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第二章 无线信道的特性,第,*,页 共,102,页,,第二章 无线信道的特性,主讲人：张 炜,电子科学与工程学院 军事通信工程系,,无线信道的,损伤性,,无线信道的,复杂性,多种损伤加性的，乘性的；,,时间上的，频率上的；,,干扰，周围环境噪声；,,快变化的，慢变化的等等,时变的信道,,,信道的特性随时间不同而发生变化如何实现无线信道上的高质量通信，是一个具有挑战性的课题2,,,,2.1,,多径传播环境,,,2.2,,线,性时变信道模型,,,2.3,,信道相关函数,,,2.4,,大尺度路径损耗与阴影衰落,,,,,2.5,,小尺度多径衰落,3,,2.1,多,径传播环境,1,、 无线通信信号的传播方式,2,、 接收信号中的,四种效应,3,、 衰落,4,、 多径时延（时间色散,）,5,、 多普勒频移（频率色散）,2.1,,多径传播环境,（无线传播环境）,,,4,,2.1,多,径传播环境,1,、,无线通信信号的传播方式,反射,：当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反,,射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面绕射,：当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的边缘阻,,挡时将发生绕射散射,：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体,,积内阻挡体的个数非常巨大时，将发生散射。

散射,,发生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体直射,：,发射机信号无阻挡到达接收机四种最基本传播方式：,5,,直射波,障碍物,绕射波,入射波,反射波,电波的直射、反射和绕射,发射天线,接收天线,2.1,多,径传播环境,一般情况下，相对于直射波，,,反射波、绕射波、散射波都比较弱射线跟踪法）,,6,,2.1,多,径传播环境,2,、,接收信号中的,四种效应（,1,）,阴影效应,：,由于大型建筑物和其它物体的阻挡，在电,,波传播的接收区域中产生传播半盲区7,,2.1,多,径传播环境,远近效应,：由于用户的随机移动性，发射机与接收机,,之间的距离也是在随机变化若发射机,,发射信号功率一样，那么到达接收机时信,,号的强弱将不同，离接收机近者信号强，,,离接收机远者信号弱2,、,接收信号中的,四种效应（,2,）,8,,多普勒效应,：,由于用户处于高速移动（如车载通信）,,中，传播频率的扩散而引起的，其频,,率扩散程度（多普勒频移）与用户运,,动速度成正比2.1,多,径传播环境,2,、,接收信号中的,四种效应（,3,）,多普勒频移,X,Y,d,V,S,多普勒频率有正负吗？,9,,复习：,,无线通信信号的四种基本传播方式？,,什么是阴影效应？何谓半盲区？,,什么是多普勒效应？多普勒频移与用户运动速度之间的关系？,10,,2.1,多,径传播环境,2,、,接收信号中的,四种效应（,4,）,多径效应,：,,由于接收者所处地理环境的复杂性，使得接收到的信号是多条从不同路径过来的信号的合成。

它们到达时的,信号强度、信号相位、信号频率、信号方向都是不一样,的所接收到的信号是上述各路径信号的矢量和称这种自干扰现象为,多径干扰,或,多径效应,11,,2.1,多,径传播环境,2,、,接收信号中的,四种效应（,4,）,12,,2.1,多,径传播环境,3,、,衰落,（,Fading,）,接收信号电平随距离或时间波动，这种现象称为衰落,13,,2.1,多,径传播环境,3,、,衰落,（,Fading,）,Distance in,,wavelength,Signal,,Power,T-R distance,TX,RX,RX,大尺度路径损耗,大尺度路径损耗＋,阴影损耗,大尺度路径损耗＋阴影损耗＋,小尺度衰落,有损耗吗？,14,,2.1,多,径传播环境,3,、,衰落,（,Fading,）,——,小尺度衰落,例如,GSM,：,f,c,=900MHz,,τ,≈0.55ns,，,Δ,d,=16.7cm,15,,2.1,多,径传播环境,3,、,衰落,（,Fading,）,——,小尺度衰落,两个矢量求和，则有接收信号：,其中：,固定无线通信与移动无线通信相比，是否存在小尺度衰落？,16,,微波暗室,教室,3,、,衰落,（,Fading,）,——,小尺度衰落实验,17,,2.1,多,径传播环境,18,,2.1,多,径传播环境,19,,2.1,多,径传播环境,3,、,衰落,（,Fading,）,——,小尺度衰落,衰落深度可达,20,－,40dB,。

电平幅度分布一般遵循：瑞利（,Rayleigh,）分布、莱斯（,Rice,）分布、纳卡伽米（,Nakagami,）分布等变化速率快具有选择性即在不同频率、不同时间、不同空间，其衰落特性是不一样的是无线移动通信中最难克服的衰落20,,2.1,多,径传播环境,3,、,衰落,（,Fading,）,：小结,三类,不同层次的损耗,大尺度路径损耗（,Large-Scale Path Loss,,）,阴影损耗（中尺度损耗）（,Shadowing,）,小尺度衰落（,Small-Scale Fading,,）,电磁波在空间传播所产生的损耗,,千米量级,由传播阻挡的阴影效应所产生的损耗,,数百波长量级,反映小范围接收电平平均值的起伏变化趋势,,数十波长以下量级,21,,2.1,多,径传播环境,4,、,多径时延（,时间色散,）,同一发射信号通过不同路径到达接收端，它到达的时间先后和强度会有不同到达信号之间不同的时间差，称为存在多径时延多径时延对数字移动通信,,有极其重要的影响22,,2.1,多,径传播环境,4,、,多径时延（,时间色散,）,基站,(,BS),移动台,(,MS),路径,1,路径,2,路径,3,多径时延大于脉冲宽度,23,,2.1,多,径传播环境,4,、,多径时延（,时间色散,）,基站,(,BS),移动台,(,MS),路径,1,路径,2,路径,3,多径时延小于脉冲宽度,24,,2.1,多,径传播环境,4,、,多径时延（,时间色散,）,多径时延小于脉冲宽度,多径时延大于脉冲宽度,25,,2.1,多,径传播环境,5,、,多,普勒频移（频率色散）,当发射机与接收机之间有相对运动时，收到的电波将发生频率的变化，此变化称为多普勒频移。

X,Y,d,V,S,26,,复习：,,什么是大尺度路径损耗？什么是阴影损耗？,,什么是小尺度衰落？,,什么是多径时延？,27,,无线信道是一个完全开放式信道，其传播损耗从宏观的大范围看，主要决定于,传播的环境,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,传播损耗不仅决定于,传播距离,，而且还与传播中的,地形、地貌、传播的载波频率,，以及,发、收天线高度,等密切相关从理论角度给出一个确切、完整的公式很困难一般在工程上多采用一些,模型与经验公式,，它对于工程技术人员而言已基本上能满足工程上的,估算,要求2.4,大尺度路径损耗,(,Large-scale path loss,),,与阴影衰落,(,Shadowing,),,,28,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,,,2.4.1,,自由空间传播模型,（,教材,2.4.1,）,,2.4.2,光滑平面上的电波传播,（,教材,2.4.2,）,,2.4.3,带有阴影的对数距离路径损耗,,,（,教材,2.4.3,，,2.4.6,,）,,2.4.4,室外,/,室内传播模型,（,教材,2.4.4/ 2.4.5,）,29,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,什么是理想无线信道？,,,无阻挡、无吸收、无时变、无干扰，自由空间传播。

2.4,.1,,自由空间传播模型,自由空间传播模型用于预测接收机和发射机之间完全无阻挡的视距路径时接收信号的功率,无线电波在自由空间传播时，其单位面积中的能,,量会因为扩散而减少这种减少，称为自由空间,,的传播损耗30,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,P,t,d,发射功率为,P,t,，,发射天线为各向均匀辐射，则以发射源为中心，,d,为半径的球面上单位面积功率为：,,,S,＝,P,t,/ 4,,d,2,发射天线增益：,G,t,接收天线,有效面积：,A =,G,r,,2,/ 4,，其中,G,r,为接收天线增益， ,为信号波长则有：接收天线输出的功率,P,r,为上述三者的乘积一、,Friis,公式（,1,）：定义,2.4,.1,,自由空间传播模型,31,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,自由空间中距发射机,d,处天线的接收功率为：,其中：,P,t,为发射功率；,G,t,是发射天线增益,,,P,r,为接收功率；,G,r,是接收天线增益,,,d,是,T-R,间距离，单位为,m,；,,为波长，单位为,m,；,一、,Friis,公式（,1,）：定义,2.4,.1,,自由空间传播模型,32,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,通常直接定义 是,自由空间路径损耗,：,注意：距离每增加一倍或发射频率每增加一倍，,,自由空间损耗就增加,6dB,一、,Friis,公式（,1,）：定义,2.4,.1,,自由空间传播模型,路径损耗,dB,表示：,接收功率衰减与距离的关系为,20dB/,十倍程,33,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,一、,Friis,公式（,2,）：适用范围,2.4,.1,,自由空间传播模型,Friis,自由空间传播模型仅适用于天线远场区。

定义,】,天线远场区（,Fraunhofer,区）为超过远场,,距离,d,f,,的地区，即：,d,≥,d,f,远场距离,d,f,,定义为：,（,D,为天线的最大物理线性尺寸）,34,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,一、,Friis,公式（,2,）：适用范围,2.4,.1,,自由空间传播模型,参考距离,T-R,距离,d,0,作为接收功率的参考点得到距离为,d,处的接收功率,P,r,与,距离为,d,0,的接收功率,P,r,(d,0,),的关系：,35,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.1,,自由空间传播模型,明确几个常用单位：,损耗单位,dB,：,dBW,表示大于或小于,1,瓦的分贝数：,dBmW,（,dBm,）表示大于或小于,1,毫瓦的分贝数：,36,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.1,,自由空间传播模型,,例题,1,：发射机和接收机均为单位增益天线，发射机的功率为,50W,，,载频为,900MHz,1,）,发射功率换算成,dBW,和,dBm,；,,2,）,求自由空间中距离天线,100m,和,10Km,处的,接收功率为多少,dBm,？,解：,37,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.1,,自由空间传播模型,,例题,2,：有一室内无线局域网，载波频率,900MHz,，小区半径,10m,，使用单位增益天线。

在自由空间路径损耗模型下，若要求小区内所有终端的最小接收功率为,10,µ,W,，则发射功率应该是多大？若工作频率换为,5GHz,，相应的所需发射功率又为多少？,解：,38,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.1,,自由空间传播模型,大气效应（,1,）：吸收衰减,主要发生在高频段,,水蒸汽的最大吸收峰在,23GHz(1.3cm),；,,氧气的最大吸收峰在,60GHz(5mm),；,,对于,12GHz(2.5cm),以下的频率，大气吸收衰减小于：,0.015dB/km,39,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.1,,自由空间传播模型,大气效应（,2,）：雨雾衰减,在,10GHz,以下频段，雨雾衰减并不严重，一般只有几,dB,在,10GHz,以上频段，雨雾衰减大大增加，达到几,dB/km,下雨衰减是限制高频段微波传播距离的主要因素40,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.1,,自由空间传播模型,大气效应（,3,）：大气折射,当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，会产生弯曲这种影响通常等效为地球半径发生了变化对于超短波波段，折射现象尤为突出它会影响到,视距的极限传播距离,。

低折射率区,高折射率区,入射方向,折射方向,41,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.1,,自由空间传播模型,两个天线之间直线传播最大距离是：,其中,h,t,，,h,r,(m),是两个天线的高度,视距（,LOS,）的极限传播距离,R,e,：等效 地球半径,取标准大气压下的经验值,42,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,作业：,2.17,43,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.2,,光滑平面上的电波传播,反射的条件：当电波传播中遇到两种不同介质的光滑可反射平面（如地球的表面或水面）时，如果界面的尺寸远大于电波的波长时，产生反射反射的表现：反射角＝入射角,地面反射模型,,（双线模型、两径模型）,接收功率一定增强吗？,44,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.2,,光滑平面上的电波传播,直线传播距离：,反射路径传播距离：,双线模型,45,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.2,,光滑平面上的电波传播,,46,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.2,,光滑平面上的电波传播,即有：,即有：,考虑到相位差，且反射无损耗，接收信号功率为：,,47,,上式显示随着发射机与接收机之间距离的增大，路径损耗会交替出现最小点和最大点,;,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.2,,光滑平面上的电波传播,相应的路径损耗为：,一般的，路径损耗随着距离的增大而增大,;,48,,复习：,,在自由空间传播模型中，若频率增加一倍，路径增加为十倍，路径损耗增加多少,dB,？,,发射天线高,9,米，接收天线高,4,米，,LOS,极限传播距离为多少公里？,,发射天线高,30,米，接收天线高,2,米，一般情况下，能够应用双线模型的最小距离为多少？,49,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.2,,光滑平面上的电波传播,当 时，有：,即有,d,处的接收功率为：,双线模型几个重要结论,1、,路径损耗呈现,4,次幂衰减，这表明其接收功率衰减比自由空间（,2,次幂衰减）要快的多。

显示了发射天线和接收天线的高度对路径损耗的明显影响路径损耗与频率无关50,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.2,,光滑平面上的电波传播,第一费涅尔区距离：,双线模型几个重要结论,2、,工程上一般认为：,,小于第一费涅尔区距离，路径损耗,2,次幂衰减；,,大于第一费涅尔区距离，路径损耗,4,次幂衰减51,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.2,,光滑平面上的电波传播,双线模型几个重要结论,3、,地面反射模型是应用射线跟踪法的一个简单且非常有用的模型该模型在预测几千米范围（使用较高天线塔）内的大尺度信号强度时是非常准确的对于小区视距内的微蜂窝环境的预测也是非常准确的对于由直射波和强地面反射波为主导的无线信道的预测是很有效的52,,,例题,3,：,应用双线模型分析一个郊区的蜂窝系统1,、已知室外参数，,h,t,=10 m, h,r,=3 m,,载波频率,f,c,=2 GHz,求第一费涅尔区距离,d,c,,？此处的功率损耗？,单位增益天线,,2,、已知室内参数，,h,t,=3 m, h,r,=2 m,,载波频率,f,c,=2 GHz,求第一费涅尔区距离,d,c,,？此处的功率损耗？,单位增益天线,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,与自由空间损耗相比，如何？,3km,处双线模型与自由空间传播模型相比，如何？,53,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,作业：,B1,、（,a,）在路径损耗分析中，分析双线模型的优点和缺点。

b,）在下列情况下，双线模型是否可以应用，解释原因1,）,h,t,=35m, h,r,=3m, d=250m,,2,）,h,t,=30m, h,r,=1.5m, d=450m,B2,、比较双线地面反射模型中精确公式（,2.4.12,）与近似公式的,,路径损耗差异假定发射机高度为,40m,，接收机高度为,3m,，,,频率为,1800MHz,，依据这两个公式分别求距离为,1km, 3km,,,5km,时的路径损耗，并计算第一费涅尔区距离54,,现场实验研究的经验证明，虽然发射机附近的平均功率服从,2,次幂衰减的规律，但远距离处的平均功率却随着距离的增大呈,指数衰减,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,实际应用环境非常复杂实际应用的模型大多都是通过,理论分析,和,实际测量,相结合来获得理论分析,——,针对应用环境，找出主要的影响因素，建立模型，通过仿真或计算得出传播模型实际测量,——,根据大量实验所得测量数据，绘出传播损耗的曲线或拟合成解析式，再抽象出传播模型55,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,,对于实际路径损耗估计，我们可以利用,统计方法,来研究传播特性，此时传播特性是以一般环境类型（如城市、郊区和农村）为基础的经验近似。

实际路径损耗估计分为两部分：,,代表均值变化的：,对数距离路径损耗,,,代表局部变化的：,对数正态阴影,56,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,一、,对数距离路径损耗（,1,）,基于理论和测试的传播模型指出，无论室外还是室内信道，平均接收信号功率随距离的变化而呈对数衰减对于任意的,TR,距离，,对数距离路径损耗,表示为：,或：,其中，,κ,为,路径损耗指数,，表明路径损耗随距离增长的速率；,d,0,为近区参考距离；,d,为,TR,距离功率衰减与距离的关系为,10,k,dB/,十倍程,57,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,κ,代表不同环境下路径损耗指数,环境,路径损耗指数,κ,自由空间,2,市区蜂窝,2.7~3.5,市区蜂窝阴影,3~5,建筑物内视距传播,1.6~1.8,建筑物阻挡,4~6,工厂阻挡,2~3,一、,对数距离路径损耗（,2,）,58,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,选择自由空间的参考距离非常重要一、,对数距离路径损耗（,3,）,在室外宏小区中，,d,0,的典型值为,1km,。

参考距离永远在天线的远场区参考路径损耗取决于载波频率、天线高度和增益，以及其他一些因素在室内微微小区中，,d,0,的典型值为,1m,在室外微小区中，,d,0,的典型值为,100m,59,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,二、,对数正态阴影（,1,）,对数正态分布是描述阴影效应的一种广泛采用的模型为零均值的高斯（正态）分布随机变量（单位为,dB,），其标准偏差为 （单位为,dB,），有概率密度函数（,pdf,）为,,：,60,,实际损耗可描述为对数距离路径损耗与对数正态阴影的组合，即：,其中： 为零均值的高斯（正态）分布随机变量，单位为,dB,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,二、,对数正态阴影（,2,）,61,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,对数正态阴影描述了在传播路径上具有相同的,TR,距离时，不同的随机阴影效果这种现象称为,对数正态阴影,二、,对数正态阴影（,3,）,,TR,距离为,d,处的接收功率可用下式表示：,62,,由于,ε,(dB),为正态分布的随机变量，对于接收功率常用,Q,函数表示其超过特定值的概率。

2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,二、,对数正态阴影（,4,）,pdf,0,,,接收功率超过某一特定值,ξ,的概率：,63,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,二、,对数正态阴影（,5,）,实际上，,κ,,和 是根据测试数据，一般使用线性递归方法，使路径损耗的测试值和估计值的均方误差达到最小而计算得出的64,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,三、,无线小区覆盖,由于随机阴影的影响，覆盖区内一些位置的接收电平低于设定的门限计算边界内覆盖区的百分率与边界处覆盖之间的关系是非常有意义的我们的目的：,,计算有效服务区域的百分比,,（即接收信号等于或高于门限要求的区域百分比）1,、业务质量的要求；,2,、传播环境；,65,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,三、,无线小区覆盖,问题：,,考虑对数距离路径损耗模型，要求在小区边缘处的路径损耗不能大于参考距离,d,0,处路径损耗,γ,dB,，,确定下述两种情况下的小区覆盖。

1,、不考虑对数正态阴影；,,2,、考虑对数正态阴影；,66,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,三、,无线小区覆盖,1,、不考虑对数正态阴影；,要求在小区边缘处的路径损耗不能大于参考距离,d,0,处路径损耗,γ,dB,：,得到：,距离,d,处的路径损耗为：,67,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,三、,无线小区覆盖,2,、考虑对数正态阴影；,距离,d,处的路径损耗为：,距离,d,处的路径损耗相对于参考距离,d,0,处路径损耗为：,【,注意,】,在有对数正态阴影时，要求在小区边缘处的路径损耗不能大于参考距离,d,0,处路径损耗,γ,dB,，只能是一种概率68,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,三、,无线小区覆盖,2,、考虑对数正态阴影；,分两个步骤进行分析：,,步骤,1,、确定位置,r,处的路径损耗低于门限值,γ,的概率,a,1,；,,步骤,2,、计算（由半径,R,定义的）圆面积内的,路径损耗低于门限值,γ,的概率,a,2,；,步骤,1,、确定位置,r,处的路径损耗低于门限值,γ,的概率,a,1,：,69,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,三、,无线小区覆盖,2,、考虑对数正态阴影；,步骤,2,、计算（由半径,R,定义的）圆面积内的路径损耗低于门限值,γ,的概率,a,2,；,70,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,三、,无线小区覆盖,2,、考虑对数正态阴影；,步骤,2,、计算（由半径,R,定义的）圆面积内的路径损耗低于门限值,γ,的概率,a,2,；,参见教材,2.4.6,推导，可得：,71,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,d (m),Receive,,power,100,0,dBm,200,-20,dBm,1000,-35,dBm,3000,-70,dBm,例题,4,：距发射机,100m,、,200m,、,1km,、,3km,处分别得到接收功率的测量值如表所示。

假设路径损耗符合对数正态分布模型，且设,d,0,=100m,处1,）求路径损耗指数；,2,）计算方差；,3,）运用结果估计,d,=2km,处的接收信号功率；,4,）预测,2km,处接收功率大于－,60dBm,的概率；,5,）预测半径为,2km,的小区内，接收功率大于－,60dBm,的覆盖面积百分比解：,1,）,求路径损耗指数,72,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,MMSE,即求使上式微分为,0,的,κ,73,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,d (m),Receive,,power,100,0,dBm,200,-20,dBm,1000,-35,dBm,3000,-70,dBm,解：,1,）,求路径损耗指数,例题,4,：距发射机,100m,、,200m,、,1km,、,3km,处分别得到接收功率的测量值如表所示假设路径损耗符合对数正态分布模型，且设,d,0,=100m,处1,）求路径损耗指数；,2,）计算方差；,3,）运用结果估计,d,=2km,处的接收信号功率；,4,）预测,2km,处接收功率大于－,60dBm,的概率；,5,）预测半径为,2km,的小区内，接收功率大于－,60dBm,的覆盖面积百分比。

74,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,解：,2,）,计算方差,75,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,d (m),Receive,,power,100,0,dBm,200,-20,dBm,1000,-35,dBm,3000,-70,dBm,解：,1,）,求路径损耗指数,2,）,计算方差,例题,4,：距发射机,100m,、,200m,、,1km,、,3km,处分别得到接收功率的测量值如表所示假设路径损耗符合对数正态分布模型，且设,d,0,=100m,处1,）求路径损耗指数；,2,）计算方差；,3,）运用结果估计,d,=2km,处的接收信号功率；,4,）预测,2km,处接收功率大于－,60dBm,的概率；,5,）预测半径为,2km,的小区内，接收功率大于－,60dBm,的覆盖面积百分比76,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,解：,3,）,估计,d,=2km,处的接收信号功率,77,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,解：,4,）,预测,2km,处功率大于－,60dBm,的概率,78,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,2.4,.3,,带有阴影的对数距离路径损耗,信号超过门限的覆盖区百分比的一族曲线,79,,提示：,1,、接收机灵敏度即接收机能够进行正常通信的,,最小接收功率。

2,、参考点处的接收功率依据自由空间传播模型3,、,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,作业：,,B3,：载频为,1800MHz,，发射机的发射功率为,15W,，发射天线,,增益为,12dB,接收机的天线增益为,3dB,，接收机灵敏度,,为,-100dBm,求保证通信中断率小于,5%,的,T-R,最大距离假定 ， ，,d,0,=1km,80,,复习：,,第一费涅尔区距离的定义式？工程上一般如何应用此距离的？,,带有阴影的对数距离路径损耗模型包括哪两个部分？路径损耗指数由什么决定的？,,一般情况下，,κ,是根据测试数据使用线性递归的方法，依据什么准则得到？,81,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,实际应用环境非常复杂实际应用的模型大多都是通过,理论分析,和,实际测量,相结合来获得为了描述其信道特性，人们建立了大量的信道模型这些模型一般都是,根据测试数据总结,得到的，旨在预测特定区域的信号场强82,,1.,地形的分类,,中等起伏地形,——,传播基准,,地面起伏高度不超过,20m,，起伏缓慢，峰点与谷点之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等统称为不规则地形2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,2.,地物（或地区）的分类,,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，如农田、荒野、广场、沙漠等；,,郊区,：在靠近移动台近处有些障碍物但不稠密，如有少量的低层房屋或小树林等,,市区,：有较密集的建筑物和高层楼房,83,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,也称电波传播损耗的,图表预测法,，是根据,Okumura,在东京地区进行大量实测的基础上提出来的一、,Okumura,（奥村）模型,（,1,）,它是通过大量的传播实验，利用统计的办法找出各种地形地物条件下的传播损耗和距离、频率、天线高度间的关系，绘制出电波传播特性的计算图表，根据这些图表可以方便地对接收功率进行预测1968,年提出的,Okumura,模型是预测,城区信号,时使用最广泛的模型84,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,一、,Okumura,（奥村）模型,（,2,）,,应用环境,：,,频率：,100MHz,～,1920MHz,（可扩展到,3GHz,）,,距离：,1km,～,100km,,天线高度：,30,～,1000m,方法,：,,,Okumura,提出了一系列在准平滑城区，基站有效天线高度（,h,b,）为,200,米，移动天线高度（,h,m,）为,3,米的相对于自由空间的中值损耗（,Am,(,f,,,d,),）曲线。

85,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,一、,Okumura,（奥村）模型,（,3,）,Okumura,表征了多种因素综合作用的结果86,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,一、,Okumura,（奥村）模型,（,4,）,典型中等起伏地型上市区的基本中值,Am,(,f,,,d,),,与频率、距离的关系曲线基准天线高度：基站为,200m,，移动台天线高度为,3m,曲线上读出的是基本损耗中值大于自由空间传播损耗的数值87,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,一、,Okumura,（奥村）模型,（,5,）,基站,：基站天线高度不是,200m,，则损耗中值的差异用基站天线高度增益因子来修正88,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,一、,Okumura,（奥村）模型,（,6,）,移动台,：,,移动台天线高度不是,3m,，则损耗中值的差异用移动台天线高度增益因子来修正89,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,一、,Okumura,（奥村）模型,（,7,）,街道走向修正因子,,纵向街道的损耗中值明显小于横行街道的损耗中值。

郊区的修正因子,,郊区的建筑物一般是分散的、低矮的，故电波传播条件优于市区郊区场强中值大于市区场强中值开阔地、准开阔地的修正因子,,开阔地、准开阔地（开阔地与郊区间的过渡区）传播条件优于市区,水陆混合路径修正因子,地形地物修正因子,90,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,一、,Okumura,（奥村）模型,（,8,）,Okumura,模型的特点与不足：,,Okumura,模型对地形、地物进行分类，使用完全客观的实验数据使其能在相应的环境下获得较准确的预测，因此得到广泛的应用完全基于测试数据，不提供任何分析解释许多情况通过外推曲线来获得测试范围以外的值，尽管这种外推法的正确性依赖于环境和曲线的平滑性模型本身也有不足，如对地形的定性划分不可避免地导致对通信环境的主观判断对城区和郊区快速变化的反应较慢91,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,二、 奥村,-,哈塔,(Okumura-,Hata,),路径损耗模型,（,1,）,1990,年哈塔根据,Okumura,模型所作的曲线拟合经验公式模型路径损耗：,其中：,92,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,二、 奥村,-,哈塔,(Okumura-,Hata,),路径损耗模型,（,2,）,移动台天线修正因子,a,(,h,m,),：,Hata,模型没有,Okumura,模型的特定路径修正因子。

Hata,模型适用于,d,超过,1km,的宏小区移动系统，不适用于半径为,1km,左右的小区93,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,三、,Lee,路径损耗模型,主要是针对蜂窝移动通信系统的应用可用于预测不同地区的路径损耗模型由两部分组成,：,a,）在一组特定条件下的路径损耗预测；,b,）在不同于上述特定条件的情况下的校正因子自学 教材,2.4.5,节,其他室外传播模型：,,,Hata,-PCS,,Longley-Rice,模型,, Durkin,模型,等等94,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,四、室内传播模型（,1,）,,随着,PCS,系统的使用，室内无线传播情况受到人们的重视20,世纪,80,年代首次开始研究室内传播特点：覆盖距离更小，环境变化更大,,受到影响的因素很多，如：门窗是开还是关？天线放置的位置？人员的分布情况？,,室内信道可以分为视距（,LOS,）,和阻挡（,OBS,）,两种同楼层的分隔损耗,,给出不同频段、不同材料不同分隔方式的损耗值如：混凝土墙在,1300MHz,的损耗为,8,－,15dB,。

楼层间的分隔损耗,,,和建筑物的材料、类型、层数、窗户及频段有关一层的衰减要大，而五、六层以上的衰减很小95,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,四、室内传播模型（,2,）,许多研究表明，室内路径损耗遵从下式：,Ericcson,多重断点模型：,,,适用于多层办公室建筑模型假定参考距离（,1,米）处的衰减为,30dB,，频率为,900Mhz,，单位增益天线典型室内传播模型：,96,,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,四、室内传播模型（,3,）,衰减因子模型：,描述了受建筑物类型影响以及由阻挡物引起的变化的建筑物内特定位置的传播模型1996,－,2000,年，该模型用来精确计算室内以及校园网的情况97,,小结,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,,,2.4.1,,自由空间传播模型,自由空间中距发射机,d,处天线的接收功率为：,自由空间路径损耗：,d,处的接收功率与参考,距离,d,0,的接收功率的关系：,两个天线之间直线传播最大距离是：,98,,小结,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,,,2.4.2,光滑平面上的电波传播,地面反射模型（双线模型）,接收功率：,双线模型路径损耗为：,第一费涅尔区距离：,大于等于第一费涅尔区距离时双线模型路径损耗简化为：,99,,小结,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,,,2.4.3,带有阴影的对数距离路径损耗,实际路径损耗估计分为两部分：,,代表均值变化的：对数距离路径损耗,,代表局部变化的：对数正态阴影,接收功率超过特定值,ξ,的概率：,κ,和 是根据测试数据，一般使用线性递归方法，使路径损耗的测试值和估计值的均方误差达到最小得到的。

100,,小结,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,,,2.4.3,带有阴影的对数距离路径损耗,距离,r,处的路径损耗低于门限值,γ,的概率,a,1,：,半径为,R,的圆面积内的路径损耗低于门限值,γ,的概率,a,2,；,101,,小结,2.4,大尺度路径损耗与阴影衰落,,,2.4,.4,,室外,/,室内传播模型,一、,Okumura,（奥村）模型,二、 奥村,-,哈塔,(Okumura-,Hata,),路径损耗模型,三、,Lee,路径损耗模型*,四、室内传播模型*,102,,。