第二章 路徑損耗和陰影衰減.ppt

1、第二章 路徑損耗和陰影衰減,2.1 無(wú)線電波傳播 2.2 發(fā)送和接受信號(hào)模型 2.3 自由空間路徑損耗 2.4 射線跟蹤 2.5 經(jīng)驗(yàn)路徑損耗模型 2.6 簡(jiǎn)化的路徑損耗模型 2.7 陰影衰落 2.8 路徑損耗和陰影衰落的混合模型 2.9 路徑損耗和陰影衰落造成的中斷率 2.10 小區(qū)覆蓋范圍,第二章 路徑損耗和陰影衰減,2.1 無(wú)線電波傳播,本章討論由路徑損耗和陰影衰落效應(yīng)所引起的接收信號(hào)功率隨距 離變化的規(guī)律。路徑損耗是由發(fā)射功率的輻射擴(kuò)散及信道的傳播特性 造成的，陰影衰落是由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的障礙物造成的。,電磁波在空中傳播時(shí)，墻壁、地面、建筑物和其他物體會(huì)對(duì)電磁波 形成反射、散射和繞

2、射。人們采取一些近似方法來(lái)描述信號(hào)的傳播特性， 避免求解復(fù)雜的麥克斯韋方程。最常見(jiàn)的一種近似方法就是射線跟蹤技術(shù)。,2.2 發(fā)送和接受信號(hào)模型,第二章 路徑損耗和陰影衰減,我們所研究的發(fā)射和接收信號(hào)都是實(shí)信號(hào)，但為了便于分析，常把實(shí)的 發(fā)送和接收信號(hào)表示成一個(gè)復(fù)數(shù)的實(shí)部，這就是帶通信號(hào)的等效基帶表示。 定義信道的路徑損耗真值為發(fā)射功率和接收功率的比值：,定義信道的路徑損耗為路徑損耗真值的分貝數(shù)：,第二章 路徑損耗和陰影衰減,2.3 自由空間路徑損耗,在自由空間中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒(méi)有任何障礙物，信號(hào)沿直線傳播。 可得到接收功率和發(fā)射功率的比為：,可見(jiàn)接收功率與收發(fā)天線間距d的平方成反比，與波長(zhǎng)

3、的平方成正比， 因此載波頻率越高則接收功率越小。,2.4 射線跟蹤,第二章 路徑損耗和陰影衰減,射線跟蹤法把波近似為粒子，用一些簡(jiǎn)單的幾何方程取代復(fù)雜的麥克斯韋方程。最一般的射線跟蹤模型包括直射、反射、繞射和散射等各種衰落分量，其建模需要知道發(fā)射機(jī)和接收機(jī)周?chē)形矬w的幾何和介電性質(zhì)。,2.4.1 兩徑模型,接收信號(hào)由兩部分組成：經(jīng)自由空間到達(dá)接收端的直射分量和經(jīng)過(guò)地面反射到達(dá)接收端的反射分量。 其中接收功率可近似為：,令式子中的直射信號(hào)和反射信號(hào)的相位差 可近似得到臨界距離,臨界距離可用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)。,2.4.2 十徑模型（介電峽谷）,第二章 路徑損耗和陰影衰減,這種模型將環(huán)境假定為一個(gè)方方正

4、正的城市，街道兩邊是建筑物，發(fā)射天線和接收天線的高度接近于地面。兩旁排列著建筑物的街道對(duì)無(wú)線電信號(hào)相當(dāng)于一個(gè)介電峽谷。十徑模型包括各種一次、兩次和三次反射信號(hào)，具體有直射路徑（LOS）、地面反射路徑（GR）、一次墻面反射路徑（SW）、兩次墻面反射路徑（DW）、三次墻面反射路徑（TW）、墻地反射路徑（WG）和地墻反射路徑（GW）。 由接收功率公式得知，無(wú)論發(fā)射天線是高于或低于建筑物，十徑模型得到的接收功率隨距離的平方下降。,2.4.4 本地平均接收功率,第二章 路徑損耗和陰影衰減,射線跟蹤中可用所有路徑的幅度平方和，求出接收機(jī)位置附近的本地平均接收功率 本地平均接收功率能較好地反映鏈路質(zhì)量，經(jīng)常

5、用在蜂窩系統(tǒng)的功率控制中。,2.4.3 通用路徑跟蹤,對(duì)于任意建筑物布局和任意天線位置的情形，可用通用路徑跟蹤來(lái)預(yù)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)和時(shí)延擴(kuò)展。它需要準(zhǔn)確的建筑物數(shù)據(jù)以及收發(fā)天線相對(duì)于建筑物的位置。這些信息和特定的站址有關(guān)，所以該模型不用于研究一般性的系統(tǒng)性能和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問(wèn)題，而是為了解釋城市電波傳播的基本機(jī)理。,2.5 經(jīng)驗(yàn)路徑損耗模型,大多數(shù)移動(dòng)通信系統(tǒng)運(yùn)行在復(fù)雜的傳播環(huán)境之中，這些傳播環(huán)境難以用自由空火路徑損耗或射線跟蹤法精確建模。我們可以先針對(duì)特定的環(huán)境按不同的距離和頻率取得測(cè)量數(shù)據(jù)，再用這些數(shù)據(jù)建模。實(shí)測(cè)時(shí)為了得到路徑損耗，一般是把附近幾個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，以消除多徑的影響。這樣得到的

6、平均路徑損耗叫做距離d處的本地平均損耗。對(duì)于城市等具體環(huán)境，本地平均損耗和測(cè)量時(shí)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的具體位置有關(guān)。,第二章 路徑損耗和陰影衰減,模型名稱(chēng),使用的距離范圍,使用的頻率范圍,奧村模型,哈塔模型,哈塔模型的COST231擴(kuò)展,1km100km,0km100km,1km20km,150MHz1500MHz,150MHz1500MHz,1.5GHz2GHz,常用模型,第二章 路徑損耗和陰影衰減,室內(nèi)衰減,室內(nèi)傳播因具體環(huán)境的不同由很大的差異，因此很難建立出能夠準(zhǔn)確計(jì)算特定室內(nèi)環(huán)境中的路徑損耗的通用模型。,典型隔壁損耗（對(duì)應(yīng)頻率是900MHz1300MHz）,隔壁類(lèi)型,隔壁損耗（dB）,隔壁類(lèi)

7、型,隔壁損耗（dB）,布料,1.4,混凝土墻,13,雙層石膏墻板,3.4,鋁墻板,20.4,絕緣箔型,3.9,全金屬型,26,即使對(duì)于相同的頻率和相同類(lèi)型的隔壁，不同研究者得出的損耗差別也非常大，因此很難得到一般化的結(jié)論。,第二章 路徑損耗和陰影衰減,2.6 簡(jiǎn)化的路徑損耗模型,信號(hào)傳播的復(fù)雜性使我們很難用單一模型來(lái)精確反映各種傳播環(huán)境下的路徑損耗。如果只是為了對(duì)不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行一般的優(yōu)劣分析，則可以不用復(fù)雜模型，用一個(gè)能反映信號(hào)傳播主要特性的簡(jiǎn)單模型即可。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用下面的簡(jiǎn)化路徑損耗模型：,對(duì)應(yīng)的分貝值為：,2.7 陰影衰落,第二章 路徑損耗和陰影衰減,信號(hào)在無(wú)線信道傳播過(guò)程中

8、遇到的障礙物會(huì)使信號(hào)發(fā)生隨機(jī)變化，從而造成給定距離處接受信號(hào)功率的隨機(jī)變化，反射面和散射體的變化也會(huì)造成接收功率的隨機(jī)變化。因此需要建立一個(gè)模型來(lái)描述這些因素造成的信號(hào)隨機(jī)衰減。最常用的模型是對(duì)數(shù)正態(tài)陰影模型。 經(jīng)過(guò)假設(shè)與討論得知：發(fā)射和接收功率的比值 的分貝值服從均值為 、標(biāo)準(zhǔn)差為 的正態(tài)分布：,2.8 路徑損耗和陰影衰落的混合模型,第二章 路徑損耗和陰影衰減,將路徑損耗模型和陰影衰落模型疊加在一起就可以同時(shí)反映出功率隨距離的減小和陰影造成的路徑損耗隨機(jī)衰減。 按照這個(gè)模型，接收功率和發(fā)射功率之比的分貝值為：,2.9 路徑損耗和陰影衰落造成的中斷率,無(wú)線通信系統(tǒng)一般有一個(gè)目標(biāo)最小接收功率 ，當(dāng)實(shí)際接收功率低于該目標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)性能就會(huì)變得不可接受。 定義路徑損耗和陰影衰落造成的中斷率 為 ，即距離d處的接收功率 低于目標(biāo)值 的概率。,2.10