移動信道中的電波傳播ch詳解演示文稿當前1頁，總共66頁。1（優選）移動信道中的電波傳播ch當前2頁，總共66頁。2第三章移動信道中的電波傳播3.1三種基本傳輸機制3.1.1反射與多徑信號3.1.2繞射損耗

3.1.2散射3.2電磁場基礎理論3.3自由空間的無線電傳播3.4陰影衰落3.5多徑衰落3.5.1多徑衰落的基本特性3.5.2多普勒頻移當前3頁，總共66頁。33.5.3瑞利（Rayleigh）和萊斯（Rician）分布3.5.4衰落特征量3.5.5時延擴展與相關帶寬3.5.6多普勒頻展與相干時間3.5.7多徑衰落類型3.6電波傳播路徑損耗模型3.6.1Okumura模型3.6.2Okumura-Hata模型3.6.3COST-231Hata模型3.6.4COST-231Walfisch-Ikegami(WIM)模型3.6.5COST-231室內電波傳播路徑損耗模型當前4頁，總共66頁。43.1三種基本傳輸機制

電波利用電離層的折射、反射和散射作用進行傳播的方式稱為天波沿地球表面進行傳播的電波傳播模式稱為地表面波。

在對流層中進行的電波傳播方式稱為空間波當前5頁，總共66頁。5

在移動通信系統中，影響電磁波傳播的三種基本傳播機制：反射、繞射、散射。反射：當電磁波遇到比其波長大得多得物體時發生反射，發射發生于地球表面、建筑物和墻壁表面繞射：當接收機與發射機之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時發生繞射散射：當波穿行的介質中存在小于波長的物體并且單位體積內阻擋體的個數非常巨大時，發生散射。散射產生于粗糙表面、小物體或其他不規則物體。當前6頁，總共66頁。6繞射：基站天線移動臺天線繞射波山峰反射、散射反射波直射波地面散射波基站天線移動臺天線當前7頁，總共66頁。73.2無線電波傳播概述

三種衰落路徑損耗衰落：它指電波在空間傳播所產生的損耗，反映了傳播在宏觀大范圍（即公里量級）的空間距離上的接收信號電平平均值的變化趨勢。它隨著距離基站的距離而變，衰減特性服從當前8頁，總共66頁。8陰影衰落：它是指由于在電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產生的陰影效應而產生的損耗，反映了中等范圍內數百波長量級接收電平的均值變化而產生的損耗，其衰落特性服從對數正態分布。這種衰落變化率較慢，又稱為慢衰落。

當前9頁，總共66頁。9小尺度衰落（多徑衰落、瑞利衰落）：它主要是由多徑傳播而產生的衰落，反映了微觀小范圍內數十波長量級接收電平的均值變化而產生的損耗，其衰落特性服從瑞利（Rayleigh）分布或萊斯（Rician）分布。當前10頁，總共66頁。10多徑衰落可分為三種：

1）空間選擇性衰落：在不同地點（空間）衰落特性不一樣成因：開放型移動信道

2)頻率選擇性衰落：在不同的頻率衰落特性不一樣成因：寬帶移動信道

3)時間選擇性衰落：在不同的時間衰落特性不一樣

成因：高速移動用戶的信道

當前11頁，總共66頁。11當前12頁，總共66頁。12當前13頁，總共66頁。13GSM1800強場變化舉例-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100500100015002000250030003500400045005000距離(m)強場(dBm)測量自由空間短期衰落長期衰落±2m/2當前14頁，總共66頁。143.3自由空間的無線電傳播

在自由空間中，電波的傳播是直線傳播（無阻擋的視距路徑）。適用范圍是：衛星通信系統和微波視距無線鏈路接收信號功率自由空間路徑損耗式中，f:通信頻率，與波長λ的關系為：f=c/λ

d:通信距離

當前15頁，總共66頁。15當前16頁，總共66頁。163.4陰影衰落當電波在傳播路徑上遇到障礙物的阻擋時，會產生電磁場的陰影，造成接收天線處場強中值的變化，從而引起衰落，這種衰落又稱陰影衰落接收信號服從對數正態分布（以分貝表示時，服從正態分布）

其中，為均值為零的高斯隨機變量；標準偏差為（dB計）

當前17頁，總共66頁。17當前18頁，總共66頁。18衰落儲備Okumura為了防止因衰落（包括多徑衰落和陰影衰落）引起的通信中斷，在信道設計中，必須使信號的電平留有足夠的余量，以使中斷率R小于規定指標，這種電平余量稱為衰落儲備

當前19頁，總共66頁。19當前20頁，總共66頁。20

3.5多徑衰落3.5.1多徑衰落的基本特性多徑效應在時域上引起信號的時延擴展，相應地在頻域上規定了相干帶寬。當信號帶寬大于相干帶寬時就會發生頻率選擇性衰落。多普勒效應在頻域上引起信號頻譜擴展，相應地在時域上規定了相干時間。當符號周期大于相干時間時就會發生時間選擇性衰落。

當前21頁，總共66頁。21

當前22頁，總共66頁。223.5.2多普勒頻移由于移動臺和基站的相對運動，每個多徑波都經歷了明顯的頻移過程。移動引起的接機信號頻移稱為多普勒頻移。

頻率彌散frequencydispersion頻率差最大多普勒頻移fm=v/λ

當前23頁，總共66頁。233.5.3瑞利和萊斯分布1、瑞利分布假設：（1）收、發間存在多條反射路徑且各個反射波的幅度和到達接收天線的方向角是隨機的且滿足統計獨立；（2）收、發信機之間沒有直射波通路設基站發射的信號為考慮到多普勒頻移，則經反射（或散射）到達接收天線的第i個接收信號可表示為接收信號為：

當前24頁，總共66頁。24經推導，結論：當多徑數N很大時，合成信號的相位服從

~U[0,2p]

當不存在LOS信號時，多徑衰落信號的包絡服從瑞利分布；當存在LOS信號時，其包絡服從萊斯分布；實測環境中，有時其包絡服從Nakagami分布

當前25頁，總共66頁。25多徑接收信號的幅度服從瑞利分布，其概率密度函數為

其中，為包絡檢波之前所接收信號的均方根（rms）值相位φ(t)的概率密度函數為

當前26頁，總共66頁。26瑞利分布特點：存在很多徑，沒有一個特別突出的徑

Play當前27頁，總共66頁。27瑞利分布的均值瑞利分布的均方值瑞利分布的方差r的中值

當前28頁，總共66頁。28當前29頁，總共66頁。29當前30頁，總共66頁。302、萊斯分布萊斯分布特點：存在很多徑，有一個特別突出的徑Play當前31頁，總共66頁。31多徑接收信號的幅度服從萊斯分布，其概率密度函數為

其中，A為主信號幅度的峰值；為零階第一類貝賽爾函數當前32頁，總共66頁。32當前33頁，總共66頁。333、Nakagami-m分布多徑接收信號的幅度服從Nakagami分布，其概率密度函數為

(m≥1/2);;當前34頁，總共66頁。343.5.4衰落特征量衰落深度衰落速率電平通過率衰落持續時間當前35頁，總共66頁。351、衰落率和衰落深度衰落率是指信號包絡沿正斜率通過中值電平的速率衰落深度是指信號有效值與該次衰落的信號最小值的差值2、電平通過率信號包絡沿正斜率通過某一規定電平的速率其中，為最大多普勒頻移；為規定電平值Rnormalizedto衰落信號包絡的均方根值當前36頁，總共66頁。363、平均衰落持續時間接收信號包絡低于某一特定電平的持續時間

Rt1t2t3（Rayleigh分布）當前37頁，總共66頁。37當前38頁，總共66頁。383.5.5時延擴展與相關帶寬時延擴展和相干帶寬是描述寬帶多徑信號時間色散特性的參數多徑衰落：無線信號在經過短距離（幾個波長）或短時間（秒級）的傳播后其幅度快速衰落。這種衰落是由于同一傳輸信號沿兩個或多個路徑傳播，以微小的時間差到達接收機的信號相互干涉引起的。

當前39頁，總共66頁。391、時延擴展經不同路徑達到接收機的時間不同而引起的脈沖寬度擴展的現象。

最大時延擴展→時間色散timedispersion多徑傳播當前40頁，總共66頁。40寬帶多徑信道的時間色散特性通常用平均多徑時延和均方根（rms）時延擴展Δ來定量描述

歸一化的多徑功率延遲分布

當前41頁，總共66頁。41平均多徑時延是功率延遲分布的一階矩，定義為均方值時延擴展是功率延遲分布的二階矩，定義為最大時延τmax

，即歸一化的包絡曲線E(t)下降到－30dB時對應的時延差

當前42頁，總共66頁。42當前43頁，總共66頁。432、多徑傳播對接收信號的影響

時域衰落（fading）符號間干擾（inter-symbolinterference，ISI）典型瑞利衰落包絡（900MHz，120km/h）當前44頁，總共66頁。44相關帶寬(coherentbandwidth)Δfc≈1/Tm頻域衰落的頻率選擇性（frequencyselectivity）頻率選擇（frequencyselective）非頻率選擇（non-frequencyselectiveorflat）當前45頁，總共66頁。453、相干帶寬兩個接收信號的幅度、相位具有高度相關性的頻率范圍。若相關帶寬定義為頻率相關函數值大于0.5的某特定帶寬，則可表示為相干帶寬表征的是信號中兩個頻率分量基本相關的頻率間隔。也就是說，衰落信號中的兩個頻率分量，當其頻率間隔小于相關帶寬時，它們是相關的，其衰落具有一致性；當頻率間隔大于相關帶寬時，它們就不相關了，其衰落不具有一致性（頻率選擇性衰落）。

當前46頁，總共66頁。46舉例：某市區實測均方根時延擴展為1.37μs，試問該系統在不使用均衡器的條件下對AMPS或GSM業務是否合適？解：因為>30kHz，所以AMPS不需要均衡器就能正常工作；而GSM系統所需的200kHz帶寬超過了，所以GSM需要均衡器才能正常工作

當前47頁，總共66頁。473.5.6多普勒頻展與相干時間多普勒頻展與相干時間是描述小尺度內信道時變特性的參數時變（timevariation）→時間選擇性timeselectivity用戶或信道中反射體和散射體移動當前48頁，總共66頁。481、多普勒頻展最大多普勒(Doppler)頻移，也稱多普勒頻展BD

當前49頁，總共66頁。49多普勒頻展：它表征的是時變信道對信號的衰落節拍，這種衰落是由于移動臺運動產生的，即就是信道在時域具有選擇性，這種衰落又稱為時間選擇性衰落。若基帶信號帶寬遠大于，則多普勒擴展的影響可忽略，此時信道稱為慢衰落信道

多普勒擴展功率譜

當前50頁，總共66頁。502.相干時間多普勒頻展在時域的表示，信道特性沒有顯著變化的持續時間，可表示為相干時間就是指一段時間間隔，在此間隔內，兩個到達信號有很強的幅度相關性。若比特持續時間小于信道相干時間Tc時，信道衰減和相移對于至少一個比特持續時間內基本上固定不變，此時，信道呈現慢衰落性。否則，信道呈現快衰落性，引起信號失真。當前51頁，總共66頁。51當前52頁，總共66頁。523.5.7時延擴展與相關帶寬

信號通過移動無線信道傳播時，其衰落類型取決于發送信號的特性及信道特性。信號參數（如帶寬、符號周期等）和信道參數（如rms時延擴展和多普勒頻展）之間的關系決定了不同的發送信號將經歷不同的衰落類型多徑時延擴展引起的衰落效應：頻率選擇性衰落多普勒頻展引起的衰落效應：時間選擇性衰落角度色散：空間選擇性衰落

當前53頁，總共66頁。53多徑衰落類型當前54頁，總共66頁。54當前55頁，總共66頁。55當前56頁，總共66頁。563.6電波傳播路徑損耗模型

根據測試數據找出各種地形地區下的傳播損耗（或接收信號場強）與距離、頻率以及天線高度之間的關系，建立基于不同環境的經驗模型，在此基礎上對模型進行校正，使其更加接近實際，更準確。在移動通信領域，常用的幾種室外電波傳播損耗預測模型有奧村（Okumura）模型、Hata模型、COST-231Hata模型和COST-231Walfisch-Ikegami模型(WIM)

當前57頁，總共66頁。573.6.1Okumura模型適用于UHF和VHF頻段、適用于宏小區，但不適用于微小區和微微小區這一模型的特點是：以準平滑地形大城市的場強中值或路徑損耗作為基準，對于不同的傳播環境給出相應修正因子頻率范圍為：150MHz-1920MHz

距離為：1～100km

基站天線高度：30～1000m

移動臺天線高度：1～10m

當前58頁，總共66頁。58準平滑地形市區傳播損耗中值任意地形地區的傳播損耗中值其中，為所在市區中的路徑損耗中值；為自由空間傳播損耗；為當基站天線高度200米、移動臺天線高度

3米時，市區路徑損耗相對于自由空間的路徑損耗；為基站天線高度增益因子；為移動臺天線高度增益因子；KT

為環境類型所帶來的增益

Am(f,d)

Hb(hb,d)

Hm(hm,f)

當前59頁，總共66頁。593.6.2Okumura-Hata模型適用于宏小區，但不適用于微小區和微微小區。哈塔模型是根據奧村曲線圖所作的經驗公式頻率范圍為：150MHz-1500MHz距離為：1～100km基站天線高度：30～200m移動臺天線高度：1～10m

當前60頁，總共66頁。60路徑損耗公式

式中，f為工作頻率（MHz），hb為基站天線有效高度（m），hm為移動臺天線有效高度（m），d為收、發天線之間的距離（km），a(hm)為移動臺天線高度修正因子，

Ccell為小區類型校正因子，Cterrian為地形校正因子，反映一些重要的地形環境因素對路徑損耗的影響

當前61頁，總共66頁。61頻率基站高度移動臺高度900MHz50m1.5m當前62頁，總共66頁。623.6.3Cost231模型HATA模型的擴展，適用于宏