无线通信基础教学.ppt

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1、,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,第2页 共102页,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。,第3页 共102页,第4页 共102页,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）,第5页 共102页,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

2、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：,第6页 共102页,电波的直射、反射和绕射,2.1 多径传播环境,（射线跟踪法）,第7页 共102页,2.1 多径传播环境,2、接收信号中的四种效应（1）,第8页 共102页,2.1 多径传播环境,2、接收信号中的四种效应（2）,第9页 共102页,2.1 多径传播环境,2、接收信号中的四种效应（3

3、）,多普勒频移,第10页 共102页,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？,第11页 共102页,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。,第12页 共102页,2.1 多径传播环境,2、接收信号中的四种效应（4）,第13页 共102页,2.1 多径传播环境,3、衰落

4、（Fading）,第14页 共102页,2.1 多径传播环境,3、衰落（Fading）,Distance inwavelength,SignalPower,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,第15页 共102页,2.1 多径传播环境,3、衰落（Fading）小尺度衰落,例如GSM：fc=900MHz,0.55ns，d=16.7cm,第16页 共102页,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？,第17页

5、共102页,3、衰落（Fading）小尺度衰落实验,第18页 共102页,2.1 多径传播环境,第19页 共102页,2.1 多径传播环境,第20页 共102页,2.1 多径传播环境,3、衰落（Fading）小尺度衰落,衰落深度可达2040dB。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。,第21页 共102页,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-Sca

6、le 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,第22页 共102页,2.1 多径传播环境,4、多径时延（时间色散）,第23页 共102页,2.1 多径传播环境,4、多径时延（时间色散）,多径时延大于脉冲宽度,第24页 共102页,2.1 多径传播环境,4、多径时延（时间色散）,基站(BS),移动台(MS),多径时延小于脉冲宽度,第25页 共102页,2.1 多径传播环境,

7、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,第26页 共102页,2.1 多径传播环境,5、多普勒频移（频率色散）,第27页 共102页,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？,第28页 共102页,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

8、足工程上的估算要求。,第29页 共102页,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）,第30页 共102页,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,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。,第31页 共102页,2.4 大尺度路径损耗与阴影衰落,发射功率为Pt，发

9、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 Pt/4 d2,发射天线增益：Gt,接收天线有效面积：A=Gr 2/4，其中Gr为接收天线增益，为信号波长。,则有：接收天线输出的功率Pr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,第32页 共102页,2.4 大尺度路径损耗与阴影衰落,一、Friis公式（1）：定义,2.4.1 自由空间传播模型,第33页 共102页,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：,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

10、与距离的关系为20dB/十倍程,第34页 共102页,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df 的地区，即：ddf,第35页 共102页,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,第36页 共102页,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：,第37页 共102页,2.4 大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4.1 自由空

11、间传播模型,解：,第38页 共102页,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,解：,第39页 共102页,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。,第40页 共102页,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

12、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。,第41页 共102页,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。,第42页 共102页,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,视距（LOS）的极限传播距离,Re：等效 地球半径,取标准大气压下的经验值,第43页 共102页,2.4 大尺度路径损耗与阴影衰落,作业：2.17,第44页 共102

13、页,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,第45页 共102页,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,第46页 共102页,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47页 共102页,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：,第48页 共102页,上式显示随着发射机与

14、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;,第49页 共102页,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？,第50页 共102页,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

15、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。,第51页 共102页,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。,第52页 共102页,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

16、）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。,第53页 共102页,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？,第54页 共102页,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）ht=35m,hr=3m,d=250m 2）ht=30m,hr=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

17、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。,第55页 共102页,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。,第56页 共102页,2.4 大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4.3 带有阴影的对

18、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,第57页 共102页,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。,功率衰减与距离的关系为10kdB/十倍程,第58页 共102页,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,代表

19、不同环境下路径损耗指数,一、对数距离路径损耗（2）,第59页 共102页,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，d0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，d0的典型值为1m。,在室外微小区中，d0的典型值为100m。,第60页 共102页,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。,第6

20、1页 共102页,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）,第62页 共102页,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：,第63页 共102页,由于(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）,接收功率超过某一特定值

21、的概率：,第64页 共102页,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，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。,第65页 共102页,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。,1、业务质量的要求；2、传播环境；,第66页 共102页,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

22、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d0处路径损耗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；,第67页 共102页,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d0处路径损耗dB：,得到：,距离d处的路径损耗为：,第68页 共102页,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：,

23、距离d处的路径损耗相对于参考距离d0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d0处路径损耗dB，只能是一种概率。,第69页 共102页,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的概率a1；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的概率a2；,步骤1、确定位置r处的路径损耗低于门限值的概率a1：,第70页 共102页,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

24、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的概率a2；,第71页 共102页,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的概率a2；,参见教材2.4.6推导，可得：,第72页 共102页,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,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d0=100m处。1）求路径损耗

25、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,第73页 共102页,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,第74页 共102页,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：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d0=100m处。1）求路径损耗指数；2）计算方差；3

26、）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。,第75页 共102页,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,第76页 共102页,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：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d0=100m处。1）求路径损耗指数；2）计算方差；3）运用结果估计

27、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。,第77页 共102页,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,第78页 共102页,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,第79页 共102页,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,

28、信号超过门限的覆盖区百分比的一族曲线,第80页 共102页,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，d0=1km。,第81页 共102页,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，是根据测试数据使

29、用线性递归的方法，依据什么准则得到？,第82页 共102页,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。,第83页 共102页,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

30、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,第84页 共102页,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

31、Okumura模型是预测城区信号时使用最广泛的模型。,第85页 共102页,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：100MHz1920MHz（可扩展到3GHz）距离：1km100km天线高度：301000m,方法：Okumura提出了一系列在准平滑城区，基站有效天线高度（hb）为200米，移动天线高度（hm）为3米的相对于自由空间的中值损耗（Am(f,d)）曲线。,第86页 共102页,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

32、因素综合作用的结果。,第87页 共102页,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。,第88页 共102页,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。,第89页 共102页,2.4 大尺度路径损耗与阴影衰落,2.4

33、.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。,第90页 共102页,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,第91页 共102页,2.4 大

34、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。,第92页 共102页,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(O

35、kumura-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。,第93页 共102页,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(hm)：,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。,第94页 共102页,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

36、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。,第95页 共102页,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

37、 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815dB。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。,第96页 共102页,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）,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：,第97页 共102页,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

38、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。,19962000年，该模型用来精确计算室内以及校园网的情况。,第98页 共102页,小结,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d0的接收功率的关系：,两个天线之间直线传播最大距离是：,第99页 共102页,小结,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：,第100页 共102页,小结,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的概率：,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。,第101页 共102页,小结,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的概率a1：,半径为R的圆面积内的路径损耗低于门限值的概率a2；,第102页 共102页,小结,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*,