路径损耗模型和参数-ITU
简化的路径损耗模型
简化的路径损耗模型信号传播的复杂性使得用一个单一的模型准确描述信号穿越一系列不同的环境的路径损耗的特征非常困难。
准确的路径损耗模型可以通过复杂的射线追踪模型或者经验测量获得，其中必须满足严格的系统规范，或者基站和接入点的布局必须在最佳的位置。
然而，出于对不同系统设计的通用权衡分析，有时候最好的方式是用一个简单的模型抓住信号传播的本质特征，而不是求助于复杂的路径损耗模型，后者也仅仅是真实的信道的近似。
这样，下面这个路径损耗（以距离为自变量的函数）的简单模型成为系统设计的常用方法。
(2.20)如果用dB衰减的形式表达，则为：(2.21)在这个近似公式中，K是无单位常数，取值取决于传播、天线参数和阻塞引起的平均衰减，d0是天线远场的参考距离，γ是路径损耗指数。
由于在天线近场存在散射现象，模型（2.20）通常只适用于传播距离d＞d0，其中室内环境下假设d0的范围是1-10米，室外环境下假设d0的范围是10-100米。
K的值小于1，而且通常被设定为在距离d0处的自由空间路径损耗（这个设定已经被经验测试数据证实）：(2.22)或者K也可以由在d0处的测量数据决定，并且进行进一步的优化，以便模型或者经验数据之间的均方误差（MSE）能够最小化。
γ的值取决于传播环境：对于近似遵循自由空间模型或者双路径模型的传播来说，γ值相应地取为2—4。
在更复杂的环境中，γ值可以通过拟合经验测试数据的最小均方误差（MMSE，Mimimum Mean Square Error）来取得（如下面的例子所示）。
或者γ值也可以由考虑了载频和天线高度的经验模型（如Hata模型、Okumura模型等）来取得。
表格2.1概括了900MHz下不同的室内环境和室外环境下的γ值。
如果载频更高，则路径损耗指数γ也会更高。
主要指出的是，室内环境下γ的取值范围变化比较大，这是由地板、隔墙和物体引起的信号衰减导致的。
应用场景：对于一个2GHz室内系统，P r/P t的现场测试数据如表格2.2所示。
ITU-R 1238-5
ITU-R P.1238-5 建议书
5
当不存在外部路径时，在5.2 GHz 频率上的测试结果表明 ，在正常入射角下，典型的钢筋 混凝土楼板和吊顶的伪天花板一起引入的平均附加损耗为20 dB，其标准差为1.5 dB。灯具使 平均损耗增加到30 dB，其标准差为 3 dB； 楼板下的通风管道使平均损耗增加到36 dB，其标 准差为5 dB。在如射线跟踪那样的位置专用的模型中，应该使用这些值，而不用Lf。 室内阴影衰落统计呈正态分布。表4给出了标准差值（dB）。 表4 用于室内传输损耗计算的阴影衰落统计的标准差（dB）
频率 900 MHz 1.2-1.3 GHz 1.8-2 GHz 4 GHz 5.2 GHz 60 GHz
（ 1）
居民楼 – – 28 – – – –
办公室 33 32 30 28 31 22 22
商业楼 20 22 22 22 – 17 –
70 GHz（ 1）
（ 1）
60 GHz和70 GHz的数值是假设在单一房间或空间内的传输，不包括任何穿过墙传输的损耗。 距离大于100 m时，60 GHz 附近的气体吸收已很重要，它可能影响频率重复使用的距离（见 ITU-R P.676建议书）。
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ITU-R P.1238-5 建议书
其中： N： 距离功率损耗系数 f： 频率（MHZ） d： 基站和便携终端之间的距离（其中d＞1 m ） Lf： 楼层穿透损耗因子（dB）
n ： （ n≥ 1） 基站和便携终端之间的楼板数。
表2 和3给出了一些典型参数。它们是基于各种各样的测量结果得到的。在本节末尾给出 了附加的通用指导原则。 表2 用于室内传输损耗计算的功率损耗系数N
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ITU-R P.1238-5 建议书
无线传播路径损耗
给定频率的无线制式，无线传播损耗主要是随距离变化的路径损耗(Path Loss)，影响该路径损耗的三种最基本的传播机制为反射、绕射和散射，即有反射损耗Re flection Loss)、绕射损耗(Scattered Loss)、地物损耗(Clutter Loss)。
如果电磁波穿过墙体、车体、树木等等障碍物，还需考虑穿透损耗(Penetration Loss)。
如果将手机贴近的人体使用，还需考虑人体损耗(Body Loss)等等。
路径损耗的环境因子系数n 一般随传播环境不同而不同，一般密集城区取4〜5,普通城区取3〜4，郊区取2.5〜3。
在实际无线环境中，天线的高度可以影响路径损耗。
一般发射天线或接收天线的高度增加一倍，可以补偿6dB的传播损耗。
反射损耗随反射表面不同而不同，水面的反射损耗在0〜1dB，麦田的反射损耗在2〜4dB，城市、山体的反射损耗可达14dB〜20dB.绕射波在绕射点四处扩散，扩散到除障碍物以外的所有方向，不同情况损耗差别较大。
地物损耗主要由于地表散射造成，损耗大小视具体情况而定。
穿透损耗和建筑物的材质以及电磁波的入射角关系较大，一般情况下隔墙阻挡取5〜20dB，楼层阻挡每层20dB，厚玻璃6〜10dB，火车车厢的穿透损耗为15〜30dB，电梯的穿透损耗为30dB左右。
人体损耗一般取3个dB，也就是无线电波经过人体，一半的能量被人体吸收。
HUAWEI室内分布系统传播模壁■华为室内传播模型华为以ITU模型、Keencin-Motley模型为参考，结合大量的实践经验和数据总结，提出华为室内覆盖传播模型：PL(d) 20 r|:log( /) + 10 :|:n r|: log( d)- 13 dB+ !■/『)..•f:持率.单位MHz；n :室内路径损耗因子；d:移动台与天线之间的距离，单位为m ;招:慢衰落余童，取值与覆盖概率要求和室内慢衰落标准差有关；蜘=£耳:Pi，第画隔墙的穿透损耗；n,隔墙数量；。
自由空间路径损耗模型
自由空间路径损耗模型一、引言自由空间路径损耗模型是无线通信领域中常用的一种模型，用于描述无线信号在自由空间中传播过程中的信号损耗情况。
该模型基于电磁波的传播特性和自由空间中的阻抗特性，通过计算距离和频率等参数，可以估计信号在传播过程中的损耗情况。
本文将介绍自由空间路径损耗模型的原理、计算公式以及应用场景。
二、自由空间路径损耗模型的原理自由空间路径损耗模型是基于电磁波在自由空间中传播的特性来建立的。
根据电磁波传播的规律，信号在自由空间中的损耗主要取决于传播距离和频率。
在传播距离相同的情况下，频率越高，损耗越大。
这是因为高频信号的波长较短，更容易受到自由空间中的散射、反射和衰减等因素的影响。
三、自由空间路径损耗模型的计算公式自由空间路径损耗模型的计算公式如下：路径损耗(dB) = 20log10(d) + 20log10(f) - 147.55其中，路径损耗是以分贝（dB）为单位的，表示信号在传播过程中的损耗情况；d是传播距离，单位为米（m）；f是信号的频率，单位为赫兹（Hz）。
四、自由空间路径损耗模型的应用场景自由空间路径损耗模型主要应用于无线通信系统的规划和设计中。
通过该模型，可以估计信号在不同距离和频率下的损耗情况，从而确定无线设备的传输距离和功率要求。
在无线通信系统的建设过程中，合理地选择信号的频率和功率，可以有效地提高信号的覆盖范围和质量。
自由空间路径损耗模型还可以应用于无线信号强度的预测和建模。
通过测量不同距离和频率下的信号强度，可以建立信号强度的模型，为无线定位、无线室内覆盖等应用提供参考。
五、总结自由空间路径损耗模型是无线通信领域中常用的一种模型，用于描述无线信号在自由空间中传播过程中的信号损耗情况。
该模型基于电磁波的传播特性和自由空间中的阻抗特性，通过计算距离和频率等参数，可以估计信号在传播过程中的损耗情况。
自由空间路径损耗模型在无线通信系统的规划和设计中起着重要的作用，可以优化无线设备的传输距离和功率要求。
基于路径损耗模型参数实时估计的无线定位方法
第２ ３卷 第 ９期
２１ ０ ０年 ９月
传 感 技 术 学 报
Ｃ ＮＥ Ｅ Ｊ ＲＮ ＥＮ Ｏ Ｓ ＡＮＤ ＡＣ ＵＡ Ｏ ＨＩ Ｓ ＯＵ ＡＬ ＯＦ Ｓ Ｓ Ｒ Ｔ Ｔ ＲＳ
Ｖ０ ． Ｎｏ ９ １２３ ．
Ｓ ｐ ．２ ０ ｅ ｔ ０１
Ｗ ｉｅ ｅ ｓ Ｌｏ ａ ｉ ａ ｉ ｎ Ａｌ ｏ ｉ ｍ ｓ ｄ ｏ ｔ ｓ ｏ ｅ ｒ ｌ ｓ ｃ ｌ ｔｏ ｇ ｒ ｔ ｚ ｈ Ｂａ ｅ ｎ Ｐａ ｈ Ｌｏ ｓ Ｍ ｄ ｌ Ｐａ ａ ｅ ｅ ｔｍ ａ ｅ ｎ Ｒｅ １Ｔｉ ｅ ｒ ｍ ｔ ｒ Ｅｓｉ ｔ ｄ ｉ ａ ． ｍ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｏ ａｉａｉｎ ｉ ｒｌ ｓ ｅ ｏ ｅｗｏ ｋ ａ ｒ ｗｎ ｉ ｒ ａ ｉ ｇ ａｔ ｎ ｉｎ． Ａｃ ｏ ｄｎｇ ｔ ｈ ｒ ｂ ｅ ｈ ｔｉ ｓ ｒ ｃ ：Ｌ ｃ ｌｚ ｔｏ ｎ ｗｉｅｅ ｓｓ ｎｓ ｒｎ ｔ ｒ ｓ ｈ ｓ ｄ ａ ｎｃｅ ｓｎ ｔ ｔ ｅ ｏ ｃ ｒ ｉ ｏ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌｍ ｔ ａ ｔ
无线信号传播模型简介
无线信号传播模型简介概述无线电波信道要成为稳定而高速的通信系统的媒介要面临很多严峻的挑战。
它不仅容易受到噪声、干扰、阻塞（blockage）和多径的影响，而且由于用户的移动，这些信道阻碍因素随时间而随机变化。
在这里，由于路径损耗和信号阻塞，我们试图找出接收信号强度随距离而变化的规律。
路径损耗（path loss）——被定义成接收功率和发射功率之差——是发射机的辐射和信道传播效应引起的功率损耗引起的。
路径损耗模型假设在相同的发射——接收距离下，路径损耗是相同的。
信号阻塞（signal blockage）是接收机和发射机之间吸收功率的障碍物引起的。
路径损耗引起的变化只有距离改变很大（100—1000米）时才明显；而信号阻塞（signal blockage）引起的变化对距离要敏感得多，变化的尺度与障碍物体的尺寸成比例（室外环境是10-100米，室内环境要小一些）。
由于路径损耗和信号阻塞引起的变化都是在较大的距离变化下才比较明显，它们有时候被称为大尺度传播效应。
而由于大量多径信号分量相互之间的相加（constructive）干涉和相消（destructive）干涉引起的信号强度变化在很短的距离下——接近信号的波长——就很明显，因此这种改变被称为小尺度传播效应。
下图是综合了路径损耗、阻塞和多径三种效应后，接收功率和发射功率的比值随距离而变化的假设图。
在简单介绍了信号模型后，我们先从最简单的信号传播模型讲起——自由空间损耗。
两点之间既没有衰减又没有反射的信号传播遵循自由空间传播规律。
接着我们介绍射线追踪（ray tracing）传播模型。
这些模型都是用来近似模拟可以由麦克斯韦方程组严格计算的电磁波传播模型。
当信号的多径分量比较少时，这些模型的准确度很高。
射线追踪（ray tracing）传播模型受信号传播所在区域的几何形状和导电特性的影响很大。
我们还列出了一些更简化的、参数更少的、主要应用于实际网络的工程分析和无需复杂计算的网络设计的通用传播模型。
无线路径损耗之射线追踪模型
无线路径损耗之射线追踪模型1概述在一个典型的市区或室内环境中，从一个固定源发射出来的无线信号会在环境中碰到多个物体，产生发射信号的反射复制信号、衍射复制信号、散射复制信号等（如下图所示）。
这些发射信号的额外复制品——也被称为多径信号分量——与接收器接收到的LOS信号相比，可能有功率上的衰减，可能有时间的延迟，可能有相位和/或频率上的偏移。
多径信号和发射信号在接收器端叠加在一起，经常使得接收信号相对发射信号出现严重的扭曲。
在射线追踪模型中，我们假设存在有限数量的反射物，并且这些反射物的位置和导电特性已知。
前面说过，借助恰当的边界条件，我们能够通过求解麦克斯韦方程组解出多径传播的细节。
然而，计算的复杂性让这个解决方法失去实用性，无法成为一个通用模型。
而射线追踪模型用简单例子来代表电磁波的波阵面，从而对信号传播进行了简化。
这样，波阵面上的反射、折射和衍射效果就由复杂的麦克斯韦波方程简化为简单的几何方程。
当接收器离开最近的散射体的距离大大超过波长，并且所有散射体相对波长足够大、散射体相当平滑时，射线追踪模型的近似误差非常小。
将射线追踪模型和经验测试数据比较后显示，它能够在乡村区域、发射器和接收器都接近地面的城市道路，及附加适当衍射系数的室内环境准确模拟接收信号的功率。
不过，射线追踪模型不能准确捕捉除接收功率变化之外的其它传播效应，比如多径信号的时延扩展（delay spread）。
最常用的射线追踪模型包括了所有衰减多径分量、衍射多径分量和散射多径分量。
这个模型使用了发射器和接收器周围所有物体的几何特征和导电特征。
基于射线追踪的计算机程序，比如朗讯的Wireless Systems Engineering software (WiSE)、Wireless Valley的SitePlannerR和Marconi的PlanetR EV被广泛使用于室内和室外环境的系统规划。
在这些程序中，计算机图形和航空照片（室外无线信道）或者建筑结构图（室内无线信道）结合，以获得环境的三维地理图像。
信号传播损耗损耗模型
信号传播损耗损耗模型
信号传播损耗模型是一种用数学表达式表示的信号传播损耗的模型，它可以用来计算信号在传播过程中的衰减程度。
常见的信号传播损耗模型如下：
- 自由空间路径损耗模型：适用于无障碍物的开阔环境，传播损耗只考虑距离和信号频率。
- 两射频单元间的传播损耗模型：适用于距离较远且地面为开阔平整环境的场景。
该模型考虑了直射线和地面反射线给信号传播损耗带来的影响。
- Hata模型：适用于城市微波广播频段，频率范围在150MHz到1.9GHz。
此模型可根据不同的城市地形和天线高度进行调整。
- 瑞利损耗模型：适用于严重多径环境，如城市建筑物密集地区。
该模型考虑多径反射效应，其核心思想是信号传输受到大量随机反射和散射的影响，信号损耗随距离的平方成比例增加。
- Longley-Rice模型：也称不规则地形模型，适用于复杂地形环境，如山区、峡谷等。
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ITU-R P. 1791建议书*
用于评估超宽带设备影响的传播预测方法
（ITU-R 第211/3号课题）
（2007年）
范围
本建议书提供适用1-10 GHz频率范围的方法，以计算视距（LoS）和障碍路径环境下室内和室外超宽带（UWB）系统的路径损耗，并评估传统窄带接收机从UWB发射机接收功率的情况。
国际电联无线电通信全会，
考虑到
a) 超宽带（UWB）技术是一项迅速发展的无线技术；
b) 采用UWB技术的设备使用多个高速数据流，并覆盖广泛带宽；
c) 了解传播特性对于评估UWB设备的影响至关重要；
d) 人们既需要了解有关干扰评估的实验（即适用各站址）模型和意见，又需要了解进行详细传播预测所需的确定性（或针对具体站址的）模型，
注意到
a) ITU-R P. 525建议书提供有关自由空间衰减的计算方法；
b) ITU-R P. 528建议书提供VHF、UHF和SHF频段航空移动和无线电导航业务的传播曲线；
c) ITU-R P. 618建议书提供地对空链路的传播数据和预测方法；
d) ITU-R P. 452建议书阐述约0.7 GHz至30 GHz频率范围内地球表面台站之间微波干扰的评估程序；
e) ITU-R P. 1238建议书提出有关900 MHz至100 GHz频率范围的室内传播指导；
f) ITU-R P. 1411建议书提供约300 MHz至100 GHz频率范围室外短路径的传播方法；
*应提请无线电通信第1研究组注意本建议书。
g) ITU-R P.1546建议书提出有关30 MHz至3 GHz频率范围距离为1公里或1公里以上系统的传播指导；
h) ITU-R P. 530建议书提供地面视距（LoS）系统设计的传播数据和预测方法，
建议
1应采用本建议书附件1提供的信息和方法计算1 GHz至10 GHz频率范围内UWB设备的路径损耗；
2应采用本建议书附件2提供的信息评估传统窄带接收机从UWB发射机接收的功率。
附件 1
1 引言
UWB视距传输损耗对频率的依赖主要由天线特性决定。
因此，通常用于窄带信号传播建模的传统路径损耗模型对于计算UWB信号的路径损耗十分有益。
迄今为止，人们已在复杂多样的环境条件下对UWB传播进行了广泛研究和实验，从而建立了UWB的传播模型及其参数。
UWB设备既可能用于室内，也可能用于室外。
在进行传播研究时，人们需要详细了解室内站址的具体情况，包括其几何图形、材料和家具等。
对于室外传播，有关建筑物和树木的信息对传播计算至关重要。
这些因素往往造成UWB接收机能够解决的、多径效应的产生。
因此，UWB传播模型应当容纳UWB设备将运行其中的、典型环境的路径损耗和多径特性。
能够广泛代表相关环境传播特性的模型更有助于人们实现上述目标。
通常而言，这些模型不需要用户获得大量输入信息即可以进行计算工作。
本建议书确定相关的运行环境和路径损耗类别，并提供估算此类条件下UWB路径损耗的方法。
应在确定UWB链路预算工作中采用本建议书。
2 实际运行环境
本建议书仅从无线电传播的角度对环境加以分类。
本建议书确定两种不同的室内传播环境和一种室外传播环境。
人们认为，这些环境是最具代表性的环境。
表1列出了上述三种环境。
由于认识到在各类别中存在多种不同的环境，因此本建议书并非旨在对每一种可能的情况都进行建模，而是给出能够代表人们通常遇到的环境的传播模型。
表 1 实际运行环境
3 路径类别
通过分析UWB 发射机和接收机之间的可能传播情形，可以确定两种不同的路径类别：明显的视距（LoS ）传播路径和障碍（（非视距）-NLoS ）传播路径。
在室内运行环境中，由于障碍物和人为封堵，视距传播情形凤毛麟角，信号通过多路径被接收。
此外，根据接收机与发射机之间的存在障碍的程度，可以在室内传播环境中将路径细分为更多类别：软性非视距路径和硬性非视距路径。
在前一种情形下，发射机和接收机之间存在一种标准的障碍物，或至少存在一个石膏灰泥板。
在后一种情形下，接收机和发射机之间存在大量障碍物，或至少存在一面混凝土墙壁。
4
路径损耗模型和参数
可以通过通用各个站址或针对具体站址的模型估算UWB 发射机与UWB 接收机之间的路径损耗。
在室内环境中采用传输损耗模型时的假设为，发射机和接收机安装在同一建筑物内。
4.1
通用各个站址的模型
本节介绍的模型为通用各个站址的模型，这些模型几乎不需要有关路径或站址的信息。
下述距离功率损耗系数包括UWB 传输信道可能遇到的、穿透墙壁和跨越及穿透障碍物传输，以及其它损耗机制（如多径）的暗含余量。
针对具体站址的模型能够明确将由每一个障碍物造成的损耗计算在内，而非将其纳入距离模型中。
从下述模型中可以推导出UWB 信号遇到的基本传输损耗 PL(d)：
σ+⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+=X d d n d PL d PL 000log 10)()( dB
(1)
其中： PL 0(d 0)： 基准距离 d 0（通常 d 0 等于1公里）的基本传输损耗（dB ）
D ： UWB 发射机和接收机之间的间隔距离（m ）（其中d > 1 m ）
n ： 路径损耗指数
X σ： 对数正态阴影衰落，即，带有标准偏差（dB ）的零平均高斯任意变量。
可通过下式对基准距离的基本传输损耗进行近似计算：
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⋅π=3.04log 20)(21000f f d d PL dB (2)
其中f 1 (GHz) 和 f 2 (GHz) 是UWB 辐射频谱-10 dB 边缘处的频率。
在整个UWB 带宽中，基本传输损耗变化极大，系统的整体性能取决于该变化与天线特
性之间的相互作用情况。
表2列出基于多种不同测量结果的典型参数。
应将这些参数用于20米以内的传播距离。
对于距离大于20米的传播而言，有关室外环境视距和非视距的参数可能用于评估UWB 发射机和接收机之间的基本传输损耗。
同时应当指出，室内视距传播可能加重信号的多径效应，说明在具体情况下，可能适用其它路径损耗指数。
表2
计算基本传输损耗的参数
4.2 针对具体站址的模型
对路径损耗进行确定性估算可能非常有益于详细规划UWB 的相关应用。
目前已存在以统一衍射理论（UTD ）为基础的场强预测理论方式。
这些方式需要提供详细的障碍物几何图形和建筑物结构信息（室内环境情况下）才能够对场强进行计算。
在这些模型中，所收到的波形被作为信道有效射线的叠加加以建模，同时考虑发射天线、多径传播和接收天线等多种因素。
特定射线的信道冲激响应不仅考虑衰减因素，而且考虑相互作用造成的散射，以及该射线到达方向的接收天线冲激响应。
通过射线跟踪可以确定发射机和接收机之间的有效射线及其相关时延。
根据UTD 可以确定与每一条射线相关的信道转移函数。
将反射和衍射射线考虑在内，可以大大提高路径损耗预测的精确度。
附件2
为计算传统窄带接收机从UWB发射机收到的功率，我们需要考虑接收机的带宽因素。
需考虑的有效辐射功率为在接收机带宽上进行积分的UWB功率频谱密度。
在这种情况下，可以使用传统的传播模型和接收天线增益计算所收到的功率。
上述注意到a)至g)列出的ITU-R P系列建议书可在其各自的适用范围内加以应用。