修正因子较大修正因子较大90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u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LA=中等起伏地市区的中等起伏地市区的传播损耗的中传播损耗的中LT-地形地物修正因子地形地物

54、修正因子KTuKmr郊区修正因子，可由图郊区修正因子，可由图 3 - 26 求得；求得；uQo、Qr开阔地或准开阔地修正因子，可由图开阔地或准开阔地修正因子，可由图 3-27 求得；求得；uKh、Khf丘陵地修正因子及微小修正值，可由图丘陵地修正因子及微小修正值，可由图 3- 28求得；求得；uKjs孤立山岳修正因子，可由图孤立山岳修正因子，可由图 3 - 29 求得；求得；uKsp斜坡地形修正因子，可由图斜坡地形修正因子，可由图 3 - 30 求得；求得；uKS水陆混合路径修正因子，可由图水陆混合路径修正因子，可由图 3 - 31 求得求得地形地区修正因子地形地区修正因子KT一般可写成一般可

55、写成 91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（续）（续）u根据地形地区的不同情况，确定根据地形地区的不同情况，确定KT包含的修正因子包含的修正因子传播路径是开阔地上斜坡地形，那么传播路径是开阔地上斜坡地形，那么KT =Qo+Ksp，其其余各项为零；余各项为零；传播路径是郊区和丘陵地，则传播路径是郊区和丘陵地，则KT =Kmr+Kh+Khf。其它情况类推。其它情况类推。92中等起伏地市区的传播损耗的中值中等起伏地市区的传播损耗的中值u中等起伏地市区的传播损耗的中值中等起伏地市区的传播损耗的中值LT=自由空间传播损耗自由空间传播损耗Lfs+中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地

56、市区基本损耗中值-基站天线高度增益因子基站天线高度增益因子-移动台移动台天线高度增益因子天线高度增益因子 Am(f, d)是中等起伏地市区的基本损耗中值，即假定自由空间损耗是中等起伏地市区的基本损耗中值，即假定自由空间损耗为为0 dB，基站天线高度为，基站天线高度为200m, 移动台天线高度为移动台天线高度为3 m的情况下得的情况下得到的损耗中值，它可由图到的损耗中值，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为为基基准得到的相对增益，其值可由图准得到的相对增益，其值可由图3-24(a)求出。求出

57、。 Hm(hm, f)是是移移动动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天线线高高度度3m为为基准得到的相对增益，可由图基准得到的相对增益，可由图324(b)求得。求得。 93任意地形地区的接收信号功率中值任意地形地区的接收信号功率中值u任意地形地区的接收信号功率中值任意地形地区的接收信号功率中值PPC =中等起伏地市区的接收信中等起伏地市区的接收信号功率中值号功率中值PP +地形地物修正因子地形地物修正因子u中等起伏地市区的接收信号功率中值中等起伏地市区的接收信号功率中值PP =自由空间传播条件下的接自由空间传播条件下的接收信号功率收信号功率P0 -中等起伏地市区基本损

58、耗中值中等起伏地市区基本损耗中值+基站天线高度增益因基站天线高度增益因子子+移动台天线高度增益因子移动台天线高度增益因子式中，式中，P0为自由空间传播条件下的接收信号的功率，即为自由空间传播条件下的接收信号的功率，即 94传播损耗与接收功率计算示例传播损耗与接收功率计算示例u例：例：u某一移动信道，工作频段为某一移动信道，工作频段为450MHz，基站天线高度为，基站天线高度为50m，天线增益为，天线增益为6dB，移动台天线高度为，移动台天线高度为3m，天线增益，天线增益为为 0dB；在市区工作，传播路径为中等起伏地，通信距离；在市区工作，传播路径为中等起伏地，通信距离为为 10km。试求：。试

59、求： (1) 传播路径损耗中值；传播路径损耗中值； (2) 若基站发射机送至天线的信号功率为若基站发射机送至天线的信号功率为 10W，求移，求移动台天线得到的信号功率中值。动台天线得到的信号功率中值。95解解: (1) 根根据据已已知知条条件件，KT=0, LA=LT，式式(3 - 68)可可分分别别计算如下：计算如下： 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 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 传播损耗与接收功率计算示例传播损耗与接收功率计算示例（续）（续）96(2) 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

60、传播损耗与接收功率计算示例传播损耗与接收功率计算示例（续）（续）97u例例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信号功率中值收信号功率中值。解： 传播损耗与接收功率计算示例传播损耗与接收功率计算示例（续）（续）98主要内容u无线电波的传播特性无线电波的传播特性u移动信道的特征移动信道的特征u陆地移动信道的传输损耗陆地移动信道的传输损耗u移动信道的传播模型移动信道的传播模型99移动信道的传播模型移动信道的传播模型u传播损耗预测模型传播损耗预测模型HataHata模

61、型模型COST-231/Walfish/IkegamiCOST-231/Walfish/Ikegami模型模型室内测试环境路径损耗模型室内测试环境路径损耗模型u多径信道的冲击响应模型多径信道的冲击响应模型基本径信道的冲击响应模型基本径信道的冲击响应模型GSM中的多径信道模型中的多径信道模型COST-207多径信道模型多径信道模型IMT-2000多径信道模型多径信道模型u空时信道的传播模型空时信道的传播模型Lee模型模型GWSSUS模型模型100传播损耗预测模型传播损耗预测模型u传播损耗预测模型传播损耗预测模型通过大量实测通过大量实测经验公式经验公式具有一定的适用范围具有一定的适用范围uHata

62、 模型模型是根据是根据Okumura曲线图所归纳出来的经验公式曲线图所归纳出来的经验公式Okumura 根据日本大量测试数据统计出的以曲线图表示的传播模型根据日本大量测试数据统计出的以曲线图表示的传播模型适用频率范围是适用频率范围是150MHz 到到1500MHz，适用于小区半径大于，适用于小区半径大于1 km ,小于小于10 km的宏蜂窝系统，基站有效天线高度在的宏蜂窝系统，基站有效天线高度在30 m到到200 m 之间，移动台有之间，移动台有效天线高度在效天线高度在1 m 到到10 m 之间。之间。以市区传播损耗为标准，在此基础上对其它地形做了修正。以市区传播损耗为标准，在此基础上对其它地

63、形做了修正。101Hata 模型模型u市区：市区： d为收发天线之间的距离（为收发天线之间的距离（km）,fc为工作频率（为工作频率（MHz）,hb为为基站天线有效高度（基站天线有效高度（m）；）；hm为移动台天线高度（为移动台天线高度（m）, a(hm )为移为移动台天线高度校正因子。动台天线高度校正因子。Lurban(dB)=69.55+26.16lgfc-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)lgd102Hata 模型模型（续）（续）u郊区和开阔地的修正公式郊区和开阔地的修正公式uHata模型适用于模型适用于基站天线高度高于其周围屋顶的宏蜂窝基站天线高度高于其周围

64、屋顶的宏蜂窝系统。系统。uLsuburban(dB)=Lurban-2lg(fc/28)2-5.4uLrural(dB)=Lurban-4.78(lgfc)2+18.33lgfc-40.94 103COST-231/Walfish/Ikegami模型模型u在微蜂窝系统中在微蜂窝系统中, ,电波传播由其周围建筑物的绕射和散射决定。即电波传播由其周围建筑物的绕射和散射决定。即主要射线传播是在类似于槽形波导的街道峡谷中进行，可用主要射线传播是在类似于槽形波导的街道峡谷中进行，可用COST-COST-231/Walfish/Ikegami231/Walfish/Ikegami模型做微蜂窝系统传播损耗预

65、测。模型做微蜂窝系统传播损耗预测。uCOST-231COST-231 :EURO-COST(科学和技术研究欧洲协会科学和技术研究欧洲协会)组成组成COST-231 工作委员会，提出将频率扩展到工作委员会，提出将频率扩展到2 GHz 的的Hata 模型扩展版本为模型扩展版本为COST-231COST-231。在不少城市的高密度区，经过小区分裂站距已缩小到数百米。而在基站在不少城市的高密度区，经过小区分裂站距已缩小到数百米。而在基站密集的地域使用密集的地域使用Hata 模型将出现预测值明显偏高的问题模型将出现预测值明显偏高的问题uWalfisch-Bertoni 模型模型:由由Walfisch 和

66、和Bertoni 合作开发合作开发主要用于预测街道的平均信号场强主要用于预测街道的平均信号场强uIkegami模型模型:适用于建筑物均匀分布和等高度的理想市区环境适用于建筑物均匀分布和等高度的理想市区环境104COST-231/Walfish/Ikegami模型模型（续）（续）uCOST-231/Walfish/Ikegami模型（ COST-231/WI）：COST-231工作委员会在工作委员会在Walfishi模型和模型和Ikegami模型的基础上，根据实测数据模型的基础上，根据实测数据加以完善提出的。加以完善提出的。uCOST-231/WI模型考虑到了自由空间损耗、沿传播路径的绕射损耗和

67、模型考虑到了自由空间损耗、沿传播路径的绕射损耗和移动台周围建筑屋顶之间的损耗。移动台周围建筑屋顶之间的损耗。uCOST 231/WI 模型适用的范围为：模型适用的范围为：800MHz f 2000MHz ， 0.02km d 5km ， 4m hb 50m , 1m hm 3m 。u但是，在基站天线高度大致与其附近的屋顶高度同一水平时，屋顶高但是，在基站天线高度大致与其附近的屋顶高度同一水平时，屋顶高度的微小变化将引起路径损耗的急剧变化，这时容易造成预测误差。度的微小变化将引起路径损耗的急剧变化，这时容易造成预测误差。所以，在这种情况下使用所以，在这种情况下使用COST 231/WI模型要特别

68、小心。模型要特别小心。105室内测试环境路径损耗模型u室内（办公室）路径损耗的基础是室内（办公室）路径损耗的基础是COST-231模型，定义如下：模型，定义如下：u式中，式中，uLfs：自由空间传播损耗：自由空间传播损耗uLC：固定损耗：固定损耗ukwi：被穿透的：被穿透的i类墙的数量类墙的数量uLwi：i类墙的损耗类墙的损耗un：被穿透楼层数量：被穿透楼层数量uLf：相邻层之间的损耗：相邻层之间的损耗ub：经验参数：经验参数106室内测试环境路径损耗模型（续）（续）u损耗分类的加权平均损耗分类的加权平均u室内路径损耗的简化形式室内路径损耗的简化形式u式中，式中，d为传播距离，为传播距离，n为

69、传播路径中楼层的数目为传播路径中楼层的数目107多径信道的冲激响应模型u基本多径信道的冲激响应模型基本多径信道的冲激响应模型随机复杂的多径无线传播信道可以用冲激响应模型来近似随机复杂的多径无线传播信道可以用冲激响应模型来近似 式中，式中，N 表示多径中的径数；表示多径中的径数； 、 、 分别表分别表示随机幅度、传播时延、相位序列。示随机幅度、传播时延、相位序列。108基本多径信道的冲激响应模型u多径信道的仿真模型多径信道的仿真模型u每一条路径的幅度均服从瑞利分布每一条路径的幅度均服从瑞利分布u每条路径信号的功率谱每条路径信号的功率谱典型谱典型谱109基本多径信道的冲激响应模型（续）（续）u瑞利

70、衰落的产生过程瑞利衰落的产生过程u利用窄带高斯过程的特性，振幅服从瑞利分布，即利用窄带高斯过程的特性，振幅服从瑞利分布，即110基本多径信道的冲激响应模型（续）（续）u当当每每一一路路径径信信号号中中有有直直射射分分量量时时， 其其信信号号幅幅度度的的功功率率谱谱由由典典型谱和一条直射路径谱组成，型谱和一条直射路径谱组成， 可以表示为可以表示为称为莱斯多普勒谱（简称为莱斯谱）称为莱斯多普勒谱（简称为莱斯谱） u在在COST-207中还用到了两类高斯多普勒谱中还用到了两类高斯多普勒谱(GAUS1和和GAUS2)， 其表达式为其表达式为 111典型多径信道模型uGSM标准中的多径信道模型标准中的多

71、径信道模型规定了乡村地区、典型市区的多径模型规定了乡村地区、典型市区的多径模型uCOST-270多径信道模型多径信道模型给出了乡村地区、典型市区、恶劣城市地区、山区地形的多径信给出了乡村地区、典型市区、恶劣城市地区、山区地形的多径信道模型道模型以功率时延谱形式给出以功率时延谱形式给出功率时延谱：不同多径时延下多径功率的取值功率时延谱：不同多径时延下多径功率的取值uIMT-2000多径信道模型多径信道模型给出了室内、室内和室外及步行、车载和高天线环境下的多径信给出了室内、室内和室外及步行、车载和高天线环境下的多径信道模型道模型112空时信道的传播模型u当系统中采用方向性天线或自适应波束形成天线时

72、，模型当系统中采用方向性天线或自适应波束形成天线时，模型需要修正需要修正使用方向性天线，接收机对不同方向到达的信号具有不同的响应使用方向性天线，接收机对不同方向到达的信号具有不同的响应特征特征天线的主瓣方向内到达的多径信号被正常接收，其它方向上到达天线的主瓣方向内到达的多径信号被正常接收，其它方向上到达的多径信号被大大衰减的多径信号被大大衰减113空时信道的传播模型（续）（续）u以移动台以移动台1为例，信道的冲激响应可以表示为为例，信道的冲激响应可以表示为 （3-98） 式中式中 a(l(t)表示阵列响应矢量（或称为导向矢量）。这是由于在接收端表示阵列响应矢量（或称为导向矢量）。这是由于在接收

73、端使用了阵列天线，使用了阵列天线， 从而在不同的方向上具有不同的增益。从而在不同的方向上具有不同的增益。 在全向天线的情况下，在全向天线的情况下， a(l(t)=1。 114空时信道的传播模型（续）（续） 对对于于一一个个任任意意几几何何结结构构的的阵阵列列天天线线，阵阵列列响响应应矢矢量量的的表达式为表达式为u式中：式中： l,i(t)=Xicos(l(t)+Yisin(l(t)115空时信道的传播模型（续）（续）u采用阵列天线后，采用阵列天线后， 基站接收到的信号示意图基站接收到的信号示意图由于基站天线的主瓣方向是朝向移动台由于基站天线的主瓣方向是朝向移动台1的第的第0和和1条多径所以它们

74、条多径所以它们的信号被增强；的信号被增强； 而移动台而移动台1的第的第2条多径和移动台条多径和移动台2的多径信号，的多径信号， 在基站天线的主瓣在基站天线的主瓣方向以外，方向以外， 所以它们的信号被明显地减弱或抑制。所以它们的信号被明显地减弱或抑制。116空时信道的传播模型（续）（续）u采用阵列天线后，采用阵列天线后， 在宏小区情况下的信号传输过程在宏小区情况下的信号传输过程u基站天线的主瓣宽度为基站天线的主瓣宽度为BW。 基站天线通常会高于附近的基站天线通常会高于附近的建筑物和地形，建筑物和地形， 多径的形成主要取决于移动台附近的散射多径的形成主要取决于移动台附近的散射体。体。117Lee模

75、型u两种代表性的移动台和基站周围散射体模型两种代表性的移动台和基站周围散射体模型Lee模型模型 高斯广义平稳不相关散射模型（高斯广义平稳不相关散射模型（GWSSUS）uLee模型模型采用等效的散射体来描述宏小区中移动台附近的多径传播情况采用等效的散射体来描述宏小区中移动台附近的多径传播情况给定散射体的模型，给定散射体的模型， 就确定了信道冲激响应模型。就确定了信道冲激响应模型。 给定散射体的位置，可以确定收发之间的传输距离，给定散射体的位置，可以确定收发之间的传输距离， 相应相应的传输时延、的传输时延、 路径损耗、路径损耗、 电波的到达角度（电波的到达角度（AOA），）， AOA对应的天线增益

76、等。对应的天线增益等。 给定散射体的个数，可以确定多径的条数。给定散射体的个数，可以确定多径的条数。118Lee模型（续）（续）u等效散射体等效散射体u假定有假定有N个散射体均匀地分布在移动台附近半径为个散射体均匀地分布在移动台附近半径为R的圆上，的圆上， 其中有一个散射体处于移动台与基站的视线传播路径上，其中有一个散射体处于移动台与基站的视线传播路径上， 各条各条多径的多径的AOA为为i=0, 1, , N-1 (3-100) 式中式中, D是移动台与基站之间的传输距离。是移动台与基站之间的传输距离。 119GWSSUS模型uGWSSUS模型模型假定散射体组成了很多簇，假定散射体组成了很多簇

77、， 在给定的信号带宽下，在给定的信号带宽下， 每一簇内的每一簇内的多径是不可区分的多径是不可区分的120GWSSUS模型（续）（续）u假定每簇中的平均假定每簇中的平均AOA为为0,k， 在数据传输的连续在数据传输的连续b个突发中，个突发中， 每个簇的位置和时延保持不变，每个簇的位置和时延保持不变， 则接收信号矢量可以表示为则接收信号矢量可以表示为u 式式中中: d表表示示散散射射体体簇簇数数; vk,b表表示示在在第第b个个突突发发中中第第k个散射体簇的复合导向矢量，个散射体簇的复合导向矢量， 它可以表示为它可以表示为式式中中: Nk表表示示第第k个个散散射射体体簇簇中中散散射射体体的的个个数

78、数；k,i、 k,i和和k,i表表示示第第k个个散散射射体体簇簇中中第第i个个散散射射体体对对应应的的幅幅度度、 相相位和到达角度；位和到达角度； a()是方向是方向上的阵列上的阵列响应矢量。响应矢量。 121GWSSUS模型（续）（续）u当当Nk足够大（足够大（10）时，）时， 可以对可以对 vk,b应用中心极限定理应用中心极限定理u在该条件下，在该条件下， vk,b服从高斯分布，并假定其是广义平稳的，服从高斯分布，并假定其是广义平稳的， 即即 vk,b是高斯广义平稳随机过程是高斯广义平稳随机过程u 其特征由其均值和方差决定，其特征由其均值和方差决定， 其确定方法如下：其确定方法如下： 在无

79、视线分量的情况下，在无视线分量的情况下， 由于假定相位在由于假定相位在0到到2内均匀分布，内均匀分布， 则其则其均值为均值为0。 在有视线分量的情况下，在有视线分量的情况下， 有有E vk,b a(0,k)。 第第k个散射体簇的协方差矩阵为个散射体簇的协方差矩阵为122内容回顾u无线电波的传播特性无线电波的传播特性直射波直射波折射波折射波绕射波绕射波反射波反射波u移动信道的特征移动信道的特征慢衰落：传播路径与信号衰落、慢衰落特性、衰落储备慢衰落：传播路径与信号衰落、慢衰落特性、衰落储备快衰落：多径效应与瑞利衰落、多径时散与相关带宽快衰落：多径效应与瑞利衰落、多径时散与相关带宽u陆地移动信道的传

80、输损耗陆地移动信道的传输损耗不同地形、地物的传播损耗与接收信号功率不同地形、地物的传播损耗与接收信号功率u移动信道的传播模型移动信道的传播模型传播损耗预测模型传播损耗预测模型多径信道冲击响应模型多径信道冲击响应模型空时信道模型空时信道模型123u目的和要求：目的和要求：掌握自由空间传播损耗掌握自由空间传播损耗；理解折射、绕射及反射对电波传播的影响；理解折射、绕射及反射对电波传播的影响掌握慢衰落特性；掌握慢衰落特性；了解衰落储备了解衰落储备掌握瑞利衰落特性、多径时散和相关带宽对多径传播的影响及避免方法掌握瑞利衰落特性、多径时散和相关带宽对多径传播的影响及避免方法掌握任意地形、地物传播损耗和接收功率中值的计算掌握任意地形、地物传播损耗和接收功率中值的计算了解典型的移动信道传播模型了解典型的移动信道传播模型u重点：重点：自由空间传播损耗自由空间传播损耗慢衰落特性慢衰落特性瑞利衰落特性及参数瑞利衰落特性及参数传播损耗和接收功率中值传播损耗和接收功率中值u难点：难点：多径时散和相关带宽对多径传播的影响及避免方法多径时散和相关带宽对多径传播的影响及避免方法任意地形、地物传播损耗和接收功率中值的计算任意地形、地物传播损耗和接收功率中值的计算内容回顾124