无线传播环境

所谓经验模型就是根据大量实地测试 的结果进行统计建模分析得到的近似计算 公式，而确定模型是在获得网络规划场景 中具体传播环境参数后直接用电磁传播理 论对大尺度传播特性进行计算，常用的计 算方法有射线跟踪法、几何绕射法等。
以下是本书中所用到的主要参数的定 义： hm—移动台天线高度； rm—移动台到最近的建筑物之间的距 离； h0—建筑物的典型高度（一般取平均 高度）； hb—基站天线高度；
确定某一特定地区的大尺度传播环境 的主要因素有：
（1）自然地形（高山、丘陵、平原、 水域等）； （2）人工建筑的数量、高度、分布 和材料特性；
（3）该地区的植被特征； （4）天气状况； （5）自然和人为的电磁噪声状况。
通常，在无线网络规划中对大尺度传 播特性采取经验模型与确定模型相结合的 方法。
d —基站到移动台之间的距离（m）； D = d103 —基站到移动台之间的距 离（km）； f —载波频率（Hz）； fc = f106 —载波频率（MHz）； —自由空间中波长（m）。
2.2.1 路径损耗与阴影衰落
1．路径损耗
路径损耗（单位dB）通常可以表达为
d PL(d ) PL(d 0 ) 10n log d 0
设d为发送天线与接收天线间的距离， 那么，接收信号的功率Pr(d)可以用如下公 式表达 2
Pt Gt Gr Pr (d ) 2 2 (4π) d L
式中：Pt是发射功率；Gt是发射天线增益； Gr是接收天线增益；L是与无线传播无关的系统 损耗因子（L≥1）；是波长。
发射和接收天线的增益都是天线本身 的设计参数，通常与天线的大小、天线单 元的间距与相位设计，以及发送和接收天 线之间的连线与天线主瓣之间的夹角有关。
2.1.1 自由空间传播模型
自由空间传播模型通常可以用于预测 传播路径上无任何遮挡与反射物的LOS信 号传播条件下的接收信号强度。
自由空间传播模型假设发射天线和接 收天线都放置在均匀无限大的传播空间中， 且接收天线处于发射天线辐射的远场区域， 即在此远场区域中的任意一点电场方向、 磁场方向和电磁波传播方向两两互相垂直。
Okumura模型为预测城区信号时使用 最广泛的模型。应用频率在150MHz～ 1 920MHz之间（可扩展到3 000MHz）， 距离为1km～100km之间，天线高度在 30m～1 000m之间。
该种模型的主要缺点是对城区和郊区 快速变化的反应较慢。预测和测试的路径 损耗偏差为10dB～14dB。 这种方法包括按照地形地貌将预测区 域分为不同的类别：即开阔地、郊区和城 区。
此时，其主要传播机制是自由空间传 播加上小区覆盖范围内的多次反射和散射， 以及建筑物的侧面和屋顶的绕射影响。 经验模型——双斜率经验模型（DualSlope Empirical Model）
2.2.3 常用室内传播预测模型
研究室内电波传播，建立有实用意义 的室内电波传播模型，可以为室内无线通 信系统的设计提供最佳网站配置的依据。
2.1.2 电磁信号基本传播方式
在实际移动通信传播环境中，反射、 绕射和散射是无线信号三种主要的传播方 式。
（1）反射：
当电磁波遇到比波长大得多的物体时 发生反射，反射发生于地球表面、建筑物 和墙壁表面。
（2）绕射：
当接收机和发射机之间的无线路径被 尖利的边缘阻挡时发生绕射。
（3）散射：
当波穿行的介质中存在小于波长的物 体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大 时，发生散射。
2.1
无线信道基本传播特性
2.2
无线信号的大尺度传播特性
2.3
无线信号的小尺度传播特性
2.4
小结
本章内容 无线信道基本传播特性 无线信号的大尺度传播特性 无线信号的小尺度传播特性
本章重点 电磁信号基本传播机制 多径传播与多普勒频移 统计多径信道模型
学习本章目的和要求 了解无线信道基本传播特性 掌握无线信号的大尺度传播特性 了解多径传播与多普勒频移的基本特 性

n:路径损耗指数；d0是离基站足够近 的路径参考点。
2．阴影衰落
在实际传播环境中，即使两个移动台 与基站之间的路径损耗相同，其各自的能 量衰减也可能有很大差异，而这一差异就 是由阴影衰落引起的。
d PL(d ) PL(d 0 ) 10n log d X 0
式中：X服从均值为0、方差为的正 态分布，根据系统所处的不同传播环境 而不同，多是根据实地测量数据而确定， 其典型值为5dB～10dB。
2.2.2 常用室外传播预测模型
1．宏蜂窝的传播模型
宏蜂窝小区（macro cell）的覆盖半径 大多为1km～25km，多用于解决大面积的 覆盖问题。
（1）奥村模型（Okumura-Hata Model）
（2）COST 231-Hata模型
该模型是针对中小城市的，适用于工 作频率在1 500MHz～2 000MHz之间，hb 在30m～200m之间，hm在1m～10m之间， d在1km～20km之间。
2．微蜂窝的传播模型
微蜂窝小区（micro cell）是在宏蜂窝 小区的基础上发展起来的一门技术，它的 覆盖半径大约为30m～300m。在微蜂窝中， 基站天线的高度通常与街道的灯柱等高， 一般在地平面以上3m～6m。
2.1 无线信道基本传播特性
无线信道定义为基站天线与移动台天 线之间的电磁传播路径，包括发射与接收 天线本身以及两付ຫໍສະໝຸດ Baidu线之间的传播介质， 在移动通信中传播介质通常为大气。
总体来讲，无线传播路径分为视距传 播（Line-of-sight，LOS）和非视距传播 （Non-line-of-sight，NLOS）。
1．信号的反射 2．信号的绕射 3．信号的散射
2.2 无线信号的大尺度传播特性
在无线通信中，将由发射与接收天线 间距、收发天线之间的地形、建筑物、植 被等导致的信号功率衰减称为无线信号的 大尺度传播特性。
大尺度传播特性主要包括路径损耗和 阴影衰落。路径损耗主要是由收发天线间 距、传播信号载频和地形因素导致；而阴 影衰落主要是由于建筑物或地形遮挡导致 某些区域接收信号突然下降。