【正文】 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接收端，它到達的時間先后和強度會有不同。 多徑時延對數(shù)字移動通信 有極其重要的影響。 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 。 ? 從理論角度給出一個確切、完整的公式很困難。 大尺度路徑損耗 (Largescale path loss) 與陰影衰落 (Shadowing) 第二章 無線信道的特性 第 29頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間傳播模型 （ 教材 ） 光滑平面上的電波傳播 （ 教材 ） 帶有陰影的對數(shù)距離路徑損耗 （ 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。這種減少，稱為自由空間 的傳播損耗。 則有：接收天線輸出的功率 Pr為上述三者的乘積。 【 定義 】 天線遠(yuǎn)場區(qū)（ Fraunhofer區(qū)）為超過遠(yuǎn)場 距離 df 的地區(qū)，即： d≥df 遠(yuǎn)場距離 df 定義為： ?22 Dd f ?（ D為天線的最大物理線性尺寸） 第二章 無線信道的特性 第 35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 II. 參考距離 TR距離 d0作為接收功率的參考點。 1）發(fā)射功率換算成 dBW和 dBm； 2）求自由空間中距離天線 100m和 10Km處的接收功率為多少 dBm？ 解： 第二章 無線信道的特性 第 38頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間傳播模型 21 , m , 10 m , 10 W .4F r i i s W dB W .t r rctrtrcG G d PfdPPGG????? ? ? ? ? ???? ? ?????：A t 5 G H z , 6 m . S o 43. 9 W 16. 42 dB W .tP? ? ? ? 例題 2：有一室內(nèi)無線局域網(wǎng)，載波頻率 900MHz，小區(qū)半徑 10m，使用單位增益天線。W，則發(fā)射功率應(yīng)該是多大？若工作頻率換為 5GHz，相應(yīng)的所需發(fā)射功率又為多少？ 解： 第二章 無線信道的特性 第 39頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間傳播模型 大氣效應(yīng)（ 1）：吸收衰減 主要發(fā)生在高頻段 ?水蒸汽的最大吸收峰在 23GHz()； ?氧氣的最大吸收峰在60GHz(5mm)； ?對于 12GHz()以下的頻率，大氣吸收衰減小于： 。 ?在 10GHz以上頻段，雨霧衰減大大增加，達到幾dB/km。 第二章 無線信道的特性 第 41頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間傳播模型 大氣效應(yīng)（ 3）：大氣折射 ?當(dāng)一束電波通過折射率隨高度變化的大氣層時，會產(chǎn)生彎曲。 ?對于超短波波段，折射現(xiàn)象尤為突出它會影響到視距的極限傳播距離 。 ? 反射的表現(xiàn)：反射角＝入射角 地面反射模型 （雙線模型、兩徑模型） 接收功率一定增強嗎？ 第二章 無線信道的特性 第 45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 thrh1d2dd? ?221 ()trd d h h? ? ?直線傳播距離： 222 ()trd d h h? ? ?反射路徑傳播距離： ? 雙線模型 第二章 無線信道的特性 第 46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 2 2 2 22122( ) ( )1 ( ) 1 ( )t r t rt r t rd d d h h d h h dh h h hddd? ? ? ? ? ? ? ? ??? ??? ? ? ?????trh h d? ??通 常 ：4 trhhd???? ? ?2 d?????相 位 差 ： ＝? ?10 trd h h?? 2 trhhdd? ? ?22 1 1 1 ( 1 )2a a a? ? ? ? ?有 ：第二章 無線信道的特性 第 47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 即有： 2 2( ) 4 s in4r t t r dP d P G G d???? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?即有： 2 2 2( ) 4 s in4 trr t t r hhP d P G G dd ???? ????? ?? ???? ??dhhd rt2???考慮到相位差，且反射無損耗，接收信號功率為： 22( ) 1 e x p ( )4r t t rP d P G G jd? ????? ? ?????第二章 無線信道的特性 第 48頁 共 102頁 1. 上式顯示隨著發(fā)射機與接收機之間距離的增大，路徑損耗會交替出現(xiàn)最小點和最大點 。 100 200 300 400 500 600 700 80060708090100110120130140第二章 無線信道的特性 第 49頁 共 102頁 復(fù)習(xí)： 1. 在自由空間傳播模型中，若頻率增加一倍，路徑增加為十倍，路徑損耗增加多少 dB？ 2. 發(fā)射天線高 9米，接收天線高 4米， LOS極限傳播距離為多少公里？ 3. 發(fā)射天線高 30米，接收天線高 2米，一般情況下，能夠應(yīng)用雙線模型的最小距離為多少？ 第二章 無線信道的特性 第 50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 當(dāng) 時，有： trd h h??dhhdhh rtrt???? 22s i n ???????即有 d處的接收功率為： 224 ()trr t t r t rhhP P G G d h hd?雙線模型幾個重要結(jié)論 ? 路徑損耗呈現(xiàn) 4次冪衰減，這表明其接收功率衰減比自由空間（ 2次冪衰減）要快的多。 ? 路徑損耗與頻率無關(guān)。 第二章 無線信道的特性 第 52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 雙線模型幾個重要結(jié)論 ? 地面反射模型是應(yīng)用射線跟蹤法的一個簡單且非常有用的模型。 2. 對于小區(qū)視距內(nèi)的微蜂窩環(huán)境的預(yù)測也是非常準(zhǔn)確的。 第二章 無線信道的特性 第 53頁 共 102頁 例題 3：應(yīng)用雙線模型分析一個郊區(qū)的蜂窩系統(tǒng)。求第一費涅爾區(qū)距離 dc ？此處的功率損耗？ 單位增益天線 已知室內(nèi)參數(shù)， ht=3 m, hr=2 m, 載波頻率 fc=2 GHz。 （ b）在下列情況下，雙線模型是否可以應(yīng)用，解釋原因。假定發(fā)射機高度為 40m，接收機高度為 3m， 頻率為 1800MHz，依據(jù)這兩個公式分別求距離為 1km, 3km, 5km時的路徑損耗，并計算第一費涅爾區(qū)距離。 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 ? 實際應(yīng)用環(huán)境非常復(fù)雜。 ?理論分析 —— 針對應(yīng)用環(huán)境，找出主要的影響因素，建立模型，通過仿真或計算得出傳播模型。 第二章 無線信道的特性 第 56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 對于實際路徑損耗估計，我們可以利用 統(tǒng)計方法來研究傳播特性，此時傳播特性是以一般環(huán)境類型（如城市、郊區(qū)和農(nóng)村）為基礎(chǔ)的經(jīng)驗近似。 對于任意的 TR距離， 對數(shù)距離路徑損耗 表示為： 00( ) ,p dL d d dd?????????或： ? ?000( ) ( ) 1 0 l o g ,pp dL d L d d B d dd? ??? ? ?????其中， κ為 路徑損耗指數(shù) ，表明路徑損耗隨距離增長的速率； d0為近區(qū)參考距離； d為 TR距離。 一、 對數(shù)距離路徑損耗（ 3） ?在室外宏小區(qū)中， d0的典型值為 1km。 ?參考路徑損耗取決于載波頻率、天線高度和增益，以及其他一些因素。 ?在室外微小區(qū)中， d0的典型值為 100m。 為零均值的高斯（正態(tài)）分布隨機變量（單位為 dB），其標(biāo)準(zhǔn)偏差為 （單位為 dB），有概率密度函數(shù)（ pdf）為 ： ? ?dB???? ?221( ) e x p22dBxfx??? ???????????第二章 無線信道的特性 第 61頁 共 102頁 實際損耗可描述為對數(shù)距離路徑損耗與對數(shù)正態(tài)陰影的組合，即： ? ?? ?000( ) ( )( ) 1 0 l o g ,pp dBp dBL d L ddL d d dd???????? ? ? ?????其中： 為零均值的高斯（正態(tài)）分布隨機變量，單位為 dB。這種現(xiàn)象稱為 對數(shù)正態(tài)陰影 。 21( ) e x p ( )22zxQ z d x????? ?積 分 函 數(shù) ： 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（ 4） pdf 0 ()rPd ()rPd()( ) ( )r r d BP d P d ????接收功率超過某一特定值 ξ的概率： 第二章 無線信道的特性 第 64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（ 5） ?實際上， κ 和 是根據(jù)測試數(shù)據(jù)，一般使用線性遞歸方法，使路徑損耗的測試值和估計值的均方誤差達到最小而計算得出的。計算邊界內(nèi)覆蓋區(qū)的百分率與邊界處覆蓋之間的關(guān)系是非常有意義的。 業(yè)務(wù)質(zhì)量的要求； 傳播環(huán)境； 第二章 無線信道的特性 第 66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 三、 無線小區(qū)覆蓋 問題： 考慮對數(shù)距離路徑損耗模型，要求在小區(qū)邊緣處的路徑損耗不能大于參考距離 d0處路徑損耗 γdB， 確定下述兩種情況下的小區(qū)覆蓋。 第二章 無線信道的特性 第 69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 三、 無線小區(qū)覆蓋 考慮對數(shù)正態(tài)陰影； 分兩個步驟進行分析： 步驟 確定位置 r處的路徑損耗低于門限值 γ的概率 a1； 步驟 計算（由半徑 R定義的）圓面積內(nèi)的 路徑損耗低于門限值 γ的概率 a2； 步驟 確定位置 r處的路徑損耗低于門限值 γ的概率 a1： ()( ) ] rrPdP d Q?????????????P[ ? ? ? ?011 0 l o g rda r Q???????