1、第第2章章移动信道电波传播理论移动信道电波传播理论无线电波传播的基本特性无线电波传播的基本特性 2.12.1移动无线信道的多径传播衰落特性移动无线信道的多径传播衰落特性2.22.2描述多径信道的主要参数描述多径信道的主要参数 2.32.3 多径信道电波传播损耗模型2.42.42.1 无线电波传播的基本特性无线电波传播的基本特性 移动通信信道的基本特点有移动通信信道的基本特点有3个个：（1）带宽有限，它取决于使用的频率资源和带宽有限，它取决于使用的频率资源和信道的传播特性；信道的传播特性；（2）干扰和噪声影响大，这主要是移动通信）干扰和噪声影响大，这主要是移动通信工作的电磁环境所决定的；工作的电
2、磁环境所决定的；（3）存在着多径衰落。）存在着多径衰落。移动信道的衰落特性取决于无线电波的传播环境。移动信道的衰落特性取决于无线电波的传播环境。移动信道移动信道复杂、恶劣的传播条件复杂、恶劣的传播条件这一特征是由在运动这一特征是由在运动中进行无线通信这一方式本身所决定的。中进行无线通信这一方式本身所决定的。2.1.1 概况概况 对移动信道进行研究的基本方法有对移动信道进行研究的基本方法有3种。种。（1）理论分析）理论分析：缺陷是数学模型往往过：缺陷是数学模型往往过于简化导致应用范围受限。于简化导致应用范围受限。（2）现场电波传播实测：缺陷是费时费）现场电波传播实测：缺陷是费时费力且往往只针对某
3、个特定传播环境。力且往往只针对某个特定传播环境。（3）移动信道的计算机模拟：能灵活快）移动信道的计算机模拟：能灵活快速地模拟出各种移动通信信道，应用广泛。速地模拟出各种移动通信信道，应用广泛。移动环境中电波传播特性研究的结果移动环境中电波传播特性研究的结果往往用两种方式给出。往往用两种方式给出。方式一：对移动环境中电波传播特性方式一：对移动环境中电波传播特性给出某种统计描述。给出某种统计描述。方式二：建立电波传播模型：如图表、方式二：建立电波传播模型：如图表、近似计算公式或计算机仿真模型等。近似计算公式或计算机仿真模型等。无线电波传播特性无线电波传播特性波波 段段波波 长长频频 率率主主 要要
4、 用用 途途长波长波10km10km1km1km30kHz30kHz300kHz300kHz中波中波1km1km100m100m300kHz300kHz3MHz3MHz调幅无线电广播调幅无线电广播短波短波100m100m10m10m3MHz3MHz30MHz30MHz微波微波米波（米波（VHFVHF）10m10m1m1m30MHz30MHz300MHz300MHz调频无线电广播调频无线电广播分米波（分米波（UHFUHF）1m1m0.1m0.1m300MHz300MHz3GHz3GHz电视、雷达、电视、雷达、导航、导航、移动通信移动通信厘米波厘米波10cm10cm1cm1cm3GHz3GHz30
5、GHz30GHz毫米波毫米波10mm10mm1mm1mm30GHz30GHz300GHz300GHz2.1.2 无线电波的传播方式无线电波的传播方式 无线电波从发射天线发出，可以沿着无线电波从发射天线发出，可以沿着不同的途径和方式到达接收天线，这与电不同的途径和方式到达接收天线，这与电波频率和极化方式有关。波频率和极化方式有关。f30MHz时，主要传播方式有以下三种：时，主要传播方式有以下三种：直射波直射波地面反射波地面反射波地表面波地表面波图图2.1电波传播的主要方式电波传播的主要方式 在在VHF(米波米波)、UHF(分米波分米波)移动信道中，电波移动信道中，电波在移动通信信道中传播时遇到各
6、种障碍物时会发生在移动通信信道中传播时遇到各种障碍物时会发生反射、折射和散射等现象。因此，通过不同路径到反射、折射和散射等现象。因此，通过不同路径到达接收机的电波信号会产生衰落现象。达接收机的电波信号会产生衰落现象。直射波传播按直射波传播按自由空间传播自由空间传播来考虑。自由空来考虑。自由空间传播指的是天线周围为无限大真空时的电波传间传播指的是天线周围为无限大真空时的电波传播，是无线电波的理想传播模式。播，是无线电波的理想传播模式。在自由空间传播时，电波的能量既不会被障在自由空间传播时，电波的能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。碍物所吸收，也不会产生反射或散射。2.1.3 直射波传
7、直射波传播播 如果地面上空的大气层是各向同性的均匀媒如果地面上空的大气层是各向同性的均匀媒质，其相对介电常数质，其相对介电常数和相对导磁率和相对导磁率都等于都等于1，传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计，则电波可视作面反射信号场强也可以忽略不计，则电波可视作在在自由空间传播自由空间传播。虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不产虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不产生反射、折射、绕射、散射和吸收，但当电波经生反射、折射、绕射、散射和吸收，但当电波经过一段路径传播之后，能量仍有衰减，这是由辐过一段路径传播之后，能量仍有衰减，
8、这是由辐射能量的扩散而引起的。射能量的扩散而引起的。设该球面上电波的功率密度为设该球面上电波的功率密度为S，发射天线的增益，发射天线的增益为为qr，则有，则有 （2.1）（2.2）在球面处的接收天线接收到的功率为在球面处的接收天线接收到的功率为Ar为接收天线的有效接收面积为接收天线的有效接收面积图图2.2 自由空间的传输损耗自由空间的传输损耗 发送功率发送功率Pt与接收功率与接收功率Pr之比定义为之比定义为传传输损耗，输损耗，或称系统损耗。或称系统损耗。经推导可得出传输损耗经推导可得出传输损耗Ls的表达式为的表达式为（2.3a）Gt和和Gr为发射和接收天线增益（为发射和接收天线增益（dB）损耗
9、常用损耗常用分贝分贝表示。表示。式（式（2.3a）也可表示成）也可表示成 （2.3b）d的单位是的单位是Km，频率，频率f 的单位是的单位是MHz自由空间路径损耗或自由空间基本传输损自由空间路径损耗或自由空间基本传输损耗可以表示为耗可以表示为（2.4）Lbs单位：单位：dB(分贝分贝)。表示自由空间中两个表示自由空间中两个理想点源天线（增益系数理想点源天线（增益系数G=1的天线）之间的天线）之间的传输损耗。的传输损耗。自由空间是不吸收电磁能量的理想介质。自由空间是不吸收电磁能量的理想介质。2.1.4 反射波传播反射波传播 当电波在传播中遇到两种不同介质的光滑面当电波在传播中遇到两种不同介质的光
10、滑面时，如果界面尺寸比电波波长大得多时会产生时，如果界面尺寸比电波波长大得多时会产生镜面反射，由于大地和大气是不同的介质，所镜面反射，由于大地和大气是不同的介质，所以入射波会在界面上产生反射，如图以入射波会在界面上产生反射，如图2.3所示。所示。图图2.3 反射波与直射波反射波与直射波 通常，在考虑地面对电波的反射时，按通常，在考虑地面对电波的反射时，按平面波处理，即电波在反射点的反射角等平面波处理，即电波在反射点的反射角等于入射角。不同界面的反射特性用反射系于入射角。不同界面的反射特性用反射系数数R表示。它可以用以下公式表示：表示。它可以用以下公式表示：(2.5)jRR e反射波与直射波的路
11、径差为反射波与直射波的路径差为 (2.6)式中，式中，d=d1+d2。2211dhhdhhddrtrt 通常通常ht+hrd,，故，故 (2.7)反射路径与直射路径的相位差反射路径与直射路径的相位差 (2.8)2/称为传播相移常数。称为传播相移常数。d2dhhdrt2 当传播路径远大于天线高度时，并假当传播路径远大于天线高度时，并假设一定的简化条件，则接收天线设一定的简化条件，则接收天线R处的总处的总场强为场强为（2.9）E0是自由空间单径传播的场强。是自由空间单径传播的场强。在实际移动信道中，电波在低层大气中传播。在实际移动信道中，电波在低层大气中传播。由于低层大气不是均匀介质，它的温度、湿
12、度、气由于低层大气不是均匀介质，它的温度、湿度、气压均随着时间和空间而变化，因此会产生折射和吸压均随着时间和空间而变化，因此会产生折射和吸引现象，从而直接影响视线传播的极限距离。引现象，从而直接影响视线传播的极限距离。2.1.5 大气折射大气折射 在不考虑传导电流和介质磁化的情况在不考虑传导电流和介质磁化的情况下，可以推出介质的下，可以推出介质的折射率折射率n与与相对介电常相对介电常数数 r的关系为的关系为（2.10）rn 大气折射率大气折射率n通常很接近于通常很接近于1。大气的相对介电常数与温度、大气的相对介电常数与温度、湿度和气压有关。湿度和气压有关。大气高度不同，大气高度不同，r 不同。
13、不同。当一束电波通过折射率当一束电波通过折射率n随高度变化的大随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲，弯曲的方向同，从而使电波射束发生弯曲，弯曲的方向和程度取决于和程度取决于dn/dh（大气折射率的垂直梯（大气折射率的垂直梯度）。度）。l 这种由大气折射率引起电波传播方向发生这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象弯曲的现象，称为，称为大气对电波的折射大气对电波的折射。在实际传输中，大气最典型的折射出现在实际传输中，大气最典型的折射出现在电波的水平传播中。在电波的水平传播中。在工程上，大气折射对电波传播的影响通
14、在工程上，大气折射对电波传播的影响通常用常用地球等效半径地球等效半径来表征，即认为电波依然来表征，即认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径按直线方向行进，只是地球的实际半径R0(6.37106 m)变成了等效半径变成了等效半径Re。等效地球半径：等效地球半径：电波在以等效地球半径电波在以等效地球半径Re为半径的球面为半径的球面上空沿直线传播与电波在实际地球上空沿曲线传播等效。上空沿直线传播与电波在实际地球上空沿曲线传播等效。等效地球半径示意图等效地球半径示意图 定义定义K为为等效地球半径系数等效地球半径系数，即，即（2.11）e001d1dRKnRRh 则等效地球半径与实际地球半径的关
15、则等效地球半径与实际地球半径的关系为系为 e0RKR 在标准大气折射情况下，等效地球半径系在标准大气折射情况下，等效地球半径系数数k=4/3，等效地球半径，等效地球半径Re=8500km。电波传播在大气中折射分为电波传播在大气中折射分为3种类型种类型：（1）无折射：）无折射：dn/dh=0,K=1,Re=R0。此情况下，大气是均匀的，电波沿。此情况下，大气是均匀的，电波沿直线传播。直线传播。如图如图2.4所示所示（2）负折射：）负折射：dn/dh0,K1,ReR0。此情况下，大气折射率随高度的。此情况下，大气折射率随高度的增加而增大，电波传播向上弯曲。增加而增大，电波传播向上弯曲。如图如图2.
16、4所示。所示。（3）正折射：）正折射：dn/dh0,K1,ReR0。此情况下，大气折射率随高度的。此情况下，大气折射率随高度的增加而减小，电波传播向下弯曲。增加而减小，电波传播向下弯曲。如图如图2.4所示。所示。图图2.4 大气折射的几种情况大气折射的几种情况 由前面的分类可知，大气折射有利于由前面的分类可知，大气折射有利于超视距超视距的传的传播，但在视线距离内，因为由折射现象所产生的折射播，但在视线距离内，因为由折射现象所产生的折射波会同直射波同时存在，从而也会产生多径衰落。视波会同直射波同时存在，从而也会产生多径衰落。视线传播的极限距离可由图线传播的极限距离可由图2.5计算。计算。图图2.
17、5 视距传播的极限距离视距传播的极限距离 假设天线的高度为假设天线的高度为ht和和hr，两副天线顶点，两副天线顶点的连线的连线AB与地面相切于与地面相切于C点，点，Re为等效地球为等效地球半径。由于半径。由于Re远大于天线高度，可以证明，远大于天线高度，可以证明，自发射天线顶点自发射天线顶点A到切点到切点C的距离为的距离为 (2.12)同理，由切点同理，由切点C到接收天线顶点到接收天线顶点B的距离为的距离为 (2.13)12etdR h12erdR h在标准大气折射的情况下，在标准大气折射的情况下，Re=8500 km，故上式可写为故上式可写为（2.14）则视距传播的极限距离为则视距传播的极限
18、距离为d可以表示为可以表示为 (2.13)122()etrdddRhh4.12()trdhh2.1.6 障碍物的影响及绕射损耗障碍物的影响及绕射损耗 在实际移动信道中，电波的直射路径在实际移动信道中，电波的直射路径上存在各种障碍物，上存在各种障碍物，由障碍物引起的附加由障碍物引起的附加传播损耗称为绕射损耗传播损耗称为绕射损耗。设发射天线为设发射天线为T，是一个点源天线；接收天线为，是一个点源天线；接收天线为R。发射电波沿球面传播。发射电波沿球面传播。TR连线交球面于连线交球面于A0点。点。根据惠更斯根据惠更斯-菲涅耳原理，对于处于远区场的菲涅耳原理，对于处于远区场的R点来说，点来说，波阵面上的
19、每个点都可视为二次波源。波阵面上的每个点都可视为二次波源。1电波传播的菲涅耳区电波传播的菲涅耳区图图2.6 菲涅耳区的概念菲涅耳区的概念（a）图图2.6 菲涅耳区的概念菲涅耳区的概念（a）在球面上选择在球面上选择A1点，使得点，使得（2.16）102A RA R 则有一部分能量是沿着则有一部分能量是沿着TA1R传送的。传送的。这条路径与直线路径这条路径与直线路径TR的路径差为的路径差为（2.17）110010()()2dTAARTAA RARA R 所引起的相位差为所引起的相位差为（2.18）也就是说，沿这两条路径到达接收点也就是说，沿这两条路径到达接收点R的射的射线之间的相位差为线之间的相位
20、差为。2d 同样，可以在球面上选择点同样，可以在球面上选择点A2，A3，An，使得使得（2.19）这些点在球面上可以构成一系列圆，并将球面分成这些点在球面上可以构成一系列圆，并将球面分成许多环形带许多环形带Nn，如图，如图2.6（b）所示。）所示。图图2.6 菲涅耳区的概念菲涅耳区的概念（b）02nA RA Rnl 当电波传播的波阵面的半径变化时，具有相同相当电波传播的波阵面的半径变化时，具有相同相位特性的环形带构成的空间区域就是位特性的环形带构成的空间区域就是菲涅耳区菲涅耳区。l第第I菲涅耳区：菲涅耳区：n=1时构成的菲涅耳区。时构成的菲涅耳区。l理论分析表明：通过理论分析表明：通过第第I菲
21、涅耳区菲涅耳区到达接收天线到达接收天线R的电磁波能量约占的电磁波能量约占R点接收到的总能量的点接收到的总能量的1/2。如。如果在这个区域内有障碍物存在，将会对电波传播果在这个区域内有障碍物存在，将会对电波传播产生较大的影响。产生较大的影响。2电波传播的绕射损耗电波传播的绕射损耗 为了衡量障碍物对传播通路的影响程度，定为了衡量障碍物对传播通路的影响程度，定义了菲涅尔余隙的概念。设障碍物与发射点和义了菲涅尔余隙的概念。设障碍物与发射点和接收点的相对位置如图接收点的相对位置如图2.7所示。所示。负余隙负余隙正余隙正余隙 如图如图2.7所示，障碍物的顶点所示，障碍物的顶点P到发射端与接收端的连线到发射
22、端与接收端的连线TR的距离的距离x称为称为菲涅耳余隙。菲涅耳余隙。2.7 障碍物与余隙障碍物与余隙12112d dxdd 图中，纵坐标图中，纵坐标为绕射损耗（即相为绕射损耗（即相对于自由空间传播对于自由空间传播损耗的分贝数），损耗的分贝数），横坐标为横坐标为x/x1。x为为菲涅尔余隙菲涅尔余隙；x1称称为第一菲涅尔区在为第一菲涅尔区在P点横截面的半径，点横截面的半径，由下列关系式可求由下列关系式可求得：得：（2.20）图图2.8 绕射损耗与余隙的关系绕射损耗与余隙的关系 结论：结论：（1）当）当x/x10.5 时，绕射损耗约为时，绕射损耗约为0dB，障碍物对直，障碍物对直射波传播基本上没射波传
23、播基本上没有影响。有影响。因此，在选择天因此，在选择天线高度时，根据地线高度时，根据地形应尽可能使服务形应尽可能使服务区内各处的菲涅尔区内各处的菲涅尔余隙余隙x0.5x1。图图2.8 绕射损耗与余隙的关系绕射损耗与余隙的关系（2）当）当x0时，直射波时，直射波低于障碍物的顶点，衰低于障碍物的顶点，衰减急剧增加；减急剧增加；（3）当）当x=0，即，即TR射线射线从障碍物顶点擦过时，从障碍物顶点擦过时，附加损耗为附加损耗为6 dB。图图2.8 绕射损耗与余隙的关系绕射损耗与余隙的关系 例例2.1 电波传播路径如图所示，设菲涅尔余隙电波传播路径如图所示，设菲涅尔余隙x=-82m,d1=5km,d2=
24、10km,工作频率为工作频率为150MHz。试求出电波传播损耗。试求出电波传播损耗。例例2.1 电波传播路径如图所示，设菲涅尔余隙电波传播路径如图所示，设菲涅尔余隙x=-82m,d1=5km,d2=10km,工作频率为工作频率为150MHz。试求出电波传播损耗。试求出电波传播损耗。解：自由空间传播的损耗解：自由空间传播的损耗Lfs为为 Lfs=32.45+20lg150+20lg(5+10)=99.5dB第一菲涅尔区半径第一菲涅尔区半径x1为为 mddddx7.8110151010105233321211式中，式中，=c/f,c为光速，为光速，f为频率。为频率。解：所以，解：所以，x/x1-1
25、 查绕射损耗与余隙关系表，得绕射损耗为查绕射损耗与余隙关系表，得绕射损耗为16.5dB 因此，电波传播的损耗因此，电波传播的损耗L为为 L=Lfs+16.5=116.0dB2.1.1 移动信道的时变特性移动信道的时变特性 移动信道是一种时变信道。移动信道是一种时变信道。无线电信号通过移动信道时会遭受来无线电信号通过移动信道时会遭受来自不同途径的衰减损害。自不同途径的衰减损害。2.2 移动无线信道的多径传播衰落特性移动无线信道的多径传播衰落特性 按收信号功率可表示为按收信号功率可表示为 式（式（2.21）是信道对传输信号作用的）是信道对传输信号作用的一般表示式。一般表示式。式中，式中，表示移动台
26、与基站的距离。表示移动台与基站的距离。d (2.21)这些作用有这些作用有3类。类。（1）传播损耗，又称为路径损耗。其值用）传播损耗，又称为路径损耗。其值用 表示。表示。其中其中n为路径衰减因子，自由空间传播时为路径衰减因子，自由空间传播时n=2，一般，一般情况下情况下n=35。nd（2）阴影衰落，用）阴影衰落，用 表示。表示。()S d（3）多径衰落，用）多径衰落，用 表示。表示。()R d图图2.10 陆地移动传播陆地移动传播 陆地移动信道的主要特征是陆地移动信道的主要特征是多径传播多径传播。l 在移动通信中，移动台往往受到各种障碍物在移动通信中，移动台往往受到各种障碍物(建建筑物、树木、
27、植被以及起伏的地形筑物、树木、植被以及起伏的地形)和其它移动体的和其它移动体的影响，会引起电波影响，会引起电波的反射，如的反射，如图图2.11所示。所示。2.2.2 移动环境的多径传播移动环境的多径传播图图2.11 多径传播示意图多径传播示意图l 通常在移动通信系统中，基站用固定的高通常在移动通信系统中，基站用固定的高天线，移动台用接近地面的低天线。天线，移动台用接近地面的低天线。l 电波的反射导致移动台的接收信号是来自电波的反射导致移动台的接收信号是来自不同传播路径的信号之和，这种现象称为不同传播路径的信号之和，这种现象称为多径多径效应效应。多径效应使得接收信号产生深度且多径效应使得接收信号
28、产生深度且快速的衰落，称为快速的衰落，称为多径衰落多径衰落。多径衰落的信号包络服从瑞利分布，多径衰落的信号包络服从瑞利分布，故多径衰落又称为瑞利衰落。故多径衰落又称为瑞利衰落。2.2.3 多普勒频移多普勒频移 当移动台在运动中通信时，接收信号当移动台在运动中通信时，接收信号频率会发生变化，称为频率会发生变化，称为多普勒效应多普勒效应。由多普勒效应引起的附加频移称为多由多普勒效应引起的附加频移称为多普勒频移，可用下式表示普勒频移，可用下式表示（2.22）DmcoscosvffDmcoscosvff 与入射角度无关，是与入射角度无关，是fD的最大值，的最大值，称为称为最大多普勒频移最大多普勒频移。
29、mvf图图2.12 入射角入射角 863 100.5600 10ccmf330 1016.70.5 3600mzzfHH 例例2.2 若载波若载波fc=600MHz，移动台速度，移动台速度v=30km/h,求最大多普勒平移。求最大多普勒平移。解：解：2.3 描述多径信道的主要参数描述多径信道的主要参数 移动信道的多径环境引起的信号多径衰落可从时移动信道的多径环境引起的信号多径衰落可从时域角度方面进行描述，各路径长度不同使得信号到达域角度方面进行描述，各路径长度不同使得信号到达时间不同，基站发送一个脉冲信号，则接收信号中不时间不同，基站发送一个脉冲信号，则接收信号中不仅含有该信号，还包含有它的各
30、个时延信号，这种由仅含有该信号，还包含有它的各个时延信号，这种由于多径效应使接收信号脉冲宽度扩展的现象，于多径效应使接收信号脉冲宽度扩展的现象，称为时称为时延扩展。延扩展。2.3.1 时延扩展时延扩展 当发射端发送一个极窄的脉冲信号当发射端发送一个极窄的脉冲信号 至移至移动台时，由于在多径传播条件下存在着多条长短不一动台时，由于在多径传播条件下存在着多条长短不一的传播路径，发射信号沿各个路径到达接收天线的时的传播路径，发射信号沿各个路径到达接收天线的时间就不一样，移动台所接收的信号间就不一样，移动台所接收的信号 是由多个时延是由多个时延信号构成，产生信号构成，产生时延扩展时延扩展（Time D
31、elay Spread）,如如图图2.13所示。所示。图图2.13 时延扩展示意图时延扩展示意图0()()s tat()rst0()()s tat()rst 当发射端发送一个极窄的脉冲信号当发射端发送一个极窄的脉冲信号 至移至移动台时，由于在多径传播条件下存在着多条长短不一动台时，由于在多径传播条件下存在着多条长短不一的传播路径，发射信号沿各个路径到达接收天线的时的传播路径，发射信号沿各个路径到达接收天线的时间就不一样，移动台所接收的信号间就不一样，移动台所接收的信号 是由多个时延是由多个时延信号构成，产生信号构成，产生时延扩展时延扩展（Time Delay Spread）,如如图图2.13所
32、示。所示。0()()s tat()rst 时延扩展时延扩展 可用实测信号的统计平均可用实测信号的统计平均的方法来定义。利用宽带伪噪声信号所的方法来定义。利用宽带伪噪声信号所测得的典型时延谱曲线如图测得的典型时延谱曲线如图2.14所示。所示。图图2.14 典型的时延谱曲线典型的时延谱曲线 定义定义P()的一阶矩为平均时延的一阶矩为平均时延m，P()的均方根值为时延扩展，即的均方根值为时延扩展，即（2.23）（2.24）m 0()dP22m()()dP图图2.14 典型的时延谱曲线典型的时延谱曲线2.3.2 相关带宽相关带宽 对于移动信道来说，存在一个相关带宽。对于移动信道来说，存在一个相关带宽。
33、当信号的带宽小于相关带宽时，发生非频率选当信号的带宽小于相关带宽时，发生非频率选择性衰落（平坦衰落）；当信号带宽大于相关带择性衰落（平坦衰落）；当信号带宽大于相关带宽时，发生频率选择性衰落。宽时，发生频率选择性衰落。非频率选择性衰落非频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与是指信号中各分量的衰落状况与频率无关。衰落信号的波形不失真。频率无关。衰落信号的波形不失真。频率选择性衰落频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与频是指信号中各分量的衰落状况与频率有关，即传输信道对信号中不同频率分量有不同的率有关，即传输信道对信号中不同频率分量有不同的随机响应。时延扩展将导致频率选择性衰落，若信号随机响
34、应。时延扩展将导致频率选择性衰落，若信号带宽过大，会引起严重失真。带宽过大，会引起严重失真。考虑频率分别为考虑频率分别为f1和和f2的两个信号的包络的两个信号的包络相关性。相关性。这种相关性可由两信号的相关系数（归这种相关性可由两信号的相关系数（归一化的相关函数）得出。一化的相关函数）得出。由由图图2.15可知，当两信号频率间隔增加时，可知，当两信号频率间隔增加时，相关系数减小，也就是信号的不一致性增加。相关系数减小，也就是信号的不一致性增加。图图2.15 相关系数曲线相关系数曲线 将信号包络相关系数等于将信号包络相关系数等于0.5时所对应的频率间时所对应的频率间隔定义为相关带宽隔定义为相关带
35、宽Bc，即，即（2.25）c1Bf 实际应用中，常用最大时延实际应用中，常用最大时延Tm的倒数来规定相的倒数来规定相关带宽，即关带宽，即（2.26）cm1BT 若所传输的信号带宽较宽，以至与若所传输的信号带宽较宽，以至与Bc可比拟可比拟时，则所传输的信号将产生明显的畸变。时，则所传输的信号将产生明显的畸变。2.4 多径信道电波传播损耗模型多径信道电波传播损耗模型 设计无线通信系统时，首要的问题是在设计无线通信系统时，首要的问题是在给定条件下如何算出接收信号的场强或接收给定条件下如何算出接收信号的场强或接收信号中值。信号中值。这就是电波传播的路径损耗预测问题，这就是电波传播的路径损耗预测问题，又
36、称为又称为信号中值预测信号中值预测。2.4.1 奥村模型奥村模型 该模型的该模型的特点特点是：以大城市地区准平坦是：以大城市地区准平坦地形的场强中值路径损耗作为基准，对于不地形的场强中值路径损耗作为基准，对于不同的传播环境和地形条件等因素用校正因子同的传播环境和地形条件等因素用校正因子加以修正。加以修正。Okumura模型中大城市地区准平坦地形模型中大城市地区准平坦地形的中值路径损耗（的中值路径损耗（dB）由下式给出）由下式给出（2.27）Mbsmbbmm(,)(,)(,)LLAf dHh dHhf Lbs为自由空间路径损耗（为自由空间路径损耗（dB）。）。Am(f,d)为大城市地区当基站天线
37、高度为大城市地区当基站天线高度hb=200m、移动台、移动台天线高度天线高度hm=3m时相对自由空间的中值损耗。又称为基本时相对自由空间的中值损耗。又称为基本中值损耗。中值损耗。Hb(hb,d)是基站天线高度增益因子。是基站天线高度增益因子。Hm(hm,f)是移动台天线高度增益因子。是移动台天线高度增益因子。图图2.16 准平坦地形市区相对于自由空间的基本中值损耗准平坦地形市区相对于自由空间的基本中值损耗图图2.17 基站天线高度增益因子基站天线高度增益因子图图2.18 移动台天线高度增益因子移动台天线高度增益因子例例2.3 某一移动信道，工作频段为某一移动信道，工作频段为450MHz，基，基
38、站天线高度为站天线高度为50m，天线增益为，天线增益为6dB，移动台天线，移动台天线高度为高度为3m，天线增益为，天线增益为0dB；在市区工作，传播路；在市区工作，传播路径为准平坦地形，通信距离为径为准平坦地形，通信距离为10km，求传播路径的，求传播路径的中值路径中值路径损耗。损耗。解解：自由空间传播损耗：自由空间传播损耗 Lfs=32.45+20lgf+20lgd =32.45+20lg450+20lg10 =105.5dB 因为工作在准平坦地形，由图因为工作在准平坦地形，由图2.16查得，市区基本中值查得，市区基本中值损耗为损耗为 Am(f,d)=Am(450,10)=27dB 由图由图
39、2.17查得，基站天线高度增益因子查得，基站天线高度增益因子 Hb(hb,d)=Hb(50,10)=-12dB 由图由图2.18查得，移动台天线高度增益因子查得，移动台天线高度增益因子 Hm(hm,f)=Hm(3,450)=0dB 所以，传播路径中值损耗为所以，传播路径中值损耗为 =105.5+27+12=144.5dBMbsmbbmm(,)(,)(,)LLAf dHh dHhf2.4.2 Hata模型模型 Hata模型是根据奥村模型是根据奥村Okumura用图表用图表给出的路径损耗数据归纳出的一个经验给出的路径损耗数据归纳出的一个经验公 式，该 公 式 适 用 的 频 率 范 围 为公 式，
40、该 公 式 适 用 的 频 率 范 围 为1501500 MHz。该模型的该模型的特点特点是：以是：以准平坦地形准平坦地形大城大城市地区的场强中值路径损耗作为基准，市地区的场强中值路径损耗作为基准，对不同的传播环境和地形条件等因素用对不同的传播环境和地形条件等因素用校正因子加以修正。校正因子加以修正。中值路径损耗的经验公式为中值路径损耗的经验公式为（2.28）Mbmb69.5526.16lg()13.82lg()()44.96.55lglg()Lfha hhd2中小城市修正因子中小城市修正因子（除大城市以外的其它所有城市）（除大城市以外的其它所有城市）1大城市修正因子大城市修正因子（建筑物平均
41、高度超过（建筑物平均高度超过15m）(hm)=8.29lg(1.54hm)2-1.1dB 150MHzf300MHz (2.29)(hm)=3.2lg(11.75 hm)2-4.97 dB 400MHz f 1500MHz (2.30)(hm)=（1.1 lgf-0.7）hm（1.56 lgf0.8）(2.31)欧洲研究委员会欧洲研究委员会COST-231对对Hata模型进行了扩模型进行了扩展，使它适用于展，使它适用于PCS系统，适用频率也达到了系统，适用频率也达到了2GHz。这种模型考虑到了自由空间损耗、沿传播路径的这种模型考虑到了自由空间损耗、沿传播路径的绕射损耗以及移动台与周围建筑屋顶之
42、间的损耗。绕射损耗以及移动台与周围建筑屋顶之间的损耗。Hata模型的扩展已被用于微小区的实际工程设计。模型的扩展已被用于微小区的实际工程设计。2.4.3 Hata模型扩展模型扩展 Lb=46.3+33.91gf13.82lghb(hm)+（44.96.55lghb）lgd+CM (2.32)(2.32)式中，式中，(hm)由式由式(2.29)、式、式(2.30)和式和式(2.31)计算，计算，CM由下式给出由下式给出 CM=0dB 中等城市和郊区中等城市和郊区 (2.33a)CM=3dB 市中心市中心 (2.33b)某一移动通信系统，基站天线高度为某一移动通信系统，基站天线高度为100m，天线增益，天线增益Gb=6 dB，移动台天线高度为，移动台天线高度为3m，Gm=0dB，市区为中等起，市区为中等起伏地，通信距离为伏地，通信距离为10km，工作频率为，工作频率为150MHz，试求：传播，试求：传播路径上的损耗中值；（注：路径上的损耗中值；（注：lg150=2.176）思考与练习思考与练习
