【文章內容簡介】 （ 226） 由此可見，兩相鄰場強為最小值的頻率間隔是與相對多徑時延差Δ (t)成反比的 ， 通常稱 cB 為多徑時散的相關帶寬。若所傳輸?shù)男盘枎捿^寬，以至與 cB 可比擬時，則所傳輸?shù)男盘枌a生明顯的畸變。 實際上，移動信道中的傳播路徑通常不止兩條，而是多條，且由于移動臺處于運動狀態(tài)，相對多徑時延差Δ (t)也是隨時間而變化的，因而合成信號振幅的谷點和峰點在頻率軸上的位置也將隨時間而變化，使信道的傳遞函數(shù)呈現(xiàn)復雜情況，這就很難準確地分析相關帶寬的大小。工程上，對于角度調制信號，相關帶寬可按下式估算： ?? ?21cB （ 227） 式中， Δ為時延擴展。 無線信道的 模型 各類信號從發(fā)射端送出之后，在到達接收端之前所經過的路徑，我們統(tǒng)稱為信道。通道對傳送信號所產生的影響，是各類通信系統(tǒng)接收機設計的一個關鍵考量。其中，如果傳送的是無線電信號，電磁波傳播所經過的路徑，我們特別稱為無線信道。無線信道可能是很簡單的直線傳播，也可能會被許多不同的因素所干擾，例如信號經過建筑物、山丘 等反射所產生的多徑效應，多徑效應會造成信號放大或衰減，最大和最小可以相差 30 到 40dB；此外， 發(fā)射端和接收端的相對運動，會使信號產生多普勒效應，多普勒效應會使通道的特性隨著時間而改變，增加了信號品質的不確定性。對無線通信系統(tǒng)而言，因為傳播路徑的多樣性與時變性，無線信道的特性便在接收機的設計中，扮演者關鍵的角色。 自由空間傳播 模型 無線電自發(fā)射端送出后，在空間中呈現(xiàn)發(fā)散的特性向四面八方傳播出去，情況就像一個不斷膨脹的球體，基于能量守恒的原理，無論半徑為多少 ，整個球體表面積所散布的能量必須守恒，而球體的表面積是與距離的平方成正比，這也就是為何在真空中，接收功率和傳播距離平方成反比的緣故。此模 型是用來估測當發(fā)射端和接收端之間沒有任何障礙物，此時發(fā)射端和接收端之間的距離也是最短的?；旧?，在這種傳播模式底下，接收機所接收到的信號強度和距離的平方成反比，這也是依球面積和能量守恒定律所得來的結果。 16 由電磁場理論可知，若各向同性天線的輻射功率為 TP 瓦，則距輻射源 d m 出的電場強度有效值 0E 為 dPE T300 ? （ V/m） （ 228） 磁場強度有效值 0H 為 dPH T?120300 ? (A/m) （ 229） 單位面積上的電波功率密度 S為 24 dPS T?? （ 2/mW ） （ 230） 若用發(fā)射天線增益為 TG 的方向性天線取代各向同性天線，則上述公式應該寫為 d GPE TT300 ? （ V/m） dGPH TT?120300 ? (A/m) 24 dGPS TT?? ( 2/mW ) （ 231） 接收天線獲取的電波功率等于該點的電波功率密度乘以接收天線的有效面積，即 RR SAP ? （ 232） 式中， RA 為接收天線的有效面積，它與接收天線增益 RG 滿足下列關系 ： RR GA ??42? （ 233） 式中， ??42 為各向同性天線的有效面積， 由式 231 至式 233 可得 2)4( dGGPP RTTR ??? （ 234） 當收、發(fā)天線增益為 0dB，即當 1?? RT GG 時，接收天線上獲得的功率為 24 ??????? dPP TR ?? （ 235） 由上式可見，自由空間傳播損耗 fsL 可定義為 17 24 ???????? ??dPPL RTfs （ 236） 以 dB計，得 ? ? )(4lg20)(4lg10)( 2 dBddBddBL fs ???? ???????? （ 237） 或 ［ fsL ］ (dB) = +20lg d(km)+20lg f(MHz) （ 238） 式 中， d 的單位為 km，頻率單位以 MHz 計。 無線視距傳播模型 由于大氣的存在引起電磁波的折射，電磁波的傳播路徑并非直線，而是一條向地球彎曲的弧線，曲率約為地球半徑的 4 倍。 圖 213 無線視距傳播示意圖 對于理想平滑地面，無線視距路徑距離為： )(17)(3423434 22mhkmdhrrhrdaLSaaLS????????????????? ?? （ 239） 無線電波傳輸距離比直視視距更遠。 假設：不規(guī)則地形的平均起伏高度差為Δ h 天線有效高度 aeh 為天線高于地形平均海拔的高度，則無線視距路徑距離的統(tǒng)計均值為： ? ?mhhLSLI aeedd 5,m a x/ ???? （ 240） 不規(guī)則地形使無線視距減小。 18 表 22 地形對 h? 的影響 地形描述 Δ h（ m） 水面或非常平滑地面 0~5 平滑地面 5~20 輕微起伏地形 20~40 起伏地形 40~80 丘陵地形 80~150 山地地形 150~300 崎嶇山地 300~700 極其崎嶇山地 700 兩徑模型 無線視距傳播路徑：直達波、地面反射波 圖 214 無線視距兩徑模傳播示意圖 電波路徑差： dhhrr RT212 ?? （ 241） 路徑差形成的相位差： dhh RT??? 4?? （ 242） 當相位差 π時，路徑損耗呈現(xiàn)周期擺動形態(tài)。 當相位差 π時，路徑損耗不再擺動，稱為第一菲涅爾區(qū)。 當 d4hThR/λ時，對于平滑地面有如下近似： 22424 ????????????? ddhhG RTL O S ???? （ 243） 22424 ????????????? ddhhG RTL O S ???? （ 244） 當距離遠大于第一菲涅耳半徑時，兩徑無線視距損耗變得與頻率無 關。 隨著地面反射系數(shù)減小，由反射引起的衰減因子也減小，視距路徑損耗將逐漸減小并變的與頻率有關，但目前尚沒有精確的定量描述。 實際的兩徑損耗特性如圖 215 所示： 19 圖 215 兩徑損耗特性 。 無線電波可以通過衍射進入障礙物阻擋的陰影區(qū)，但會形成 衍射損耗，與障礙物高度、距離、頻率等有關。 圖 216 超越障礙的衍射傳播示意圖 根據經 典光學衍射理論， 有障礙時陰影區(qū)的衍射損耗約為： ??? ? ??? ? ??? )( 2A （ 45） rTdddH ?? 2? （ 246） 圖 217 障礙衍射損耗 無線信道經驗模型 （ Hata Model） 在市區(qū)的中值路徑損耗的標準公式為 (CCIR 采納的建議 ) dhhahfdBL u r b a n bbbc lg)()()( ?????? （ 247） 式中： cf 是在 150~1500MHz 內的工作頻率； bh 是基站發(fā)射機的有效天線高度（單位為 m，適用范圍 30~200 m），其定義為天線相對海平面高度 tsh 減去距離從 3 km 到 15 km 之間的平均地20 面高度 gah 。 reh 是移動臺接收機的有效天線高度（單位為 m， 適用范圍 1~10 m） 。 d 是收發(fā)天線之間的距離（單位為 km， 適用范圍 1~10km）； a( reh )是移動臺接收機的有效天線高度的修正因子。 對于小城市到中等城市， a( reh )的表達式為 a( reh )=()hre()dB （ 248） 對于大城市 , a( reh )的表達式為 a( reh )=( reh )， fc≤ 300 MHz (249) a( reh )=( reh )， fc≥ 300 MHz (250) 為了得到郊區(qū)的路徑損 耗，式（ 249）可以修正為 Lsuburban(dB)=Lurban2［ lg( cf /28)］ (251) 對于開闊的農村地帶的路徑損耗，式（ 249）可以修正為 Lrural(dB)=(lg cf )2+ cf (252) 2. COST231／ Walfish／ Ikegami 模型 歐洲研究委員會 COST231 在 Walfish 和 Ikegami 分別提出的模型的基礎上，對實測數(shù)據加以完善而提出了 COST231／ Walfish／ Ikegami 模型。這種模型考慮到了自由空間損耗、 沿傳播路徑的繞射損耗以及移動臺與周圍建筑屋頂之間的損耗。 COST231 模型已被用于微小區(qū)的實際工程設計。 該模型中的主要參數(shù)有： 178。 建筑物高度 hroof(m)； 178。 道路寬度 w(m)； 178。 建筑物的間隔 b(m)； 178。 相對于直達無線電路 徑的道路方位φ。 這些參數(shù)的定義見圖 218 圖 218 COST231模型參數(shù)定義 該模型適用的范圍： 21 178。 頻率 f： 800～ 2021 MHz； 178。 距離 d： ～ 5 km； 178。 基站天線高度 hb： 4～ 50m； 178。 移動臺天線高度 hm： 1～ 3 m。 1) 可視傳播路徑損耗 可視傳播路徑損耗的計算公式為 fdL b ??? (253) 式中損耗 bL 以 dB 計算，距離 d 以 km 計算，頻率 f 以 MHz 計算。 (下面公式中的參量單位與該式相同 ) 2) 非可視傳播路徑損耗 非可視傳播路徑損耗的計算公式為 msdrtsb LLLL ??? 0 （ 254） 式中， L0 是自由空間傳播損耗； Lrts 是屋頂至街道的繞射及散射損耗； Lmsd 是多重屏障的繞射損耗。 (1) 自由空間傳播損耗的計算公式 為 fdL ??? （ 255） (2) 屋頂至街道的繞射及散射損耗 (基于 Ikegami 模型 )的計算公式為 00 ????? ??????? r t s mr oofor imr t s L hhLhfL ? (256) 式中： ? 為街道寬度 (m)； mroofm hhh ??? 為建筑物高度 rofh 與移動臺天線高度 mh 之差 (m)； oriL是考慮到街道方向的實驗修正值，且 ????????????)55()35(???o riL (257) 式中的 ? 是入射電波與街道走向之間的夾角。 (3) 多重屏障的繞射損耗 (基于 Walfish 模型 )的計算公式為 ??? ? ????? 00 lg9lglgm s dfdab s hm s d L bfKdKKLL (258) 式中， b 為沿傳播路徑建筑物之間的 距離 (m)； bshL 和 aK 表示由于基站天線高度降低而增加的路徑損耗； dK 和 fK 為 msdL 與距離 d 和頻率 f 相關的修正因子， 與傳播環(huán)境有關。以上參數(shù)的值如下： 22 ??????? 0 )1lg (18 bbs h hL (259) ???????????????54dhhKbb? kmdhhmhhhhroofbroofbroofb?????且且 (260) ????? ????roofbd h hK 51818 roofbroofb hh hh ?? (261) ?????????