【正文】 （ 教材 ， ） 室外 /室內(nèi)傳播模型 （ 教材 ） 第二章 無線信道的特性 第 30頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 ? 什么是理想無線信道？ 無阻擋、無吸收、無時變、無干擾，自由空間傳播。 X Y l?d V S ()t? c o s ( )cdVfftc ??多 普 勒 頻 率 ：第二章 無線信道的特性 第 27頁 共 102頁 復(fù)習(xí)： 1. 什么是大尺度路徑損耗？什么是陰影損耗？ 2. 什么是小尺度衰落？ 3. 什么是多徑時延？ 第二章 無線信道的特性 第 28頁 共 102頁 ? 無線信道是一個完全開放式信道，其傳播損耗從宏觀的大范圍看，主要決定于 傳播的環(huán)境 。 第二章 無線信道的特性 第 21頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 衰落（ Fading）：小結(jié) 三類 不同層次的損耗 1. 大尺度路徑損耗（ LargeScale Path Loss ） 2. 陰影損耗（中尺度損耗）（ Shadowing ） 3. 小尺度衰落（ SmallScale Fading ） ? 電磁波在空間傳播所產(chǎn)生的損耗 ? 千米量級 ? 由傳播阻擋的陰影效應(yīng)所產(chǎn)生的損耗 ? 數(shù)百波長量級 ? 反映小范圍接收電平平均值的起伏變化趨勢 ? 數(shù)十波長以下量級 第二章 無線信道的特性 第 22頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 多徑時延（時間色散） 同一發(fā)射信號通過不同路徑到達(dá)接收端，它到達(dá)的時間先后和強(qiáng)度會有不同。 ? 變化速率快。 ? 所接收到的信號是上述各路徑信號的矢量和。若發(fā)射機(jī) 發(fā)射信號功率一樣，那么到達(dá)接收機(jī)時信 號的強(qiáng)弱將不同，離接收機(jī)近者信號強(qiáng)， 離接收機(jī)遠(yuǎn)者信號弱。 直射 ：發(fā)射機(jī)信號無阻擋到達(dá)接收機(jī)。 第二章 無線信道的特性 第 3頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 線性時變信道模型 信道相關(guān)函數(shù) 大尺度路徑損耗與陰影衰落 小尺度多徑衰落 第二章 無線信道的特性 第 4頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 無線通信信號的傳播方式 接收信號中的 四種效應(yīng) 衰落 多徑時延（時間色散 ） 多普勒頻移（頻率色散） 多徑傳播環(huán)境（無線傳播環(huán)境） 第二章 無線信道的特性 第 5頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 無線通信信號的傳播方式 反射 ：當(dāng)電磁波遇到比波長大得多的物體時發(fā)生反射，反 射發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。第二章 無線信道的特性 主講人：張 煒 電子科學(xué)與工程學(xué)院 軍事通信工程系 第二章 無線信道的特性 第 2頁 共 102頁 ? 無線信道的 損傷性 ? 無線信道的 復(fù)雜性 1. 多種損傷。 繞射 ：當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無線路徑被尖銳的邊緣阻 擋時將發(fā)生繞射。 四種最基本傳播方式： 第二章 無線信道的特性 第 6頁 共 102頁 直射波 障礙物 繞射波 入射波 反射波 電波的直射、反射和繞射 發(fā)射天線 接收天線 多徑傳播環(huán)境 一般情況下，相對于直射波， 反射波、繞射波、散射波都比較弱。 接收信號中的 四種效應(yīng)（ 2） 第二章 無線信道的特性 第 9頁 共 102頁 多普勒效應(yīng) ： 由于用戶處于高速移動（如車載通信） 中，傳播頻率的擴(kuò)散而引起的，其頻 率擴(kuò)散程度（多普勒頻移）與用戶運(yùn) 動速度成正比。 稱這種自干擾現(xiàn)象為 多徑干擾 或 多徑效應(yīng) 。 ? 具有選擇性。到達(dá)信號之間不同的時間差，稱為存在多徑時延。 大尺度路徑損耗與陰影衰落 ? 傳播損耗不僅決定于 傳播距離 ，而且還與傳播中的 地形、地貌、傳播的載波頻率 ，以及 發(fā)、收天線高度 等密切相關(guān)。 自由空間傳播模型 自由空間傳播模型用于預(yù)測接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間完全無阻擋的視距路徑時接收信號的功率 ? 無線電波在自由空間傳播時，其單位面積中的能 量會因?yàn)閿U(kuò)散而減少。 一、 Friis公式（ 1）：定義 自由空間傳播模型 第二章 無線信道的特性 第 32頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間中距發(fā)射機(jī) d處天線的接收功率為： 24r t t rP P G Gd?????????其中： Pt為發(fā)射功率； Gt是發(fā)射天線增益 Pr為接收功率； Gr是接收天線增益 d是 TR間距離，單位為 m； 為波長，單位為 m； ?一、 Friis公式（ 1）：定義 自由空間傳播模型 第二章 無線信道的特性 第 33頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 通常直接定義 是 自由空間路徑損耗 ： 24 ????????d)(dL p22( ) 10 l og ( )( 4 )/20 l og ( )4pcL d dBdcfdBd??????? ???????? ????( ) 20 l og ( ) 20 l og ( ) 14 7. 56 ( )pcL d f d dB? ? ?注意：距離每增加一倍或發(fā)射頻率每增加一倍， 自由空間損耗就增加 6dB 一、 Friis公式（ 1）：定義 自由空間傳播模型 路徑損耗 dB表示： ? ?1010 log接收功率衰減與距離的關(guān)系為20dB/十倍程 第二章 無線信道的特性 第 34頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 一、 Friis公式（ 2）：適用范圍 自由空間傳播模型 I. Friis自由空間傳播模型僅適用于天線遠(yuǎn)場區(qū)。在自由空間路徑損耗模型下，若要求小區(qū)內(nèi)所有終端的最小接收功率為 10181。 ?下雨衰減是限制高頻段微波傳播距離的主要因素。 低折射率區(qū) 高折射率區(qū) 入射方向 折射方向 第二章 無線信道的特性 第 42頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間傳播模型 兩個天線之間直線傳播最大距離是： ? ?4. 12 ( )trh h k m?其中 ht， hr (m) 是兩個天線的高度 theR rh1d2deR eR2 2 22 ( ) 22e t e e t tetd R h R R h hRh? ? ? ? ??1 2 erd R h?12 2 ( ) 4 .1 2 ( ) ( )e t r t rd d d R h h h h k m? ? ? ? ? ? ?視距（ LOS）的極限傳播距離 Re：等效 地球半徑 取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的經(jīng)驗(yàn)值 30 , 2 28. 4trh m h m L O S k m? ? ?例 ： 極 限 傳 播 距 離 為第二章 無線信道的特性 第 43頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 作業(yè)： 第二章 無線信道的特性 第 44頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 光滑平面上的電波傳播 ? 反射的條件：當(dāng)電波傳播中遇到兩種不同介質(zhì)的光滑可反射平面（如地球的表面或水面）時，如果界面的尺寸遠(yuǎn)大于電波的波長時，產(chǎn)生反射。 ? 顯示了發(fā)射天線和接收天線的高度對路徑損耗的明顯影響。 1. 該模型在預(yù)測幾千米范圍（使用較高天線塔）內(nèi)的大尺度信號強(qiáng)度時是非常準(zhǔn)確的。 已知室外參數(shù)， ht=10 m, hr=3 m, 載波頻率 fc=2 GHz。 1） ht=35m, hr=3m, d=250m 2） ht=30m, hr=, d=450m B比較雙線地面反射模型中精確公式（ ）與近似公式的 路徑損耗差異。實(shí)際應(yīng)用的模型大多都是通過 理論分析 和 實(shí)際測量 相結(jié)合來獲得。 實(shí)際路徑損耗估計分為兩部分： ? 代表均值變化的： 對數(shù)距離路徑損耗 ? 代表局部變化的： 對數(shù)正態(tài)陰影 第二章 無線信道的特性 第 57頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 帶有陰影的對數(shù)距離路徑損耗 一、 對數(shù)距離路徑損耗（ 1） 基于理論和測試的傳播模型指出，無論室外還是室內(nèi)信道，平均接收信號功率隨距離的變化而呈對數(shù)衰減。 ?參考距離永遠(yuǎn)在天線的遠(yuǎn)場區(qū)。 第二章 無線信道的特性 第 60頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 帶有陰影的對數(shù)距離路徑損耗 二、 對數(shù)正態(tài)陰影（ 1） 對數(shù)正態(tài)分布是描述陰影效應(yīng)的一種廣泛采用的模型。 二、 對數(shù)正態(tài)陰影（ 3） ? TR距離為 d處的接收功率可用下式表示： ( ) ( )r t pP d P L d??0 ( )0( ) 1 0 l o gt p d BdP L dd????? ? ? ?????()()r dBPd ???第二章 無線信道的特性 第 63頁 共 102頁 ()( ) ] rrPdP d Q?????????????P[由于 ε(dB)為正態(tài)分布的隨機(jī)變量，對于接收功率常用 Q函數(shù)表示其超過特定值的概率。 我們的目的： 計算有效服務(wù)區(qū)域的百分比 （即接收信號等于或高于門限要求的區(qū)域百分比）。第二章 無線信道的特性 第 72頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 帶有陰影的對數(shù)距離路徑損耗 d (m) Receive power 100 0 dBm 200 20 dBm 1000 35 dBm 3000 70 dBm ( ) ( ) [ dB ]r t pP d P L d??例題 4：距發(fā)射機(jī) 100m、 200m、 1km、 3km處分別得到接收功率的測量值如表所示。假設(shè)路徑損耗符合對數(shù)正態(tài)分布模型，且設(shè)d0=100m處。 1）求路徑損耗指數(shù)； 2）計算方差； 3）運(yùn)用結(jié)果估計 d=2km處的接收信號功率； 4）預(yù)測 2km處接收功率大于－ 60dBm的概率； 5）預(yù)測半徑為 2km的小區(qū)內(nèi)，接收功率大于－ 60dBm的覆蓋面積百分比。 大尺度路徑損耗與陰影衰落 作業(yè)： B3：載頻為 1800MHz，發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率為 15W，發(fā)射天線 增益為 12dB。 4?? 8 d B?? ?( 1 . 6 4 5 ) 0 . 9 5Q ??第二章 無線信道的特性 第 81頁 共 102頁 復(fù)習(xí)： 1. 第一費(fèi)涅爾區(qū)距離的定義式？工程上一般如何應(yīng)用此距離的？ 2. 帶有陰影的對數(shù)距離路徑損耗模型包括哪兩個部分？路徑損耗指數(shù)由什么決定的？ 3. 一般情況下， κ 是根據(jù)測試數(shù)據(jù)使用線性遞歸的方法，依據(jù)什么準(zhǔn)則得到？ 第二章 無線信道的特性 第 82頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 室外 /室內(nèi)傳播模型 實(shí)際應(yīng)用環(huán)境非常復(fù)雜。 第二章 無線信道的特性 第 83頁 共 102頁 1. 地形的分類 – 中等起伏地形 ——傳播基準(zhǔn) 地面起伏高度不超過 20m ，起伏緩慢，峰點(diǎn)與谷點(diǎn)之間的水平距離大于起伏高度。 ?1968年提出的 Okumura模型是預(yù)測 城區(qū)信號 時使用最廣泛的模型。 ? 基準(zhǔn)天線高度：基站為200m，移動臺天線高度為 3m 。 ( , ) 10 l og ( ) , 33( , ) 20 l og ( ) , 3 103mm m mmm m mhH h f h mhH h f m h m??? ? ?第二章 無線信道的特性 第 90頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 室外 /室內(nèi)傳播模型 一、 Okumura （奧村）模型 （ 7） 街道走向修正因子 ?縱向街道的損耗中值明顯小于橫行街道的損耗中值。 ?完全基于測試數(shù)據(jù)，不提供任何分析解釋。 第二章 無線信道的特性