路徑損耗模型和參數(shù)-ITU.doc

1、ITU-R P. 1791 建議書1ITU-R P. 1791建議書 *用于評估超寬帶設(shè)備影響的傳播預(yù)測方法（ ITU-R 第211/3號課題）（2007年）范圍本建議書提供適用1-10 GHz 頻率范圍的方法，以計算視距（LoS ）和障礙路徑環(huán)境下室內(nèi)和室外超寬帶（ UWB ）系統(tǒng)的路徑損耗，并評估傳統(tǒng)窄帶接收機從UWB 發(fā)射機接收功率的情況。國際電聯(lián)無線電通信全會，考慮到a) 超寬帶（ UWB ）技術(shù)是一項迅速發(fā)展的無線技術(shù)；b) 采用 UWB 技術(shù)的設(shè)備使用多個高速數(shù)據(jù)流，并覆蓋廣泛帶寬；c) 了解傳播特性對于評估 UWB 設(shè)備的影響至關(guān)重要；d) 人們既需要了解有關(guān)干擾評估的實驗（即適

2、用各站址）模型和意見，又需要了解進行詳細(xì)傳播預(yù)測所需的確定性（或針對具體站址的）模型，注意到a) ITU-R P. 525建議書提供有關(guān)自由空間衰減的計算方法；b) ITU-R P. 528建議書提供 VHF 、UHF 和 SHF頻段航空移動和無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)的傳播曲線；c) ITU-R P. 618建議書提供地對空鏈路的傳播數(shù)據(jù)和預(yù)測方法；d) ITU-R P. 452建議書闡述約 0.7 GHz至 30 GHz頻率范圍內(nèi)地球表面臺站之間微波干擾的評估程序；e) ITU-R P. 1238建議書提出有關(guān) 900 MHz至100 GHz頻率范圍的室內(nèi)傳播指導(dǎo)；f) ITU-R P. 1411建議

3、書提供約 300 MHz至100 GHz頻率范圍室外短路徑的傳播方法；* 應(yīng)提請無線電通信第 1研究組注意本建議書。2ITU-R P. 1791 建議書g) ITU-R P.1546 建議書提出有關(guān) 30 MHz 至3 GHz 頻率范圍距離為 1公里或 1公里以上系統(tǒng)的傳播指導(dǎo)；h) ITU-R P. 530建議書提供地面視距（ LoS）系統(tǒng)設(shè)計的傳播數(shù)據(jù)和預(yù)測方法，建議1 應(yīng)采用本建議書附件 1提供的信息和方法計算 1 GHz至10 GHz 頻率范圍內(nèi) UWB 設(shè)備的路徑損耗；2 應(yīng)采用本建議書附件 2提供的信息評估傳統(tǒng)窄帶接收機從 UWB 發(fā)射機接收的功率。附件 11 引言UWB 視距傳輸

4、損耗對頻率的依賴主要由天線特性決定。因此，通常用于窄帶信號傳播建模的傳統(tǒng)路徑損耗模型對于計算 UWB 信號的路徑損耗十分有益。迄今為止，人們已在復(fù)雜多樣的環(huán)境條件下對 UWB 傳播進行了廣泛研究和實驗，從而建立了 UWB 的傳播模型及其參數(shù)。UWB 設(shè)備既可能用于室內(nèi)，也可能用于室外。在進行傳播研究時，人們需要詳細(xì)了解室內(nèi)站址的具體情況，包括其幾何圖形、材料和家具等。對于室外傳播，有關(guān)建筑物和樹木的信息對傳播計算至關(guān)重要。這些因素往往造成 UWB 接收機能夠解決的、多徑效應(yīng)的產(chǎn)生。因此， UWB 傳播模型應(yīng)當(dāng)容納 UWB 設(shè)備將運行其中的、典型環(huán)境的路徑損耗和多徑特性。能夠廣泛代表相關(guān)環(huán)境傳播

5、特性的模型更有助于人們實現(xiàn)上述目標(biāo)。通常而言，這些模型不需要用戶獲得大量輸入信息即可以進行計算工作。本建議書確定相關(guān)的運行環(huán)境和路徑損耗類別，并提供估算此類條件下的方法。應(yīng)在確定 UWB 鏈路預(yù)算工作中采用本建議書。UWB 路徑損耗2 實際運行環(huán)境本建議書僅從無線電傳播的角度對環(huán)境加以分類。本建議書確定兩種不同的室內(nèi)傳播環(huán)境和一種室外傳播環(huán)境。人們認(rèn)為，這些環(huán)境是最具代表性的環(huán)境。表 1列出了上述三種環(huán)境。由于認(rèn)識到在各類別中存在多種不同的環(huán)境，因此本建議書并非旨在對每一種可能的情況都進行建模，而是給出能夠代表人們通常遇到的環(huán)境的傳播模型。ITU-R P. 1791 建議書3表 1實際運行環(huán)境

6、環(huán)境說明住宅室內(nèi)配備室內(nèi)家具、帶有石膏灰泥板和混凝土墻壁的城鎮(zhèn)住房工業(yè)用房室內(nèi)辦公室 / 實驗室（樓道、教室），帶有石膏灰泥 / 混凝土墻壁和天花板；石膏灰泥 / 混凝土 / 木地板地面；配備家具（金屬柜、辦公桌、椅子、電子設(shè)備等）和空曠房間室外普通及農(nóng)村環(huán)境，包括植被和樹木3 路徑類別通過分析 UWB 發(fā)射機和接收機之間的可能傳播情形，可以確定兩種不同的路徑類別：明顯的視距（ LoS）傳播路徑和障礙（非視距）-NLoS ）傳播路徑。在室內(nèi)運行環(huán)境中，由于障礙物和人為封堵，視距傳播情形鳳毛麟角，信號通過多路徑被接收。此外，根據(jù)接收機與發(fā)射機之間的存在障礙的程度，可以在室內(nèi)傳播環(huán)境中將路徑細(xì)分為

7、更多類別：軟性非視距路徑和硬性非視距路徑。在前一種情形下，發(fā)射機和接收機之間存在一種標(biāo)準(zhǔn)的障礙物，或至少存在一個石膏灰泥板。在后一種情形下，接收機和發(fā)射機之間存在大量障礙物，或至少存在一面混凝土墻壁。4 路徑損耗模型和參數(shù)可以通過通用各個站址或針對具體站址的模型估算 UWB 發(fā)射機與 UWB 接收機之間的路徑損耗。在室內(nèi)環(huán)境中采用傳輸損耗模型時的假設(shè)為，發(fā)射機和接收機安裝在同一建筑物內(nèi)。4.1通用各個站址的模型本節(jié)介紹的模型為通用各個站址的模型，這些模型幾乎不需要有關(guān)路徑或站址的信息。下述距離功率損耗系數(shù)包括 UWB 傳輸信道可能遇到的、穿透墻壁和跨越及穿透障礙物傳輸，以及其它損耗機制（如多徑

8、）的暗含余量。針對具體站址的模型能夠明確將由每一個障礙物造成的損耗計算在內(nèi)，而非將其納入距離模型中。從下述模型中可以推導(dǎo)出UWB 信號遇到的基本傳輸損耗PL(d)：PL(d ) PL(d0) 10n log dXdB(1)0d0其中：PL0(d0)：基準(zhǔn)距離 d0（通常 d0 等于 1公里）的基本傳輸損耗（dB）D：UWB 發(fā)射機和接收機之間的間隔距離（m）（其中 d1 m）4ITU-R P. 1791 建議書n：路徑損耗指數(shù)X：對數(shù)正態(tài)陰影衰落，即，帶有標(biāo)準(zhǔn)偏差（dB）的零平均高斯任意變量?？赏ㄟ^下式對基準(zhǔn)距離的基本傳輸損耗進行近似計算：PL04 d0 f1f 2dB(2)(d0 ) 20

9、log0.3其中 f1 (GHz) 和 f2 (GHz) 是 UWB 輻射頻譜 -10 dB邊緣處的頻率。在整個 UWB 帶寬中，基本傳輸損耗變化極大，系統(tǒng)的整體性能取決于該變化與天線特性之間的相互作用情況。表 2列出基于多種不同測量結(jié)果的典型參數(shù)。應(yīng)將這些參數(shù)用于20米以內(nèi)的傳播距離。對于距離大于 20米的傳播而言，有關(guān)室外環(huán)境視距和非視距的參數(shù)可能用于評估UWB 發(fā)射機和接收機之間的基本傳輸損耗。同時應(yīng)當(dāng)指出，室內(nèi)視距傳播可能加重信號的多徑效應(yīng)，說明在具體情況下，可能適用其它路徑損耗指數(shù)。表2計算基本傳輸損耗的參數(shù)環(huán)境路徑類別視距住宅室內(nèi)軟性非視距硬性非視距視距工業(yè)用房室內(nèi)軟性非視距硬性非

10、視距視距室外非視距n(dB) 1.71.53.5-52.7-4 74 1.50.3-42.1-40.19-44-7.54-4.75 23-44.2針對具體站址的模型對路徑損耗進行確定性估算可能非常有益于詳細(xì)規(guī)劃 UWB 的相關(guān)應(yīng)用。目前已存在以統(tǒng)一衍射理論（ UTD ）為基礎(chǔ)的場強預(yù)測理論方式。這些方式需要提供詳細(xì)的障礙物幾何圖形和建筑物結(jié)構(gòu)信息（室內(nèi)環(huán)境情況下）才能夠?qū)鰪娺M行計算。在這些模型中，所收到的波形被作為信道有效射線的疊加加以建模，同時考慮發(fā)射天線、多徑傳播和接收天線等多種因素。特定射線的信道沖激響應(yīng)不僅考慮衰減因素，而且考慮相互作用造成的散射，以及該射線到達方向的接收天線沖激響應(yīng)。通過射線跟蹤可以確定發(fā)射機和接收機之間的有效射線及其相關(guān)時延。根據(jù) UTD 可以確定與每一條射線相關(guān)的信道轉(zhuǎn)移函數(shù)。將反射和衍射射線考慮在內(nèi)，可以大大提高路徑損耗預(yù)測的精確度。ITU-R P. 1791