经验路径损耗模型
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。
路径损耗模型和参数-ITU
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 11 引言UWB视距传输损耗对频率的依赖主要由天线特性决定。
WiFi频段室内L型走廊路径损耗分析
WiFi频段室内L型走廊路径损耗分析刘杨;周杰;何明星【摘要】为了分析走廊路径损耗,提出了一种在WiFi 5 GHz频率下的室内走廊经验传播模型,采用射线跟踪算法模拟并拟合出模型.该模型可以预测L形连接的室内走廊从发射机到接收机视距(Line-of-sight,LOS)和非视距(Non-line-of-sight,NLOS)传播的路径损耗特性,传播距离为从发射机到转角再到接收机,并记录走廊的宽度.与普通NLOS传播模型的路径损耗比较,同时对比了该经验模型与一种已有经验模型的优缺点.本文采用一种设置虚拟反光镜的方法来改善NLOS传播路径损耗.结果表明,该模型更为精准,适用条件更精细,走廊宽度的影响随距离的提升而降低.【期刊名称】《黑龙江大学自然科学学报》【年(卷),期】2019(036)004【总页数】8页(P479-486)【关键词】无线通信;路径损耗模型;非视距;虚拟反光镜【作者】刘杨;周杰;何明星【作者单位】南京信息工程大学气象探测与信息处理重点实验室,南京210044;南京信息工程大学气象探测与信息处理重点实验室,南京210044;国立新泻大学工业部电气电子工学科,新泻950-2181;南京信息工程大学气象探测与信息处理重点实验室,南京210044【正文语种】中文【中图分类】TN920 引言移动通信的飞速发展使通信技术日渐趋于完善，作为通信的重要组成部分，室内无线通信的研究至关重要。
由于电磁波频率的复杂性，无线信道传输会受到各种因素的影响，这会导致接收到的信号产生变化，因此，对无线信道进行研究是必不可少的。
目前，WiFi的普及使人们的工作生活趋于便捷化，已有的WiFi包括2．4 GHz和5 GHz频段。
2．4 GHz频段由于开发使用的早，在各个领域广泛使用，经常出现网络拥堵、速度变慢、信号弱、掉线等情况。
而5 GHz频段的出现改善了这些情况，其拥有更高的带宽，支持更高的无线速率，通常在4．9～5．9 GHz 的无线频率都属于该频段。
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。
路径损耗模型
ITU-R P.1238-5建议书用于规划频率范围在900 MHz到100 GHz内的室内无线电通信系统和无线局域网的传播数据和预测方法（ITU-R第211/3号课题）（1997-1999-2001-2003-2005-2007年）范围本建议书介绍了在900 MHz 至100 GHz频率范围内的室内传播的指导原则，主要内容如下：–路径损耗模型；–时延扩展模型；–极化和天线辐射图的效应；–发射机和接收机选址的效应；–建材装修和家具的效应；–室内物体移动的效应。
考虑到a）正在开发将在室内工作的许多短距离（工作范围短于1 km）的个人通信应用；b）正如许多现有产品和热门的研究活动所表明的那样，无线局域网（RLAN）和无线专用交换机（WPBX）需求很旺盛；c）希望设立无线局域网标准，可与无线和有线通信都兼容；d）采用非常低功率的短距离系统在移动和个人环境下提供业务有许多优点；e）在建筑物内的传播特性和在同一区域内许多用户引起的干扰这两方面的知识，对系统的有效设计是非常重要的；f）用于系统初步规划和干扰估算的通用（即与位置无关）模型和用于某些细致评估的定型（或具体地点）模型都是需要的；注意到a）ITU-R P.1411建议书为频率范围在300 MHz到100 GHz的室外短距离电波传播提供了指导，并且该建议也应该作为同时存在室内和室外传播条件的那些情况下的参考文件。
建议1 对工作于900 MHz到100 GHz之间的室内无线电系统的传播特性进行评估时，采用附件1中的资料和方法。
附件 11 引言室内无线电系统的传播预测在某些方面是与室外系统有区别的。
跟室外系统中一样，根本目的是保证在所要求的区域内有效覆盖（或在点对点系统情况下保证有可靠的传播路径）和避免干扰，包括系统内的干扰以及其他系统的干扰。
然而，在室内情况下，覆盖的范围是由建筑物的几何形状明确地限定的，而且建筑物本身的各边界将对传播有影响。
除了一建筑物的同一层上的频率要重复使用外，经常还希望在同一建筑物的各层之间要频率共用。
无线信道仿真
无线信道仿真无线信道是移动通信的传输媒体，所有的信息都在这个信道中传输。
信道性能的好坏直接决定着人们通信的质量，因此要想在有限的频谱资源上尽可能地高质量、大容量传输有用的信息就要求我们必须十分清楚地了解信道的特性。
然后根据信道地特性采取一系列的抗干扰和抗衰落措施，来保证传输质量和传输容量方面的要求。
电磁波在空间传播时，信号的强度会受到各种因素的影响而产生衰减，通常用路径损耗的概念来衡量衰减的大小。
路径损耗是移动通信系统规划设计的一个重要依据，特别是对覆盖、干扰、切换等性能影响很大。
本文主要研究了宏小区室外传播模型，并对经验模型Okumura-Hata 模型、COST-231 Hata 模型以及COST231-WI 模型进行了具体地分析和说明，对其中的算法Matlab 中写出了相应的函数并作出了Matlab 仿真。
在实际仿真中经常要用到一些无线信道模型，本文主要对高斯白噪声信道、二进制信道、瑞利衰落信道以及伦琴衰落信道进行了分析和仿真，这里用到的是Matlab 中自带的Simulink 模块，进行了BPSK ，BFSK 的误比特率性能的仿真。
最后对802.16规范中建议使用的SUI 信道模型进行了仿真。
1路径损耗1．1 自由空间模型：假设无线电波是在完全无阻挡的视距内传播，没有反射、绕射和散射，这种理想的情形叫做自由空间的传播。
假设收发天线之间的距离为d ，发射频率为f ，自由空间的损耗可由以下公式计算：f d P L log 20lg 204.32++= (dB)其中，d 的单位为km ；f 的单位为MHz 。
对应于文件中的wireless_free_space_attenuation.m 文件：function y=wireless_free_space_attenuation(d,f) y=32.4+20*log(d)/log(10)+20*log(f)/log(10);当f=900MHz 时的仿真图如下：f=900;d=0.1:0.1:100;y=wireless_free_space_attenuation(d,f); plot(d,y);0102030405060708090100708090100110120130140距离(km)损耗（d B )自由空间损耗自由空间的传播是电波传播最基本也是最简单的一种理想情况。
移动通信室内路径损耗传播模型
移动通信室内路径损耗传播模型——苏华鸿—— 在室内电磁波传播受影响的因素很多，在有限的空间内环境变化大，墙、顶、地、人和室内物体等都会引起电磁的反射、折射、散射和吸收，电磁场分布十分复杂，电波传播模型相应多种多样。
本文着重介绍在测试的基础上总结出来的三种传播模型，可供移动通信室覆盖预测参考用。
一、室内小尺度路径损耗室内小尺度路径损耗是指短距离、短时间内快速衰落（衰落深度达20~40dB ），其传播模型表达式为：δX d d n d P d P L L +⋅⋅+=)log(10)()(00 (dB) （式1）式中：)(d P L 表示路径d 的总损耗值；)(0d P L 表示近地参考距离（30=d ~λ10），自由空间衰减值 n 表示环境和建筑物传播损耗指数（1.6~3.3）δX 表示标准偏差6（3~14）的正态随机变量二、室内路径损耗因子模型这一模型灵活性很强，预测路径损耗与测量值的标准偏差为4dB 衰减因子模型表达试为：)()log(10)()(00dB FAF d d n d P d P SF L L +⋅⋅+= （式2）式中：SF n 表示同层损耗因子（1.6~3.3）FAF 表示不同层路径损耗附加值（10~20dB ）三、室内自由空间路径损耗附加因子模型在室内可以认为是自由空间受限的传播路径，这一模型灵活性很强，预测路径损耗与测量值的标准偏差为4dB ，其传播模型表达式为：))log(20)()(00dB d d d P d P L L (∙++=αβ （式3）式中：β为路径损耗因子（-0.2~1.6dB/m ）最后，我们利用上述三种模型进行一下室内电波场强覆盖预测：由于式1中X 与的正态随机变量关系式没有多种，因此实际工程采用式2和式3较多，本文举出二例供工程设计参考用。
例1：假设本工程为某一宾馆的室内分布系统工程，天线输入口功率dBm Pt 5=，吸顶天线增益为dBm Gm 1.2=，同层预测距离15=d 米，0d 设定为1米。
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对于郊区： L Msub = L M − 2[lg( f c / 28 )] 2 − 5 .4 对于乡村： L M ru r = L M − 4 . 78 [lg( f c )] 2 + 18 . 33 log 10 ( f c ) − K 其中 K 的值从 35 . 94 （乡村）到 40 .94 （沙漠）
折线模型
• 适用范围：室外微小区和室内信道。
• 图中的点代表假想的测量结果，折线是对 这些测量值的近似。 • 其中N段折线模型需要(N-1)个转折点和每段 的斜率。
双斜率模型
Pt + K − 10γ 1 lg(d / d 0 )```````````````d 0 ≤ d ≤ d c Pr (d )dB = Pt + K − 10γ 1 lg(d / d 0 ) − 10γ 2 lg(d / d c )```````d > d c
• OM模型适用的范围：频率150MHZ－1500MHZ 模型适用的范围：频率 模型适用的范围 － ），基地站天线高度为 （可扩展到3000MHz），基地站天线高度为 － 可扩展到 ），基地站天线高度为30－ 200米，移动台天线高度为1－10米，传播距离为 米 移动台天线高度为 － 米 传播距离为1 －20千米的场强预测。 千米的场强预测。 千米的场强预测 • 缺点：对城区和郊区的快速变化反应较慢，和实 缺点：对城区和郊区的快速变化反应较慢， 际情况偏差约10－ 际情况偏差约 －14dB。 。
Cm对于中等城市和郊区取 对于中等城市和郊区取0db，大型城市取 对于中等城市和郊区取 ，大型城市取3db。 。 适用范围：载波在1.5GHz到2GHz 之间 适用范围：载波在 到 基站天线高度在30m到200m之间 基站天线高度在 到 之间 移动台天线高度在1m到 移动台天线高度在 到10m之间 之间 距离在1KM到20KM之间 距离在 到 之间
k：确定路径损耗因子 ： d0：参考距离 ： dc：临界距离 ： r1：参考距离和临界距离之间的路径损耗指数 ： r2：距离大于临界距离时的路径损耗指数 ：
室内衰减因子
• 将地板层损耗和隔墙损耗的经验数据加到路径 损耗的经验模型中得到衰减因子模型：
pr = pt − pL (d ) − ∑i =1 FAFi − ∑i =1 PAFi
Nf Np
其中FAFi、PAFi分别代表信号所 穿过的第i个地板或隔墙的衰减因子， N f 、N p分别是地板层数和隔墙数
• 当发射机在建筑物外时，还有一个重要参 当发射机在建筑物外时， 数是建筑物穿透损耗。它与频率、 数是建筑物穿透损耗。它与频率、高度和 建筑材料相关。 建筑材料相关
哈塔模型的COST231扩展
• 欧洲科技合作组织将哈塔模型扩展到 欧洲科技合作组织将哈塔模型扩展到2GHZ，公式 ， 成为了： 成为了：
LM = 46.3 + 33.9 + lg( f ) − 13.82 lg(hb ) − a (hm ) + 44.9 − 6.55 lg(hb ) lg d + CM
经验路径损耗模型
• 经验路径损耗模型：对多个特性类似的环境进行测 经验路径损耗模型： 量，再将特定环境下给定距离 d处的测量结果结果 处的测量结果结果 进行平均， 进行平均，根据结果构建了经验路径损耗模型
奥村模型
• 奥村模型是由奥村等人，在日本东京，使用不同的频率， 奥村模型是由奥村等人，在日本东京，使用不同的频率， 不同的天线高度，选择不同的距离进行一系列测试， 不同的天线高度，选择不同的距离进行一系列测试，最后 绘成经验曲线构成的模型。 绘成经验曲线构成的模型。 • 思路：将城市视为“准平滑地形”，给出城市场强中值。 思路：将城市视为“准平滑地形” 给出城市场强中值。 对于郊区，开阔区的场强中值， 对于郊区，开阔区的场强中值，则以城市场强中值为基础 进行修正。对于“不规划地形”也给出了相应的修正因子。 进行修正。对于“不规划地形”也给出了相应的修正因子。 由于这种模型给出的修正因子较多，可以在掌握详细地形， 由于这种模型给出的修正因子较多，可以在掌握详细地形， 地物的情况下，得到更加准确的预测结果。 地物的情况下，得到更加准确的预测结果。
Hata模型
•适用频率范围 适用频率范围150MHz-1.5GHz 适用频率范围 •根据 根据Okumura曲线图所作的经验公式，以市 曲线图所作的经验公式， 根据 曲线图所作的经验公式 区传播损耗为标准，并对其它地区进行修正。 区传播损耗为标准，并对其它地区进行修正。 •市区路径损耗的标准公式。在1km以上的情 市区路径损耗的标准公式。 市区路径损耗的标准公式 以上的情 况下，预测结果和Okumura模型非常接近。 模型非常接近。 况下，预测结果和 模型非常接近 •缺点：适用于大区制移动系统，不适用于小 缺点： 缺点 适用于大区制移动系统， 区半径为1km的个人通信系统。 的个人通信系统。 区半径为 的个人通信系统
• 数学公式: PL (d )dB = L( f c , d ) + Aµ ( f c , d ) − G (ht ) − G (hr ) − G AREA
式中，L( f c , d ) = 32.45 + 20lgd + 20lgf c 是传播距离为d , 载频为f c时的自由空间路径损耗 d, Aµ ( f c , d )：针对所有环境中所附 加的衰减中值 G ( ht )：基站天线高度增益因 子
G (hr )：移动天线高度增益因子
G AREA : 体现传播环境的增益因 子
G (ht )和G (hr )的经验公式： G (ht ) = 20 log10 (ht 200 ) 30m < ht < 1000m 10 log10 (hr 3) G (hr ) = 20 log10 (hr 3) hr ≤ 3m 3m < hr < 10m