第2章移動(dòng)通信電波傳播與傳播模型預(yù)測(cè)

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）目錄目錄 概述概述自由空間的自由空間的電波傳播電波傳播三種基本電波的三種基本電波的傳播機(jī)制傳播機(jī)制陰影衰落陰影衰落的基本特性的基本特性移動(dòng)無線信道及移動(dòng)無線信道及特性參數(shù)特性參數(shù)電波傳播損耗電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)模型哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 電波傳播的基本特性移動(dòng)通信信道衰落的表現(xiàn)無線電波傳播方式衰落原因復(fù)雜的無線復(fù)雜的無線電波傳播環(huán)境電波傳播環(huán)境傳播損耗和傳播損耗和彌散彌散陰影衰落陰影衰落多徑衰落多徑衰落多普勒頻移多普勒頻移基站天線、移基站天線、移動(dòng)用戶天線和動(dòng)用戶天線和兩付天線之間兩付天線之間的傳播路徑的傳播

2、路徑直射、反射、直射、反射、繞射和散射繞射和散射以及它們的合成以及它們的合成移動(dòng)信道移動(dòng)信道基本特性基本特性衰落特性衰落特性哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） v信道的分類信道的分類根據(jù)不同距離內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度變化的快慢分為根據(jù)不同距離內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度變化的快慢分為 根據(jù)信號(hào)與信道變化快慢程度的比較分為根據(jù)信號(hào)與信道變化快慢程度的比較分為 短期快衰落長(zhǎng)期慢衰落小尺度衰落大尺度衰落大尺度衰落大尺度衰落小尺度衰落小尺度衰落（主要特征是多徑）（主要特征是多徑）描述描述長(zhǎng)距離上信號(hào)長(zhǎng)距離上信號(hào)強(qiáng)度的緩慢變化強(qiáng)度的緩慢變化短距離上信號(hào)強(qiáng)度的快速波動(dòng)短距離上信號(hào)強(qiáng)度的快速波動(dòng)原因原因信道路徑上信道路徑上固定障礙物的陰影固定障礙物

3、的陰影移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)和地點(diǎn)的變化移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)和地點(diǎn)的變化影響影響業(yè)務(wù)覆蓋區(qū)域業(yè)務(wù)覆蓋區(qū)域信號(hào)傳輸質(zhì)量信號(hào)傳輸質(zhì)量v大尺度衰落與小尺度衰落大尺度衰落與小尺度衰落哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Large-Scale effectsv信道大尺度效應(yīng)信道大尺度效應(yīng)用來用來描述接收信號(hào)功率的平描述接收信號(hào)功率的平均值隨距離的變化情況均值隨距離的變化情況v當(dāng)接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間當(dāng)接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的相對(duì)位置變化在若干的相對(duì)位置變化在若干個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)時(shí)，接收個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)時(shí)，接收信號(hào)功率的本地平均值信號(hào)功率的本地平均值將基本保持不變將基本保持不變v當(dāng)二者間的相對(duì)位置變當(dāng)二者間的相對(duì)位置變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出以上范圍時(shí)化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出以上范圍

4、時(shí)，且信道經(jīng)歷不同的阻，且信道經(jīng)歷不同的阻擋物、反射平面式時(shí)，擋物、反射平面式時(shí)，v接收機(jī)的信號(hào)功率變化接收機(jī)的信號(hào)功率變化可高達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因可高達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此稱為此稱為“大尺度效應(yīng)。大尺度效應(yīng)。vSmallScaleeffectsv小尺度效應(yīng)是指短距離小尺度效應(yīng)是指短距離（幾個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)）或短時(shí)（幾個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)）或短時(shí)間（秒量級(jí)）內(nèi)接收機(jī)間（秒量級(jí)）內(nèi)接收機(jī)信號(hào)強(qiáng)度經(jīng)歷的劇烈變信號(hào)強(qiáng)度經(jīng)歷的劇烈變化?；?。哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） v衰落特性的算式描述衰落特性的算式描述 式中，r(t)表示信道的衰落因子；m(t)表示 大尺度衰落；r0(t)表示小尺度衰落。( (t t) )r rmm( (t t)

5、 )r r( (t t) )0 0大尺度衰落大尺度衰落小尺度衰落小尺度衰落( (t t) )r r0 0mm( (t t) )接收功率圖21 無線信道中的大尺度和小尺度衰落 t哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）v考慮問題考慮問題衰落的物理機(jī)制衰落的物理機(jī)制功率的路徑損耗功率的路徑損耗接收信號(hào)的變化和分布特性接收信號(hào)的變化和分布特性v應(yīng)用成果應(yīng)用成果傳播預(yù)測(cè)模型的建立傳播預(yù)測(cè)模型的建立為實(shí)現(xiàn)信道仿真提供基礎(chǔ)為實(shí)現(xiàn)信道仿真提供基礎(chǔ)v基本方法基本方法 理論分析方法（如射線跟蹤法）理論分析方法（如射線跟蹤法） 應(yīng)用電磁傳播理論分析電波在移動(dòng)環(huán)境中的傳播特性來建立預(yù)測(cè)應(yīng)用電磁傳播理論分析電波在移動(dòng)環(huán)境中的傳播特性來

6、建立預(yù)測(cè)模型模型 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法（如沖激響應(yīng)法）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法（如沖激響應(yīng)法） 在不同的傳播環(huán)境中做電波實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)在不同的傳播環(huán)境中做電波實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，來建立預(yù)測(cè)模型分析，來建立預(yù)測(cè)模型 電波傳播特性的研究電波傳播特性的研究哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 自由空間的電波傳播自由空間的電波傳播v自由空間的傳播損耗（自由空間的傳播損耗（大氣空間近為自由空間大氣空間近為自由空間） 在理想的、均勻的、各向同性的介質(zhì)中傳播，只存在電在理想的、均勻的、各向同性的介質(zhì)中傳播，只存在電磁波能量擴(kuò)散而引起的傳播損耗磁波能量擴(kuò)散而引起的傳播損耗 （自由空間帶來的損自由空間帶來的損

7、耗又叫路徑損耗耗又叫路徑損耗）v接收功率接收功率 式中，式中，Pt為發(fā)射功率，以球面波輻射為發(fā)射功率，以球面波輻射 , ,為為射頻載波波長(zhǎng)，射頻載波波長(zhǎng)，Gt，Gr分別表示發(fā)射天線和接收天線增分別表示發(fā)射天線和接收天線增益，益，d為發(fā)射天線和接收天線間的距離（發(fā)端到收端距為發(fā)射天線和接收天線間的距離（發(fā)端到收端距離）。離）。 4GAr2r ttrrGPdAP24哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 自由空間的電波傳播自由空間的電波傳播v接收換算接收換算v自由空間的傳播損耗自由空間的傳播損耗 當(dāng)當(dāng)Gt=Gr=1時(shí)，時(shí)， 分貝式分貝式rtPPL24dL 32.4520log()20log ()Lf Mhzd k

8、m()10 log()rrP dBmP mW()10log()rrP dBWP W哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）自由空間（無障礙物）的損耗為何與自由空間（無障礙物）的損耗為何與f有關(guān)？有關(guān)？vv哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）路徑傳輸損耗模型路徑傳輸損耗模型（實(shí)際的路徑傳輸模型）（實(shí)際的路徑傳輸模型）v路徑損耗的模型路徑損耗的模型：Okumura、Hata、Okumura模型模型：到到的基本損耗（單位：的基本損耗（單位：dB）公式如下：）公式如下：v哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）路徑損耗的模型路徑損耗的模型v式中：式中：v Fc是載波頻率（是載波頻率（1501 500 MHz）；）；v hte是基站天線有效高度（是基站

9、天線有效高度（30200 m），定義為基站天線實(shí)際海），定義為基站天線實(shí)際海拔高度與基站沿傳播方向?qū)嶋H距離拔高度與基站沿傳播方向?qū)嶋H距離內(nèi)的平均地面海拔高度之差；內(nèi)的平均地面海拔高度之差；v hre是移動(dòng)臺(tái)有效天線高度（是移動(dòng)臺(tái)有效天線高度（110 m），定義為移動(dòng)臺(tái)天線高出），定義為移動(dòng)臺(tái)天線高出地表的高度；地表的高度；d是基站天線和移動(dòng)是基站天線和移動(dòng)臺(tái)天線之間的水平距離（臺(tái)天線之間的水平距離（120 km）；）；v (hre)是有效天線修正因子，是是有效天線修正因子，是覆蓋區(qū)大小的函數(shù)，對(duì)于不同的區(qū)覆蓋區(qū)大小的函數(shù)，對(duì)于不同的區(qū)域，域，a（hre）具有不同的表示形式）具有不同的表示形式。

10、大城市、郊區(qū)或開闊地哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）電波的電波的3種種基本基本傳播機(jī)制傳播機(jī)制基本電波基本電波的傳播機(jī)制的傳播機(jī)制反射阻擋體比傳輸波阻擋體比傳輸波長(zhǎng)長(zhǎng) 大的多的物體大的多的物體產(chǎn)生多徑衰落的產(chǎn)生多徑衰落的主主 要因素要因素繞射散射阻擋體為尖利邊阻擋體為尖利邊緣緣產(chǎn)生于粗糙表面、產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其它不規(guī)小物體或其它不規(guī)則物體則物體哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）復(fù)習(xí)：波的衍射（繞設(shè)）復(fù)習(xí)：波的衍射（繞設(shè)）哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）波的衍射實(shí)驗(yàn)波的衍射實(shí)驗(yàn)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）衍射圖案衍射圖案哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）波的散射波的散射哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）波的干涉波的干涉哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）波的色散

11、波的色散哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）光的色散現(xiàn)象光的色散現(xiàn)象哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）電磁波的反射電磁波的反射理想介質(zhì)表面的反射理想介質(zhì)表面的反射極化特性極化特性多徑信號(hào)多徑信號(hào)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 理想介質(zhì)表面的反射理想介質(zhì)表面的反射zzRsinsinv如果電磁波傳輸?shù)嚼硐虢橘|(zhì)表面，如果電磁波傳輸?shù)嚼硐虢橘|(zhì)表面， 則能量都將反射回來則能量都將反射回來v反射系數(shù)反射系數(shù)（R）入射波與反射波的比值12112表面光滑的反射入射角入射角12020cosz20cosz(垂直極化）(水平極化）600j其中，為介電常數(shù)，為電導(dǎo)率，為波長(zhǎng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 極極 化化 特特 性性v極化極化 電磁波在傳播過程中

12、，其電場(chǎng)矢量的方向和幅度隨時(shí)間變化電磁波在傳播過程中，其電場(chǎng)矢量的方向和幅度隨時(shí)間變化的狀態(tài)叫做的狀態(tài)叫做極化極化 電磁波的極化形式：電磁波的極化形式： 線極化線極化、圓極化圓極化和和橢圓極化橢圓極化三種形式三種形式v線極化的兩種特殊情況線極化的兩種特殊情況 水平極化（電場(chǎng)方向平行于地面）水平極化（電場(chǎng)方向平行于地面） 由于由于電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)：水平極化的電磁波在貼近地面時(shí)，會(huì)產(chǎn)：水平極化的電磁波在貼近地面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電而生感應(yīng)電而消耗掉消耗掉一部分能量，而垂直極化不，因而消一部分能量，而垂直極化不，因而消耗少！耗少！ 垂直極化（電場(chǎng)方向垂直于地面）垂直極化（電場(chǎng)方向垂直于地面）哈爾濱工業(yè)大

13、學(xué)（威海） 極極 化化 特特 性性m21()()1vhRR 垂直極化反射系數(shù)水平極化反射系數(shù)v極化反射系數(shù)極化反射系數(shù) 對(duì)于地面反射，當(dāng)工作頻率高于對(duì)于地面反射，當(dāng)工作頻率高于150MHz（ ）時(shí)，）時(shí)， ，算得，算得 v應(yīng)用應(yīng)用 接收天線的極化方式同被接收的電磁波的極化形式一致接收天線的極化方式同被接收的電磁波的極化形式一致 時(shí)，接收機(jī)才能有效地接收到信號(hào)，否則將產(chǎn)生極化失時(shí)，接收機(jī)才能有效地接收到信號(hào)，否則將產(chǎn)生極化失配，接收機(jī)的得到最差的接受效果。配，接收機(jī)的得到最差的接受效果。垂直極化的天垂直極化的天線發(fā)出垂直極化的電磁波；線發(fā)出垂直極化的電磁波；水平極化的水平極化的天線發(fā)出天線發(fā)出水

14、平極化的電磁波。水平極化的電磁波。半波對(duì)稱天線采用垂直極化半波對(duì)稱天線采用垂直極化。 不同極化形式的天線也可以不同極化形式的天線也可以互相配合互相配合使用使用哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2tr2tr.Ae)R1(Re1GGd4PP 地面二次效應(yīng)地面二次效應(yīng)直射波直射波反射波反射波地表面波地表面波可忽略可忽略2tr2trRe1GGd4PP l2 ()lACCBAB 圖2-2 兩徑傳播模型 多多 徑徑 信信 號(hào)號(hào)直射波反射波發(fā)射天線接收天線CmhbhABdv兩徑傳播模型兩徑傳播模型 接收信號(hào)功率接收信號(hào)功率哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2i1N1iitr2tr)jex

15、p(R1GGd4PP 多多 徑徑 信信 號(hào)號(hào)v多徑傳播模型多徑傳播模型 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 繞繞 射射哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）惠更斯菲涅爾原理惠更斯菲涅爾原理TP R圖圖2-3 對(duì)惠更斯菲涅爾原理說明對(duì)惠更斯菲涅爾原理說明v原理原理波在傳播過程中，行進(jìn)中的波前（面）上的每一點(diǎn)，都可作為產(chǎn)生次波在傳播過程中，行進(jìn)中的波前（面）上的每一點(diǎn)，都可作為產(chǎn)生次級(jí)波的點(diǎn)源，這些次級(jí)波組合起來形成傳播方向上新的波前（面）。級(jí)波的點(diǎn)源，這些次級(jí)波組合起來形成傳播方向上新的波前（面）。繞射由次級(jí)波的傳播進(jìn)入陰影區(qū)而形成。繞射由次級(jí)波的傳播進(jìn)入陰影區(qū)而形成。陰影區(qū)繞射波場(chǎng)強(qiáng)為圍繞阻擋物所有次級(jí)波的矢量和。陰影區(qū)

16、繞射波場(chǎng)強(qiáng)為圍繞阻擋物所有次級(jí)波的矢量和。v說明說明 在在P點(diǎn)處的次級(jí)波前中，點(diǎn)處的次級(jí)波前中， 只有夾角為只有夾角為（即（即 ） 的次級(jí)波前能到達(dá)接收點(diǎn)的次級(jí)波前能到達(dá)接收點(diǎn)R每個(gè)點(diǎn)均有其對(duì)應(yīng)的每個(gè)點(diǎn)均有其對(duì)應(yīng)的角，角， 將在將在0 到到180180之間變化之間變化越大，越大，到達(dá)接收點(diǎn)輻射能量越大到達(dá)接收點(diǎn)輻射能量越大 TRP” PPd擴(kuò)展波前次級(jí)波前3 / 2d哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）菲涅爾區(qū)菲涅爾區(qū) 基爾霍夫公式基爾霍夫公式 v菲涅爾區(qū)菲涅爾區(qū) 從發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)次級(jí)波路徑長(zhǎng)度比直接路徑長(zhǎng)度大 的連續(xù)區(qū)域接收點(diǎn)信號(hào)的合成接收點(diǎn)信號(hào)的合成 n為奇數(shù)時(shí)，兩信號(hào)抵消為奇數(shù)時(shí)，兩信號(hào)抵消 n為偶數(shù)

17、時(shí)，兩信號(hào)疊加為偶數(shù)時(shí)，兩信號(hào)疊加菲涅爾區(qū)同心半徑菲涅爾區(qū)同心半徑1212nn d drdd圖2-4 菲涅爾區(qū)截面 TRP” PPd次級(jí)波前3 / 2d2/ 2d/ 2d1r2r/ 2n哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）菲涅爾區(qū)的進(jìn)一步解釋菲涅爾區(qū)的進(jìn)一步解釋v滿足以下條件的所有點(diǎn)滿足以下條件的所有點(diǎn)Q的集合稱為第的集合稱為第n菲涅爾區(qū)：菲涅爾區(qū)：2TRQRTQnTRd1d2dnFPQ哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）第第n菲涅爾區(qū)半徑菲涅爾區(qū)半徑v第第n菲涅爾區(qū)邊界上的某個(gè)點(diǎn)菲涅爾區(qū)邊界上的某個(gè)點(diǎn)P到到TR連線的距離叫第連線的距離叫第n菲涅爾區(qū)半徑菲涅爾區(qū)半徑 nF211221211TPdFdFdnn2222222

18、11PRdFdFdnnTPRTR2nP121FndddnFn哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）菲涅爾區(qū)菲涅爾區(qū) 基爾霍夫公式基爾霍夫公式 第一菲涅爾區(qū)半徑（第一菲涅爾區(qū)半徑（n=1）特點(diǎn)）特點(diǎn) 在接收點(diǎn)處第一菲涅爾區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)是全部場(chǎng)強(qiáng)的一半在接收點(diǎn)處第一菲涅爾區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)是全部場(chǎng)強(qiáng)的一半 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的距離略大于第一菲涅爾區(qū)，則大部發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的距離略大于第一菲涅爾區(qū)，則大部分能量可以達(dá)到接收機(jī)。分能量可以達(dá)到接收機(jī)。 v基爾霍夫公式基爾霍夫公式 從波前點(diǎn)到空間任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)從波前點(diǎn)到空間任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) 式中，式中，E是波面場(chǎng)強(qiáng)，是波面場(chǎng)強(qiáng)， 是與波面正交的場(chǎng)強(qiáng)導(dǎo)數(shù)。是與波面正交的場(chǎng)強(qiáng)導(dǎo)數(shù)。14jkrjkr

19、sRssEeeEEdsnrrnsEn哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）散散 射射散射散射無線電波遇到粗糙表面無線電波遇到粗糙表面時(shí)，反射能量散布于所時(shí)，反射能量散布于所有方向有方向表面粗糙大于h表面光滑小于hcc8 sincih表面光滑度的判定表面光滑度的判定表面平整度的參數(shù)高度平面上最大的突起高度 h2sinexp8hisroughsh 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）陰影衰落的基本特性陰影衰落的基本特性10( ,)10ml rr10log ( ,)10logl rmrv陰影衰落陰影衰落（又稱為：（又稱為：慢衰落慢衰落） 移動(dòng)無線通信信道傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其它障移動(dòng)無線通信信道傳播環(huán)境中的地形起伏、建

20、筑物及其它障礙物對(duì)電波傳播路徑的阻擋而形成的電磁場(chǎng)陰影效應(yīng)礙物對(duì)電波傳播路徑的阻擋而形成的電磁場(chǎng)陰影效應(yīng)v特點(diǎn)特點(diǎn) 衰落與傳播地形和衰落與傳播地形和 地物分布、高度有關(guān)地物分布、高度有關(guān)v表達(dá)式表達(dá)式傳播路徑損耗和陰影衰落傳播路徑損耗和陰影衰落 分貝式分貝式 式中式中, r 移動(dòng)用戶和基站之間的距離移動(dòng)用戶和基站之間的距離 ， 由于陰影產(chǎn)生的對(duì)數(shù)損耗由于陰影產(chǎn)生的對(duì)數(shù)損耗（dB），服從零平均和標(biāo)準(zhǔn)偏差），服從零平均和標(biāo)準(zhǔn)偏差dB的對(duì)數(shù)正態(tài)分布的對(duì)數(shù)正態(tài)分布 m 路徑損耗指數(shù)路徑損耗指數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明m4，標(biāo)準(zhǔn)差，標(biāo)準(zhǔn)差8dB，是合理的，是合理的哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）移動(dòng)無線信道及特性

21、參數(shù)移動(dòng)無線信道及特性參數(shù)描述多徑信道的主要參數(shù)描述多徑信道的主要參數(shù)Text多徑信道的統(tǒng)計(jì)分析多徑信道的統(tǒng)計(jì)分析多徑衰落信道的分類多徑衰落信道的分類Text多普勒頻移多普勒頻移多徑信道的信道模型多徑信道的信道模型衰落特性的特征量衰落特性的特征量衰落信道的建模與仿真衰落信道的建模與仿真無線信道無線信道無線信道無線信道哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）多徑衰落的基本特性多徑衰落的基本特性v幅度衰落接收信號(hào)的幅度將隨著移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)距離的變動(dòng)而衰落接收信號(hào)的幅度將隨著移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)距離的變動(dòng)而衰落 空間角度空間角度模擬通信系統(tǒng)的主要考慮對(duì)象模擬通信系統(tǒng)的主要考慮對(duì)象原因原因 本地反射物所引起的多徑效應(yīng)表現(xiàn)為快衰落本地

22、反射物所引起的多徑效應(yīng)表現(xiàn)為快衰落 地形變化引起的衰落以及空間擴(kuò)散損耗表現(xiàn)為慢衰落地形變化引起的衰落以及空間擴(kuò)散損耗表現(xiàn)為慢衰落慢衰落產(chǎn)生的原因：（慢衰落產(chǎn)生的原因：（1）路徑損耗，這是慢衰落的主要原因）路徑損耗，這是慢衰落的主要原因。（。（2）障礙物）障礙物阻擋電磁波產(chǎn)生的陰影區(qū)，因此慢衰落也被阻擋電磁波產(chǎn)生的陰影區(qū)，因此慢衰落也被稱為陰影衰落。（稱為陰影衰落。（3）天氣變化、障礙物和移動(dòng)臺(tái)的相對(duì)速）天氣變化、障礙物和移動(dòng)臺(tái)的相對(duì)速度、電磁波的工作頻率等有關(guān)。度、電磁波的工作頻率等有關(guān)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）快衰落快衰落哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）快衰落的原因快衰落的原因哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）多徑

23、衰落的基本特性多徑衰落的基本特性v時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延擴(kuò)展 接收信號(hào)中脈沖的寬度擴(kuò)展時(shí)間角度時(shí)間角度數(shù)字通信系統(tǒng)的主要考慮對(duì)象數(shù)字通信系統(tǒng)的主要考慮對(duì)象原因原因 信號(hào)的傳播路徑不同，所以到達(dá)接收端的時(shí)間也就不同，信號(hào)的傳播路徑不同，所以到達(dá)接收端的時(shí)間也就不同，導(dǎo)致接收信號(hào)包含發(fā)送脈沖及其各個(gè)延時(shí)信號(hào)導(dǎo)致接收信號(hào)包含發(fā)送脈沖及其各個(gè)延時(shí)信號(hào)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）多多 普普 勒勒 頻頻 移移cosdvfmvf入射電波v原因原因移動(dòng)時(shí)會(huì)引起多普勒（Doppler）頻率漂移v表達(dá)式表達(dá)式多普勒頻移最大多普勒(Doppler)頻移哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）多多 普普 勒勒 頻頻 移移v說明說明 多普勒頻移與移動(dòng)臺(tái)

24、運(yùn)動(dòng)的方向、速度以及無線電波多普勒頻移與移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)的方向、速度以及無線電波入射方向之間的夾角有關(guān)：入射方向之間的夾角有關(guān)： 若移動(dòng)臺(tái)朝向入射波方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為正（接收信號(hào)頻率上升）；反之若移動(dòng)臺(tái)背向入射波方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為負(fù)（接收信號(hào)頻率下降）。 信號(hào)經(jīng)過不同方向傳播，其多徑分量造成接收機(jī)信號(hào)信號(hào)經(jīng)過不同方向傳播，其多徑分量造成接收機(jī)信號(hào)的多普勒擴(kuò)散，因而增加了信號(hào)帶寬。的多普勒擴(kuò)散，因而增加了信號(hào)帶寬。哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）多徑信道的信道模型多徑信道的信道模型v原理原理多徑信道對(duì)無線信號(hào)的影響表現(xiàn)為多徑衰落特性。多徑信道對(duì)無線信號(hào)的影響表現(xiàn)為多徑衰落特性。將信道看成作用于信號(hào)上

25、的一個(gè)濾波器，可通過分析將信道看成作用于信號(hào)上的一個(gè)濾波器，可通過分析濾波器的沖擊相應(yīng)和傳遞函數(shù)得到多徑信道的特性濾波器的沖擊相應(yīng)和傳遞函數(shù)得到多徑信道的特性v推導(dǎo)沖擊響應(yīng)推導(dǎo)沖擊響應(yīng)只考慮多徑效應(yīng)只考慮多徑效應(yīng)再考慮多普勒效應(yīng)再考慮多普勒效應(yīng)多徑和多普勒效應(yīng)對(duì)傳輸信號(hào)的影響多徑和多普勒效應(yīng)對(duì)傳輸信號(hào)的影響多徑信道的沖擊響應(yīng)多徑信道的沖擊響應(yīng)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）只考慮多徑效應(yīng)只考慮多徑效應(yīng)傳輸信號(hào)傳輸信號(hào)假設(shè)第假設(shè)第i徑的路徑長(zhǎng)度為徑的路徑長(zhǎng)度為xi、衰落系數(shù)（或反射系數(shù)）為、衰落系數(shù)（或反射系數(shù)）為接收信號(hào)接收信號(hào)式中，式中，c為光速；為光速； 為波長(zhǎng)。為波長(zhǎng)。( )Re( )exp( 2

26、)cx ts tjf t( )Reexp2Reexp2iiiiiciiiiicixxxy ta x tas tjftcccxxa s tjf tcia哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）只考慮多徑效應(yīng)只考慮多徑效應(yīng)設(shè)設(shè)則則 式中式中 為時(shí)延。為時(shí)延。 實(shí)質(zhì)上是接收信號(hào)的復(fù)包絡(luò)模型，是衰落、相移和實(shí)質(zhì)上是接收信號(hào)的復(fù)包絡(luò)模型，是衰落、相移和時(shí)延都不同的各個(gè)路徑的總和。時(shí)延都不同的各個(gè)路徑的總和。 ( )Re( )exp( 2)cy tr tjf t ( )exp2exp2iiiiciiiixxr tajs tajfs tc iixc( )r t哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 再考慮多普勒效應(yīng)再考慮多普勒效應(yīng)考慮移動(dòng)臺(tái)

27、移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致各徑產(chǎn)生多普勒效應(yīng)考慮移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致各徑產(chǎn)生多普勒效應(yīng)( )exp2iiiiiixxxxr tajs tc 在相位中在相位中不可忽略不可忽略數(shù)量級(jí)小數(shù)量級(jí)小可忽略可忽略i設(shè)路徑的到達(dá)方向和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角為設(shè)路徑的到達(dá)方向和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角為cosiixvt 路徑的變化量路徑的變化量輸出復(fù)包絡(luò)輸出復(fù)包絡(luò)cosexp2exp2cosiiiiiixxvtvajjts tcc哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 再考慮多普勒效應(yīng)再考慮多普勒效應(yīng)簡(jiǎn)化得簡(jiǎn)化得 其中，其中， 為最大多普勒頻移。為最大多普勒頻移。( )exp2cosexp2cosexp2cos2exp22cosiiiii

28、iimiiiimiciiiiicimiixxvr tajts tcxajf ts tajf tfs ta s tjff t mf哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）多徑信道的沖擊響應(yīng)多徑信道的沖擊響應(yīng)v多徑和多普勒效應(yīng)對(duì)傳輸信號(hào)的影響多徑和多普勒效應(yīng)對(duì)傳輸信號(hào)的影響令令 式中式中 代表第代表第i條路徑到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)分量的增量延遲條路徑到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)分量的增量延遲（實(shí)際遲延減去所有分量取平均的遲延），它隨時(shí)間變化（實(shí)際遲延減去所有分量取平均的遲延），它隨時(shí)間變化 在任何時(shí)刻在任何時(shí)刻t，隨機(jī)相位，隨機(jī)相位 都可產(chǎn)生對(duì)都可產(chǎn)生對(duì) 的影響，引起的影響，引起多徑衰落。多徑衰落。,( )22cosicimiciD

29、 itff tt 多徑延遲多徑延遲影響影響多普勒效應(yīng)影響多普勒效應(yīng)影響( )it( )r ti哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）多徑信道的沖擊響應(yīng)多徑信道的沖擊響應(yīng)v 沖擊響應(yīng)沖擊響應(yīng) 由（）式得由（）式得 ( )( )( )( , )ijtiiir tas tes th t( )( , )ijtiiih ta e ( )( )ijtiiiha e 沖擊響應(yīng)沖擊響應(yīng)iai( )it 式中，式中， 、 表示第表示第i個(gè)分量的實(shí)際幅度和增量延遲；相位個(gè)分量的實(shí)際幅度和增量延遲；相位 包包含了在第含了在第i個(gè)增量延遲內(nèi)一個(gè)多徑分量所有的相移；個(gè)增量延遲內(nèi)一個(gè)多徑分量所有的相移； 為單位為單位沖擊函數(shù)。沖擊函數(shù)。

30、如果假設(shè)信道沖激響應(yīng)至少在一小段時(shí)間間隔或距離具有不如果假設(shè)信道沖激響應(yīng)至少在一小段時(shí)間間隔或距離具有不變性，信道沖擊響應(yīng)可以簡(jiǎn)化為變性，信道沖擊響應(yīng)可以簡(jiǎn)化為i0,2哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）描述多徑信道的主要參數(shù)描述多徑信道的主要參數(shù)v 由于多徑環(huán)境和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)等影響因素，使得移動(dòng)信由于多徑環(huán)境和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)等影響因素，使得移動(dòng)信道對(duì)傳輸信號(hào)在時(shí)間、頻率和角度上造成了色散。道對(duì)傳輸信號(hào)在時(shí)間、頻率和角度上造成了色散。v 通常用功率在時(shí)間、頻率以及角度上的分布來描述這通常用功率在時(shí)間、頻率以及角度上的分布來描述這種色散種色散功率延遲分布功率延遲分布PDP時(shí)間色散時(shí)間色散多普勒功率譜密度多普勒功率譜

31、密度DPSD角度譜角度譜PAP頻率色散頻率色散角度色散角度色散PDP，Power-Delay-ProfileDPSP，Doppler-Power-Spectral-DensityPAP，Power-Azimuth-Spectrum哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）時(shí)時(shí) 間間 色色 散散v 時(shí)間色散參數(shù)時(shí)間色散參數(shù) 平均附加延時(shí)平均附加延時(shí) rms時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延擴(kuò)展 最大附加延時(shí)擴(kuò)展最大附加延時(shí)擴(kuò)展(XdB) v 相關(guān)帶寬相關(guān)帶寬 多徑衰落下，頻率間隔靠得很近的兩個(gè)衰落信號(hào)存在不同時(shí)延，多徑衰落下，頻率間隔靠得很近的兩個(gè)衰落信號(hào)存在不同時(shí)延，可使兩個(gè)信號(hào)變得相關(guān)。這一頻率間隔稱為可使兩個(gè)信號(hào)變得相關(guān)。這一頻率

32、間隔稱為“相干相干” 或或“相關(guān)相關(guān)”帶寬（帶寬（Bc）從時(shí)延擴(kuò)展角度說明從時(shí)延擴(kuò)展角度說明從包絡(luò)相關(guān)性角度說明從包絡(luò)相關(guān)性角度說明多徑衰落的分類及判定多徑衰落的分類及判定哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）v功率延遲分布功率延遲分布（PDP） 基于固定時(shí)延參考基于固定時(shí)延參考 的附加時(shí)延的附加時(shí)延 的函數(shù)，通的函數(shù)，通過對(duì)本地瞬時(shí)功率延遲分布取平均得到過對(duì)本地瞬時(shí)功率延遲分布取平均得到市區(qū)環(huán)境中近似為指數(shù)分布市區(qū)環(huán)境中近似為指數(shù)分布式中，式中，T是常數(shù)，為多徑時(shí)延的平均值是常數(shù)，為多徑時(shí)延的平均值 1TPeT0時(shí)間色散參數(shù)時(shí)間色散參數(shù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）v時(shí)間色散特性參數(shù)時(shí)間色散特性參數(shù)平均附加延時(shí)平均

33、附加延時(shí) rms時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延擴(kuò)展其中其中22kkkkkkkkkkPaPa 22E22222kkkkkkkkkkPaEPa時(shí)間色散參數(shù)時(shí)間色散參數(shù) 0dB -XdB m P典型的歸一化時(shí)延擴(kuò)展譜mTmTm最大附加延時(shí)擴(kuò)展最大附加延時(shí)擴(kuò)展(XdB) 多徑能量從初值衰落到低于最大能量(XdB)處的時(shí)延，圖中， 為歸一化的最大附加延時(shí)擴(kuò)展(XdB)； 為歸一化平均附加延時(shí)； 為歸一化rms時(shí)延擴(kuò)展。哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）從時(shí)延擴(kuò)展角度從時(shí)延擴(kuò)展角度說明說明相關(guān)帶寬相關(guān)帶寬v兩徑情況 接收信號(hào) 等效網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù) 信道的幅頻特性( )0( )( )(1)jtir tx tre( , )1cos( )sin

34、( )Atrtjrt 通過兩徑信道的接收信號(hào)幅頻特性通過兩徑信道的接收信號(hào)幅頻特性(, )eHjt r )(t S 0( )r t( )ix t( )0( )(, )1( )jteir tHjtrex t ( )2tn( )(21)tn 當(dāng) 時(shí)，信號(hào)同相疊加，出現(xiàn)峰點(diǎn) 當(dāng) 時(shí)，信號(hào)反相相減，出現(xiàn)谷點(diǎn) 12( )cBt)(t 相鄰兩個(gè)谷點(diǎn)的 ,兩相鄰場(chǎng)強(qiáng)為最小值的頻率間隔與兩徑時(shí)延 成反比 r1r1)(2tn )()12(tn A(,t)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）從時(shí)延擴(kuò)展角度從時(shí)延擴(kuò)展角度說明說明相關(guān)帶寬相關(guān)帶寬v多徑情況 應(yīng)為rms時(shí)延擴(kuò)展 是隨時(shí)間變化的，可由大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計(jì)處理計(jì)算出來

35、說明相關(guān)帶寬是信道本身的特性參數(shù)，與信號(hào)無關(guān))(t( ) t( ) t哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）從包絡(luò)相關(guān)性角度從包絡(luò)相關(guān)性角度 推導(dǎo)推導(dǎo)相關(guān)帶寬相關(guān)帶寬設(shè)兩個(gè)信號(hào)的包絡(luò)為設(shè)兩個(gè)信號(hào)的包絡(luò)為 和和 ，頻率差為，頻率差為 ，則，則包絡(luò)相關(guān)系數(shù)包絡(luò)相關(guān)系數(shù) 此處，相關(guān)函數(shù)此處，相關(guān)函數(shù) 若若信號(hào)衰落符合瑞利分布信號(hào)衰落符合瑞利分布，則則 式中，式中， 為零階為零階Bessel函數(shù)，函數(shù)， 為最大多普勒頻移。為最大多普勒頻移。不失一般性，可令不失一般性，可令 ，簡(jiǎn)化后，簡(jiǎn)化后通常，根據(jù)包絡(luò)的相關(guān)系數(shù)通常，根據(jù)包絡(luò)的相關(guān)系數(shù) 來測(cè)度相關(guān)帶寬來測(cè)度相關(guān)帶寬代入得代入得 相關(guān)帶寬相關(guān)帶寬 ()12222211

36、22(, )(, )rrRfrrfrrrr 121 212120(,),(,)rRfr rr r p r rdr dr2022(2)(, )1(2)mrJfff221()1(2)rff1( )r t2( )r t12fff 0()J mf0()0.5rf12cB 12f哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）衰落的分類及判定衰落的分類及判定v v判定判定 由信道和信號(hào)兩方面決定由信道和信號(hào)兩方面決定分類分類 不同頻率分量的衰落不同頻率分量的衰落 信號(hào)波形信號(hào)波形頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落 不一致不一致 失真失真非頻率選擇性衰落非頻率選擇性衰落（平坦衰落）（平坦衰落） 相關(guān)的相關(guān)的 一致的一致的 不失真不失真數(shù)

37、字通信系統(tǒng)信號(hào)帶寬小于信道相關(guān)帶寬信號(hào)帶寬小于信道相關(guān)帶寬BsBc平坦衰落平坦衰落頻選衰落頻選衰落碼間干擾碼間干擾哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）頻頻 率率 色色 散散頻率色散參數(shù)是用多普勒擴(kuò)展來描述的，而相關(guān)時(shí)間頻率色散參數(shù)是用多普勒擴(kuò)展來描述的，而相關(guān)時(shí)間是與多普勒擴(kuò)展相對(duì)應(yīng)的參數(shù)是與多普勒擴(kuò)展相對(duì)應(yīng)的參數(shù)v時(shí)變特性時(shí)變特性原因原因 移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)或信道路徑中的物體運(yùn)動(dòng)移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)或信道路徑中的物體運(yùn)動(dòng)用多普勒擴(kuò)展和相關(guān)時(shí)間來描述用多普勒擴(kuò)展和相關(guān)時(shí)間來描述v多普勒擴(kuò)展多普勒擴(kuò)展 （功率譜）（功率譜）v相關(guān)時(shí)間相關(guān)時(shí)間 相關(guān)時(shí)間是信道沖激響應(yīng)維持不變的時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)平均相關(guān)時(shí)間是信道沖激響應(yīng)維持不變的時(shí)間

38、間隔的統(tǒng)計(jì)平均值，即在此間隔內(nèi)信道特性沒有明顯的變化。值，即在此間隔內(nèi)信道特性沒有明顯的變化。表征了時(shí)變信道對(duì)信號(hào)的衰落節(jié)拍表征了時(shí)變信道對(duì)信號(hào)的衰落節(jié)拍哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）多普勒擴(kuò)展多普勒擴(kuò)展v 典型典型(CLASS)多普勒擴(kuò)展（多普勒擴(kuò)展（適用于室外傳播信道適用于室外傳播信道） 假設(shè)接收信號(hào)由假設(shè)接收信號(hào)由N個(gè)經(jīng)過多普勒頻移的個(gè)經(jīng)過多普勒頻移的平面波合成平面波合成， b為平均功為平均功率率 ， 表示在角度表示在角度 內(nèi)的入射功率，內(nèi)的入射功率， 表示接表示接收天線增益，入射波在收天線增益，入射波在 內(nèi)的功率內(nèi)的功率2mcfff1sin fcosffffmc b Gpd d)(Gp)(Gp

39、bdffS dpd Gd接收頻率接收頻率 fS用用 表示功率譜，則表示功率譜，則 dsinffdm 式中式中 mc1fffcos dd哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）多普勒擴(kuò)展多普勒擴(kuò)展功率譜功率譜 2mcmfff1f)(G)(p)(G)(pbdppdfbfS )G(-()G(.)()(mccmfffffffS 22)(1)( mf21)f(S cmffffcS ( f )fc - fm fc + fm 21/p G 對(duì)對(duì)b歸一化，并設(shè)歸一化，并設(shè) =1， ， 得得 典型的多普勒功率譜典型的多普勒功率譜 由圖可見，由于多普勒效應(yīng)，接收信號(hào)由圖可見，由于多普勒效應(yīng)，接收信號(hào)的功率譜展寬到的功率譜展寬到 和

40、和 范圍范圍cmffcmff哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）推導(dǎo)相關(guān)時(shí)間推導(dǎo)相關(guān)時(shí)間v從多普勒擴(kuò)展角度從多普勒擴(kuò)展角度 時(shí)間相關(guān)函數(shù)與多普勒功率譜之間是傅立葉變換關(guān)系時(shí)間相關(guān)函數(shù)與多普勒功率譜之間是傅立葉變換關(guān)系 所以多普勒擴(kuò)展的倒數(shù)就是對(duì)所以多普勒擴(kuò)展的倒數(shù)就是對(duì)信道相關(guān)時(shí)間的度量，即信道相關(guān)時(shí)間的度量，即 此時(shí)入射波與移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)方向之間的夾角此時(shí)入射波與移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)方向之間的夾角 式中式中 為多普勒擴(kuò)展（有時(shí)也用為多普勒擴(kuò)展（有時(shí)也用 表示），即多普勒表示），即多普勒頻移。頻移。v從包絡(luò)相關(guān)性角度從包絡(luò)相關(guān)性角度 通常將信號(hào)包絡(luò)相關(guān)度為通常將信號(hào)包絡(luò)相關(guān)度為0.5時(shí)的時(shí)間間隔定義為相關(guān)時(shí)的時(shí)間間隔定義

41、為相關(guān)時(shí)間，包絡(luò)相關(guān)系數(shù)時(shí)間，包絡(luò)相關(guān)系數(shù) 令令 ， =0.5 推出推出2022(2)(, )1 (2)mrJfff()( )RS f1/1/cDmTffDfDB0f 20(0, )(2)rmJf 916cmTf0哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 時(shí)間選擇性衰落時(shí)間選擇性衰落v 時(shí)間選擇性衰落時(shí)間選擇性衰落是由多普勒效應(yīng)引起的，并且發(fā)生在傳是由多普勒效應(yīng)引起的，并且發(fā)生在傳輸波形的特定時(shí)間段上，即信道在時(shí)域具有選擇性輸波形的特定時(shí)間段上，即信道在時(shí)域具有選擇性v 要保證信號(hào)經(jīng)過信道不會(huì)在時(shí)間軸上產(chǎn)生失真，就必須要保證信號(hào)經(jīng)過信道不會(huì)在時(shí)間軸上產(chǎn)生失真，就必須保證傳輸符號(hào)速率遠(yuǎn)大于相關(guān)時(shí)間的倒數(shù)保證傳輸符

42、號(hào)速率遠(yuǎn)大于相關(guān)時(shí)間的倒數(shù)v 在現(xiàn)代數(shù)字通信中，常規(guī)定在現(xiàn)代數(shù)字通信中，常規(guī)定cT290.42316mcmTff碼元間隔大于信道相關(guān)時(shí)間碼元間隔大于信道相關(guān)時(shí)間TsTc時(shí)選衰落時(shí)選衰落誤碼誤碼哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）角角 度度 色色 散散v原因原因 移動(dòng)臺(tái)和基站周圍的散射環(huán)境不同，使得多天移動(dòng)臺(tái)和基站周圍的散射環(huán)境不同，使得多天線系統(tǒng)中不同位置的天線經(jīng)歷的衰落不同線系統(tǒng)中不同位置的天線經(jīng)歷的衰落不同v參數(shù)參數(shù)角度擴(kuò)展角度擴(kuò)展相關(guān)距離相關(guān)距離 v空間選擇性衰落空間選擇性衰落哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）v角度功率譜（角度功率譜（PAS） 信號(hào)功率譜密度在角度上的分布。一般為均勻分布、截信號(hào)功率譜密度在角度

43、上的分布。一般為均勻分布、截短高斯分布和截短拉普拉斯分布短高斯分布和截短拉普拉斯分布v角度擴(kuò)展等于功率角度譜的二階中心矩的平方根，角度擴(kuò)展等于功率角度譜的二階中心矩的平方根，即即 式中式中v意義意義描述了功率譜在空間上的色散程度，角度擴(kuò)展在描述了功率譜在空間上的色散程度，角度擴(kuò)展在 之間分布。之間分布。角度擴(kuò)展越大，表明散射環(huán)境越強(qiáng)，信號(hào)在空間的色散度越高 200()( )( )pdpd 00( )( )pdpd0,360哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）相關(guān)距離與空間選擇性衰落相關(guān)距離與空間選擇性衰落v相關(guān)距離相關(guān)距離Dc 信道沖激響應(yīng)保證一定相關(guān)度的空間距離信道沖激響應(yīng)保證一定相關(guān)度的空間距離v空間選

44、擇性衰落空間選擇性衰落天線空間距離大于相關(guān)距離天線空間距離大于相關(guān)距離 DccxD天線空間距離遠(yuǎn)小于相關(guān)距離天線空間距離遠(yuǎn)小于相關(guān)距離 1，近似為萊斯分布。，近似為萊斯分布。21,121KmmK2222( )expexprrrrp rss哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）多徑衰落信道的分類多徑衰落信道的分類 依據(jù)時(shí)間色散、頻率色散依據(jù)時(shí)間色散、頻率色散還是角度色散進(jìn)行分類還是角度色散進(jìn)行分類時(shí)間色散時(shí)間色散頻率選擇頻率選擇性衰落信道性衰落信道平坦衰落平坦衰落信道信道快衰落信快衰落信道道慢衰落信慢衰落信道道頻率色散頻率色散角度色散角度色散標(biāo)量信道標(biāo)量信道（時(shí)，頻（時(shí)，頻)矢量信道矢量信道（時(shí)、頻、（時(shí)、頻、

45、空）空）哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）平坦衰落和頻率選擇性衰落平坦衰落和頻率選擇性衰落v Ts為信號(hào)周期（信號(hào)帶寬為信號(hào)周期（信號(hào)帶寬Bs的倒數(shù)）的倒數(shù)） 是信道的時(shí)延擴(kuò)展；是信道的時(shí)延擴(kuò)展； Bc為相關(guān)帶寬為相關(guān)帶寬v 通常若通常若 ，可認(rèn)為該信道是頻率選擇性的，可認(rèn)為該信道是頻率選擇性的 頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落平坦衰落平坦衰落 原因原因信道具有恒定增益和相位的帶寬范信道具有恒定增益和相位的帶寬范圍小于發(fā)送信號(hào)帶寬圍小于發(fā)送信號(hào)帶寬 時(shí)間色散時(shí)間色散 碼間干擾碼間干擾信道具有恒定增益和相信道具有恒定增益和相位的帶寬范圍大于發(fā)送位的帶寬范圍大于發(fā)送信號(hào)帶寬信號(hào)帶寬頻譜特性頻譜特性不同頻率獲得不同

46、增益不同頻率獲得不同增益在接收端保持不變?cè)诮邮斩吮３植蛔?條件條件 sT10sTscsBBTscsBBT哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）快衰信道和慢衰信道快衰信道和慢衰信道 快衰落快衰落慢衰落慢衰落原因沖激響應(yīng)變化快于沖激響應(yīng)變化快于基帶信號(hào)變化基帶信號(hào)變化信道沖激響應(yīng)變化比不信道沖激響應(yīng)變化比不上基帶信號(hào)變化上基帶信號(hào)變化條件 Tc為信道相關(guān)時(shí)間Bd為多普勒擴(kuò)展scsdTTBBscsdTTBB哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）衰落特性的特征量衰落特性的特征量衰落深度衰落深度衰落速率衰落速率衰落持衰落持續(xù)時(shí)間續(xù)時(shí)間電平通電平通過率過率哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）衰落速率和衰落深度衰落速率和衰落深度 31.85 102Af

47、 v衰落速率衰落速率 信號(hào)包絡(luò)在單位時(shí)間內(nèi)以正斜率通過信號(hào)包絡(luò)在單位時(shí)間內(nèi)以正斜率通過中值電平中值電平的的次數(shù)，即包絡(luò)衰落的速率次數(shù)，即包絡(luò)衰落的速率與與發(fā)射頻率發(fā)射頻率，移動(dòng)臺(tái)行進(jìn)，移動(dòng)臺(tái)行進(jìn)速度和方向速度和方向以及多徑以及多徑傳播的傳播的路徑數(shù)路徑數(shù)有關(guān)有關(guān)平均衰落率平均衰落率v衰落深度衰落深度 信號(hào)有效值與該次衰落的信號(hào)最小值的差值。信號(hào)有效值與該次衰落的信號(hào)最小值的差值。哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）電平通過率電平通過率單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)包絡(luò)以正斜率通過某一規(guī)定電平值單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)包絡(luò)以正斜率通過某一規(guī)定電平值R的平均次數(shù)的平均次數(shù)意義意義 描述衰落次數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律：描述衰落次數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律： 深度衰

48、落發(fā)生的次數(shù)較少，而淺度衰落發(fā)生得相當(dāng)頻繁深度衰落發(fā)生的次數(shù)較少，而淺度衰落發(fā)生得相當(dāng)頻繁表達(dá)式表達(dá)式 式中式中 為信號(hào)包絡(luò)為信號(hào)包絡(luò)r對(duì)時(shí)間的導(dǎo)函數(shù)對(duì)時(shí)間的導(dǎo)函數(shù)平均電平通過率平均電平通過率 由于電平通過率是隨機(jī)變量，通常用平均電平通過率來描述。由于電平通過率是隨機(jī)變量，通常用平均電平通過率來描述。 對(duì)于瑞利分布可得對(duì)于瑞利分布可得 式中式中 fm為最大多譜勒頻率，為最大多譜勒頻率， 其中信號(hào)平均功率其中信號(hào)平均功率 ， 為信號(hào)有效值為信號(hào)有效值 0rd)r,R(pr)R(Nr 22)(efRNmrmsRR2R 02222dr)r(pr)r(E 2Rrms 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）衰落持續(xù)時(shí)間

49、衰落持續(xù)時(shí)間信號(hào)包絡(luò)低于信號(hào)包絡(luò)低于某個(gè)給定電平值某個(gè)給定電平值的概率與該的概率與該電平所對(duì)應(yīng)的電平通過率之比電平所對(duì)應(yīng)的電平通過率之比v表達(dá)式表達(dá)式v意義意義 描述了衰落次數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律描述了衰落次數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律v平均衰落持續(xù)時(shí)間平均衰落持續(xù)時(shí)間 衰落是隨機(jī)發(fā)生的，只能給出平均衰落持續(xù)時(shí)間衰落是隨機(jī)發(fā)生的，只能給出平均衰落持續(xù)時(shí)間. 對(duì)于瑞利衰落，可得對(duì)于瑞利衰落，可得 RRNRrP )1e(f212mR 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）電平通過率和平均衰落持續(xù)時(shí)間電平通過率和平均衰落持續(xù)時(shí)間圖圖211 電平通過率和平均衰落持續(xù)時(shí)間電平通過率和平均衰落持續(xù)時(shí)間負(fù)斜率負(fù)斜率正斜率正斜率1234RT02t1t

50、3t4t4( )n RT41( )4iitt RT哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）衰落信道的建模與仿真簡(jiǎn)介衰落信道的建模與仿真簡(jiǎn)介v Clarke信道模型信道模型 說明了基于散射時(shí)移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)的說明了基于散射時(shí)移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)特性統(tǒng)計(jì)特性： 包絡(luò)服從瑞利分布，相位服從包絡(luò)服從瑞利分布，相位服從（ 0，2的均勻分布的均勻分布環(huán)境假設(shè)環(huán)境假設(shè) 有一臺(tái)具有垂直極化的固定發(fā)射機(jī)，入射到移動(dòng)天線的電有一臺(tái)具有垂直極化的固定發(fā)射機(jī)，入射到移動(dòng)天線的電磁場(chǎng)由磁場(chǎng)由N個(gè)具有個(gè)具有任意載頻相位、入射方位角和相等的平均任意載頻相位、入射方位角和相等的平均幅度幅度的平面波組成的平面波組成推導(dǎo)推導(dǎo)統(tǒng)計(jì)特性統(tǒng)計(jì)

51、特性v Jakes仿真仿真 模擬均勻介質(zhì)散射環(huán)境中平坦衰落信道的模擬均勻介質(zhì)散射環(huán)境中平坦衰落信道的復(fù)低通包絡(luò)復(fù)低通包絡(luò)。方法方法 用有限個(gè)（用有限個(gè)（10個(gè)）低頻振蕩器近似構(gòu)建一種可分析模型個(gè)）低頻振蕩器近似構(gòu)建一種可分析模型推導(dǎo)推導(dǎo)接收波形表達(dá)式及仿真模型接收波形表達(dá)式及仿真模型哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Clarke信道模型信道模型v 對(duì)于以第對(duì)于以第n個(gè)以角度個(gè)以角度 到達(dá)到達(dá)x軸的入射波軸的入射波v 多普勒頻移為多普勒頻移為v 到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的垂直極化平面波存在到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的垂直極化平面波存在電場(chǎng)電場(chǎng)E和和磁場(chǎng)磁場(chǎng)H的的場(chǎng)強(qiáng)分量，場(chǎng)強(qiáng)分量，即：即：v 其中，其中， 是本地平均是本地平均E場(chǎng)場(chǎng)(假

52、設(shè)為恒定值）的實(shí)數(shù)幅度，假設(shè)為恒定值）的實(shí)數(shù)幅度， 表示不表示不同電波幅度的實(shí)數(shù)隨機(jī)變量，同電波幅度的實(shí)數(shù)隨機(jī)變量， 為自由空間的固定阻抗為自由空間的固定阻抗 ( ) v 第第n個(gè)到達(dá)分量的隨機(jī)相位個(gè)到達(dá)分量的隨機(jī)相位v 對(duì)場(chǎng)強(qiáng)歸一化，有對(duì)場(chǎng)強(qiáng)歸一化，有n圖圖215 入射角到達(dá)平面示意圖入射角到達(dá)平面示意圖 cosnnvf01cos(2)NzncnnEECf t01sincos(2)NxnncnnEHCf t 01coscos(2)NynncnnEHCf t nC0E3372nnnf t211NnnC在在x-yx-y平面平面哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Clarke信道模型信道模型(0,2 2nnnf

53、 t()cos(2)sin(2)zccscET tftTft01( )cos(2)NcnnnnT tECf t01( )sin(2)NsnnnnT tECf t,v由于多普勒頻移相對(duì)于載波很小若由于多普勒頻移相對(duì)于載波很小若N足夠大，足夠大， 三種場(chǎng)分量可用窄帶高斯隨機(jī)過程表示。三種場(chǎng)分量可用窄帶高斯隨機(jī)過程表示。v設(shè)相位角設(shè)相位角 在在 服從均勻分布，則服從均勻分布，則E場(chǎng)可用同場(chǎng)可用同相和正交分量表示相和正交分量表示 式中：式中： 代表同相分量和正交分量。代表同相分量和正交分量。zxyEHH、 、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Clarke信道模型信道模型根據(jù)中心極限定理，根據(jù)中心極限定理， 都是高

54、斯隨機(jī)過程。都是高斯隨機(jī)過程。 具有具有0平均、等方差、不相關(guān)的特點(diǎn)：平均、等方差、不相關(guān)的特點(diǎn)： 是關(guān)于是關(guān)于 的總體平均。的總體平均。接收的接收的E場(chǎng)的包絡(luò)為場(chǎng)的包絡(luò)為包絡(luò)服從瑞利分布包絡(luò)服從瑞利分布 式中式中,22( )( )( )zcsETtTtr t22222r2202r2erdre21)r(p 202E,0scTT222202cszETTE2zEnn、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Jakes仿真仿真推導(dǎo)接收波形表達(dá)式推導(dǎo)接收波形表達(dá)式 依據(jù)依據(jù)Clarke模型，接收端波形可表示為經(jīng)歷了模型，接收端波形可表示為經(jīng)歷了N條路徑的條路徑的一系列平面波的疊加一系列平面波的疊加 其中其中 ，不同路徑

55、的附加相移，不同路徑的附加相移 是相互獨(dú)立的隨是相互獨(dú)立的隨機(jī)變量，且在機(jī)變量，且在 服從均勻分布。服從均勻分布。 將將 標(biāo)準(zhǔn)化，功率歸一化，得：標(biāo)準(zhǔn)化，功率歸一化，得： 式中式中1( )2cos(cos)( )cos( )sinNncmnnnccscR tCttXttXtt01( )cos()NDncnnnRtECtt1( )2cos(cos)NcnmnnnX tCt1( )2sin(cos)NsnmnnnXtCt cosnmnn(0,2 ()DR t哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Jakes仿真仿真推導(dǎo)接收波形表達(dá)式推導(dǎo)接收波形表達(dá)式 假設(shè)平面波的假設(shè)平面波的N個(gè)入射角個(gè)入射角 在在 均勻分布，則模

56、型中均勻分布，則模型中參數(shù)參數(shù) 代入可得：代入可得：2nnN2112nnCpddN122( )cos(cos)NcmnnR tttnNN(0,2 Nd22,(1,2,.)nn nNNNCNCnn1,12哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Jakes仿真器模型仿真器模型描述平坦衰落的隨機(jī)信號(hào)可以用描述平坦衰落的隨機(jī)信號(hào)可以用N個(gè)相互獨(dú)立的隨機(jī)變量個(gè)相互獨(dú)立的隨機(jī)變量（ ， ， ）表示，所以可以用）表示，所以可以用N個(gè)低頻振蕩器生成。個(gè)低頻振蕩器生成。圖圖2-12 Jakes仿真器模型仿真器模型 nCnn哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）v 目的目的 掌握基站周圍所有地點(diǎn)處接收信號(hào)的平均強(qiáng)度及變化特點(diǎn)，以便掌握基站周圍所有

57、地點(diǎn)處接收信號(hào)的平均強(qiáng)度及變化特點(diǎn)，以便為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的研究以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的研究以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。v 方法方法 根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析歸納出基于不同環(huán)境的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在此基礎(chǔ)上根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析歸納出基于不同環(huán)境的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在此基礎(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行校正，使其更加接近實(shí)際，更準(zhǔn)確對(duì)模型進(jìn)行校正，使其更加接近實(shí)際，更準(zhǔn)確v 確定傳播環(huán)境的主要因素確定傳播環(huán)境的主要因素自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）人工建筑的數(shù)量、高度、分布和材料特性人工建筑的數(shù)量、高度、分布和材料特性該地區(qū)的植被特征該地區(qū)的植被特征天氣狀況天氣狀況自然和人為的電磁噪聲狀況自然和

58、人為的電磁噪聲狀況系統(tǒng)的工作頻率和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)等因素系統(tǒng)的工作頻率和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)等因素v 本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容室外傳播模型室外傳播模型室內(nèi)傳播模型室內(nèi)傳播模型傳播模型校正傳播模型校正哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）室外傳播模型室外傳播模型Hata模型 CCIR模型LEE模型COST 231 Walfisch-Ikegami 模型 Okumura-Hata 模型模型COST 231 Hata模型模型常用的常用的幾種室?guī)追N室外電波外電波傳播損傳播損耗預(yù)測(cè)耗預(yù)測(cè)模型模型哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Okumura-Hata 模型模型v 適用頻率范圍適用頻率范圍1501500MHz。v 路徑損耗計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式路徑損耗計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)

59、公式式中式中 工作頻率（工作頻率（MHz）。）。 基站天線有效高度（基站天線有效高度（ m ），定義為基站天線實(shí)際），定義為基站天線實(shí)際海拔高度與基站沿傳播方向?qū)嶋H距離內(nèi)的平均地面海波高度海拔高度與基站沿傳播方向?qū)嶋H距離內(nèi)的平均地面海波高度之差。之差。 移動(dòng)臺(tái)天線有效高度（移動(dòng)臺(tái)天線有效高度（m），定義為移動(dòng)臺(tái)天線），定義為移動(dòng)臺(tái)天線高出地表的高度高出地表的高度 d 基站天線和移動(dòng)臺(tái)天線之間的水平距離基站天線和移動(dòng)臺(tái)天線之間的水平距離 （km） 69.55 26.16log13.82log44.9 6.55loglogpcteretecellterrainL dBfhhhd CCcftehre

60、h哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）Okumura-Hata 模型模型 有效天線修正因子，是覆蓋區(qū)大小的函數(shù)有效天線修正因子，是覆蓋區(qū)大小的函數(shù) 小區(qū)類型校正因子小區(qū)類型校正因子 地形校正因子，反映一些重要的地形環(huán)境因素對(duì)路徑地形校正因子，反映一些重要的地形環(huán)境因素對(duì)路徑損耗的影響損耗的影響 MHz300f97. 4h75.11log2 . 3MHz300f1 . 1h54. 1log29. 88 . 0flog56. 1h7 . 0flog11. 1hc2rec2recrecre大大城城市市、郊郊區(qū)區(qū)、鄉(xiāng)鄉(xiāng)村村中中小小城城市市 鄉(xiāng)村鄉(xiāng)村郊區(qū)郊區(qū)城市城市98.40flog33.18flog78. 44 .