第2章 电波传播及信道模型汇总
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现代无线通信原理：第二章无线电波传播原理1(2018)
传播损耗与接收功率关系
◼ 在无线通信系统中，接收电平的动态范围很大，常 用dBW或dBm为单位表示接收电平。
➢Pr(dBm)=10lgPr(mW); Pr(dBW)=10lgPr(W)
➢0 dBW=30 dBm
dB表示了了諔 关系
例：2W 换算dBW、dBm为多少？
10lg2W=3dBW=33dBm
◼ 不同路由的中继段，当地面的地形不同时，对电波传 播的影响也不同。主要影响有反射、绕射和地面散射。 f 反射：主要考虑地面反射 f 地面散射：表现为乱反射，对主波束的影响小，不 需考虑。 f 绕射：在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过 障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射，将在 下节讨论。
地面反射对电波传播的影响
◼ 无线信道模型形式 f物理模型 考虑到传播环境的严格物理特性。应用电磁传播理论 分析电波传播特性来建立预测模型。物理模型可提供 传播特性的最可靠估计，但必须仔细计算。 f统计模型 采用实验的方法，测量各种无线环境下的传播特性， 然后基于各类环境测得的统计量应用电磁传播理论分 析电波在移动环境中的传播特性来建立预测模型。易 于描述和使用，但不提供相同的精度。
f 自由空间的电波传播 f 地面反射对电波的影响 f对流层对电波的影响
◼ 3 移动通信系统中的电波传播
自由空间的电波传播
◼ 电波与自由空间的概念
f微波是一种电磁波，微波射频为300MHz～300GHz ， 是全部电磁波频谱的一个有限频段。
f根据微波传播的特点，可视其为平面波。平面波 沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，故称
d12
+
F2 1
+
d
2 2
+
F2 1
2
第2章 移动通信信道的电波传播 2.1 VHF、UHF频段的电波传播特性2.2 阴 影 效 应2.3 移动信道的多径传播
第2章 移动通信信道的电波传播
• 2.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 • 2.2 阴 影 效 应 • 2.3 移动信道的多径传播特性 • 2.4 多径衰落的时域特征和频域特征 • 2.5 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗
预测
2.1 VHF、UHF频段 的电波传播特性
2.1.1 自由空间电波传播方式 2.1.2 视距传播的极限距离 2.1.3 绕射损耗 2.1.4 反射波
d0 3.57( hR (m) hT (m)) (km)
即视距取决于收、发天线的高度。天线架设越高，
视线距离越远。考虑空气不均匀性对电波传播轨迹的
影响，在标准大气折射情况下，等效地球半径
R=8500 km，可得修正后的视距传播的实际极限距
离 重点2
d0 4.12( hR (m) hT (m)) (km)
通过电场实测可以得到慢衰落的统计规 律。统计分析表明，接收信号的局部均值rlm 近似服从对数正态分布，其概率密度函数为
P(rlm )
1
e
rlm rlm
2 2
2π
式中， rlm 为整个测试区的平均值，即
rlm的期望值，取决于发射机功率、发射和接
收天线高度以及移动台与基站的距离。σ为标
准偏差，取决于测试区的地形地物、工作频率
慢衰落速率主要决定于传播环境，即移 动台周围地形，包括山丘起伏，建筑物的分 布与高度，街道走向，基站天线的位置与高 度，移动台行进速度等，而与频率无关。
慢衰落的深度，即接收信号电平变化的 幅度取决于信号频率与障碍物状况。频率较 高的信号比频率较低的信号容易穿透建筑物， 而频率较低的信号比频率较高的信号更具有 较强的绕射能力。
作业
W2-1，简述移动通信中电波传播的方式
• 2.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 • 2.2 阴 影 效 应 • 2.3 移动信道的多径传播特性 • 2.4 多径衰落的时域特征和频域特征 • 2.5 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗
预测
2.1 VHF、UHF频段 的电波传播特性
2.1.1 自由空间电波传播方式 2.1.2 视距传播的极限距离 2.1.3 绕射损耗 2.1.4 反射波
d0 3.57( hR (m) hT (m)) (km)
即视距取决于收、发天线的高度。天线架设越高，
视线距离越远。考虑空气不均匀性对电波传播轨迹的
影响，在标准大气折射情况下，等效地球半径
R=8500 km，可得修正后的视距传播的实际极限距
离 重点2
d0 4.12( hR (m) hT (m)) (km)
通过电场实测可以得到慢衰落的统计规 律。统计分析表明，接收信号的局部均值rlm 近似服从对数正态分布，其概率密度函数为
P(rlm )
1
e
rlm rlm
2 2
2π
式中， rlm 为整个测试区的平均值，即
rlm的期望值，取决于发射机功率、发射和接
收天线高度以及移动台与基站的距离。σ为标
准偏差，取决于测试区的地形地物、工作频率
慢衰落速率主要决定于传播环境，即移 动台周围地形，包括山丘起伏，建筑物的分 布与高度，街道走向，基站天线的位置与高 度，移动台行进速度等，而与频率无关。
慢衰落的深度，即接收信号电平变化的 幅度取决于信号频率与障碍物状况。频率较 高的信号比频率较低的信号容易穿透建筑物， 而频率较低的信号比频率较高的信号更具有 较强的绕射能力。
作业
W2-1，简述移动通信中电波传播的方式
电波传播中的信道特性与建模
电波传播中的信道特性与建模在我们的日常生活中，电波无处不在。
从手机通信到广播电视，从卫星导航到无线网络，电波的传播是实现这些技术的关键。
而要理解电波如何有效地传播以及如何优化通信系统的性能，就必须深入研究电波传播中的信道特性和建模。
电波传播的信道，简单来说，就是电波从发射端到接收端所经过的路径和环境。
这个路径和环境可不是简单的直线，而是充满了各种复杂的因素。
比如，地形地貌、建筑物、植被、大气条件等等，都会对电波的传播产生影响。
首先，地形地貌是一个重要的因素。
山地、丘陵、平原、水域等不同的地形，对电波的反射、折射和散射都有着不同的作用。
在山区，电波可能会被山峰阻挡，导致信号衰减甚至中断。
而在平原地区，电波传播相对较为顺畅，但也可能会受到地面反射的影响，产生多径效应。
建筑物也是影响电波传播的重要因素。
城市中的高楼大厦会对电波造成遮挡和反射，形成阴影区域和多径传播。
在室内环境中，墙壁、家具等物体也会对电波产生衰减和散射，使得信号强度减弱，并且可能导致信号的延迟和失真。
植被同样不可忽视。
树木、草丛等植被会吸收和散射电波，特别是在森林地区，电波的传播会受到较大的影响。
而且，随着季节的变化，植被的密度和含水量也会发生改变，从而进一步影响电波传播的特性。
大气条件对电波传播也有着重要的影响。
比如，大气中的水汽、云层、温度和压力的变化，都会导致电波的折射和散射，从而影响信号的传播路径和强度。
了解了这些信道特性，接下来就要进行建模。
电波传播的建模，就是通过数学方法和物理模型来描述电波在信道中的传播行为。
建模的目的是为了能够预测电波传播的效果，从而为通信系统的设计和优化提供依据。
一种常见的建模方法是基于经验的模型。
这些模型是通过大量的实地测量和数据分析得到的。
比如，OkumuraHata 模型就是一种广泛应用于城市环境中电波传播预测的经验模型。
它根据地形、频率、发射功率等因素，给出了信号强度的估算公式。
另一种建模方法是基于物理的模型。
第二章移动通信电波传播及传播预测模型第一讲
2.两径传播模型
在接收天线B处的接收信号功率为
Pr
Pt
4d
2
GrGt
1
Re
j
(1
R) Ae j
2
(2.7)
第二章 移动通信电波传播及传播预测模型
第一讲 电波传播的基本特性与移动信道的电波传播
在大多数场合下，地面波的影响可以忽略，则有
Pr
Pt
4d
2
Gr
Gt
1 Re j
2
(2.8)
式中，Pr和Pt分别为接收和发射功率，GrGt分别为接收和发射天线增益， R为地面反射系数，为两径信号的相位差。
第二章 移动通信电波传播及传播预测模型
第一讲 电波传播的基本特性与移动信道的电波传播
关于信道的描述
信道的定义：信号的传输媒质。 有线信道和无线信道，广义信道和狭义信道。 离散信道和连续信道，恒参信道和随（变）参信道。
➢ 广义信道：包括传输媒质外的有关的变换装置（如：发送设备， 接收设备，馈线与天线，调整器，解调器等），平常所说的“调 制信道”和“编码信道”就属于这一类。
1.信道-----电波传播的路径。即电波从发射天线到接收天线之间的路径。 2.信道环境-----地形、地物、气候、电磁干扰、移动传播与频率的关系。 3.传播方式-----直射、反射、绕射、散射、折射。 4.衰落现象-----传播环境随时间、地点的变化而变化，移动信道的参数随 时间而变化，属于时变参量系统。接收信号的幅度和相位是随机变化的， 称为电波的衰落现象。多径传播引起多径衰落。 5.多普勒效应-----移动通信产生多普勒效应，同样会产生衰落现象。 6.大尺度衰落-----收发之间的长距离的信号强度的慢速变化。 7.小尺度衰落-----短距离或短时间的信号强度的快速变化。
移动通信电波传播理论与模型
Pr
Gt Gr 1
L
4 d
2
L dB
10 lg
4 d
2
(dB)
20 lg
4 d
(dB)
[L]dB 32.44 20 lg f0 20 lg d
f0 为工作频率，单位为MHz；
d 为收发天线之间的距离，单位为km。
18
2.3 基本电波传播机制
3
发射机天线发出的无线电波， 可依不同的 路径到达接收机，当频率f＞30 MHz时，典 型的传播通路如图所示。 沿路径①从发射 天线直接到达接收天线的电波称为直射波， 它是VHF和UHF频段的主要传播方式；沿 路径②的电波经过地面反射到达接收机， 称为地面反射波； 路径③的电波沿地球表 面传播， 称为地表面波。
28
绕射发生在当接收机和发射机之间的无线路径被 尖利边缘阻挡时，由阻挡表面产生的二次波散布于空 间，即波在传播的过程中，行进中的波前上的每一个 点，都可作为产生次级波的点源，这些次级波组合起 来形成传播方向上新的波前。另外，当发射机和接收 机之间不存在视距路径时（LOS，line of sight，指移 动台可以看见基站天线；NLOS，非视距是指移动台 看不见基站天线），围绕阻挡体也会产生波的弯曲。
34
图3 – 4 绕射损耗与余隙关系
35
散射发生在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。散射波产生于粗糙表面、小物体或 其他不规则物体，反射能量由于散射而 散布于所有方向。
36
i
当入射角为 i 时，则表面平整度的参数高度为：
hm 8sini
如果表面上最大的突起高度小于 hm，认为该表面
第2章移动信道电波传播理论详解
d的单位是Km，频率f 的单位是MHz
自由空间路径损耗或自由空间基本传输损 耗可以表示为 （2.4） · Lbs单位：dB(分贝)。表示自由空间中两个 理想点源天线（增益系数G=1的天线）之间 的传输损耗。 · 自由空间是不吸收电磁能量的理想介质。
2.1.4 反射波传播
当电波在传播中遇到两种不同介质的光滑面 时，如果界面尺寸比电波波长大得多时会产生 镜面反射，由于大地和大气是不同的介质，所 以入射波会在界面上产生反射，如图2.3所示。
在工程上，大气折射对电波传播的影响通
常用地球等效半径来表征，即认为电波依然
按直线方向行进，只是地球的实际半径
R0(6.37×106 m)变成了等效半径Re。
等效地球半径示意图
等效地球半径：电波在以等效地球半径Re为半径的球面 上空沿直线传播与电波在实际地球上空沿曲线传播等效。
· 定义K为等效地球半径系数，即
· 移动环境中电波传播特性研究的结果 往往用两种方式给出。 方式一：对移动环境中电波传播特性 给出某种统计描述。
方式二：建立电波传播模型：如图表、 近似计算公式或计算机仿真模型等。
2.1.2 无线电波的传播方式
无线电波传播特性
波 长波 段 波 长 频 率 主 要 用 途 — 调幅无线电广播 10km～1km 30kHz～300kHz
中波 短波
米波（VHF）
1km～100m 100m～10m
10m～1m
300kHz～3MHz 3MHz～30MHz
30MHz～300MHz 调频无线电广播
微波
分米波（UHF）
厘米波 毫米波
1m～0.1m
10cm～1cm 10mm～1mm
300MHz～3GHz
3GHz～30GHz 30GHz～300GHz
自由空间路径损耗或自由空间基本传输损 耗可以表示为 （2.4） · Lbs单位：dB(分贝)。表示自由空间中两个 理想点源天线（增益系数G=1的天线）之间 的传输损耗。 · 自由空间是不吸收电磁能量的理想介质。
2.1.4 反射波传播
当电波在传播中遇到两种不同介质的光滑面 时，如果界面尺寸比电波波长大得多时会产生 镜面反射，由于大地和大气是不同的介质，所 以入射波会在界面上产生反射，如图2.3所示。
在工程上，大气折射对电波传播的影响通
常用地球等效半径来表征，即认为电波依然
按直线方向行进，只是地球的实际半径
R0(6.37×106 m)变成了等效半径Re。
等效地球半径示意图
等效地球半径：电波在以等效地球半径Re为半径的球面 上空沿直线传播与电波在实际地球上空沿曲线传播等效。
· 定义K为等效地球半径系数，即
· 移动环境中电波传播特性研究的结果 往往用两种方式给出。 方式一：对移动环境中电波传播特性 给出某种统计描述。
方式二：建立电波传播模型：如图表、 近似计算公式或计算机仿真模型等。
2.1.2 无线电波的传播方式
无线电波传播特性
波 长波 段 波 长 频 率 主 要 用 途 — 调幅无线电广播 10km～1km 30kHz～300kHz
中波 短波
米波（VHF）
1km～100m 100m～10m
10m～1m
300kHz～3MHz 3MHz～30MHz
30MHz～300MHz 调频无线电广播
微波
分米波（UHF）
厘米波 毫米波
1m～0.1m
10cm～1cm 10mm～1mm
300MHz～3GHz
3GHz～30GHz 30GHz～300GHz
第2章 电波传播模型
d (A) 20
d＜60 km
200 300
500
h /m
第2章 移动通信的电波传播
2. 孤立山岳
第2章 移动通信的电波传播 孤立山岳的损耗中值:L 山 岳 =L 市 -Kjs,修正参数见下图(当 H≠200m时K’js=Kjs*α(
T(基地站)
0.07 H)。 '孤立山岳典型地形H＝200 mT(基地站)
H
R(移动台) 3 d1 A曲线 : d1≥60 km B曲线 : d1＝30 km C曲线 : d1≤15 km d2
互叠加或彼此分离),于是信号在接收端表现为时间上的扩散 (脉冲的数目和幅度是随机变化的)。
第2章 移动通信的电波传播 频率选择性衰落是和时延扩散紧密相关的，它会影响通 信质量，这里要涉及到的一个关键的概念：相关带宽。
相关带宽是频率选择性衰落的关键参数,此衰落会引起信
号的单个矩形脉冲波形发生畸变。
第2章 移动通信的电波传播 通常可以使用时延扩展来区分窄/宽带信道:时延扩散小于 信号周期的定义为窄带信道(传输损耗和衰落是引起信号质量
中等起伏地上的市区损耗中值
LT Lbs Am ( f , d ) 111 .5 30 141 .5dB
第2章 移动通信的电波传播 当天线为非标准值时依据下图加以修正(增益因子为正时 会减小损耗中值即有利于电波传播)。
30 市区 hb ＝ 200 m 20 70～ 100 60 40 20 1～10 d / km 0 d / km 虚 实 线 线
L市=L0+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f) 在标准情况(hb=200m、hm=3m)下,基本损耗中值Am(f,d)是f 和d的函数,具体数据见下图
精选第二章移动通信电波传播及传播预测模型第一讲资料
2
GrGt
1
Re
j
2
(2.8)
式中，Pr和Pt分别为接收和发射功率，GrGt分别为接收和发射天线增益， R为地面反射系数，为两径信号的相位差。
且有 2l /
Байду номын сангаас
(2.9)
l ( AC CB) AB (2.10)
( t 2 f t 2 c t 2 l )
2.两径传播模型
在接收天线B处的接收信号功率为
Pr
Pt
4d
2
GrGt
1
Re
j
(1
R)
Ae
j
2
(2.7)
第二章 移动通信电波传播及传播预测模型
第一讲 电波传播的基本特性与移动信道的电波传播
在大多数场合下，地面波的影响可以忽略，则有
Pr
Pt
4d
菲涅尔区的半径表示为
rn
nd1d2 ,
d1 d2
n 1时，得到第一菲涅尔半径。
通常认为，在接收点处第一菲涅尔区产生的场强是全部菲涅尔区场强的一半。 若收发距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以到达接收机。（接收点场强 是个菲涅尔区产生场强的矢量和，以奇数区参考，若奇数区为增强，则偶数区就 减弱，因相位差180度，互为倒相。）
2.3.1 反射与多经信号
1.反射
R R e j sin z sin z
式中 z 0 cos2 / 0 (垂直极化)
z 0 cos2 (水平极化) 0 j60 (为介电常数，为电导率，为波长) R 为反射点反射波场强与入射波场强的比值，为反射波相对于入射波的相移
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接收环境的复杂性。接收点地理环境的复杂多样，
一般可将接收点地理环境分为高楼林立的城市繁华区、 以一般性建筑为主的近郊区、以山区和湖泊等为主的农 村及远郊区。
通信用户的随机移动性。用户通信一般有3种状态：
准静态的室内用户通信、慢速步行用户通信、高速车载 用户通信。
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)
表示阴影衰落的影响，服从正态分布。
g 2(t) 表示小尺度衰落的影响，包括多径等。
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2.2 自由空间的电波传播
2.2.1 自由空间传输损耗 2.2.2 视距传播
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2.2.1 自由空间传输损耗
所谓自由空间，严格来说应指真空。通常把均匀无 损耗的无限大空间视为自由空间。该空间具有各向 同性、电导率为零、相对介电系数和相对磁导率均 恒为1的特点，这是一种理想情况。
7
2.1 电波传播的特点
➢ 当移动台在极小范围内移动时，可能引起瞬时接 收场强的快速波动，即小尺度衰落，其原因是接 收信号由不同方向信号合成。
➢ 小尺度衰落也称为快衰落。由于小尺度衰落变化 速度较快，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽 略不计。这种衰落是由于同一传播信号沿两个或 多个路径传播，以微小的时间差到达接收机的信 号相互干扰所引起的。
依不同的路径到达接收机，典型的传播通路如图。 ➢ 直射波：沿路径d从发射天线直接到达接收天线 ➢ 反射波：沿路径d1经过地面反射到达接收机天线 ➢ 散射波：沿路径d2经建筑物散射到达接收机天线
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2.2.1 自由空间传输损耗
虽然电波在自由空间里传播不受阻挡， 不产生反射、 折射、绕射、散射和吸收， 但是，当电波经过一段 路径传播之后， 能量仍会受到衰减，这是由辐射能 量的扩散而引起的。 由电磁场理论可知，若各向同 性天线(亦称全向天线或无方向性天线)的辐射功率 为PT瓦，则距辐射源dm处的电场强度有效值E0为
约1 m
Path loss 路径传输损耗
基站 Base station
约100 m
距离 Distance
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2.1 电波传播的特点
传播特征
传播的开放性。无线信道都是基于电磁波在空间的
传播来实现开放式信息传输的。它不同于固定的有线通 信，是基于全封闭式的传输线来实现信息传输的。
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2.1 电波传播的特点
无线信道的衰落特性可以用下式描述
h(t)
(const
d
α
δ(t)
10 10
)
g
2(t)
(2 - 1)
h(t)表示信道的衰落因子，指接收功率与发射 功率之比。
d-α表示路径传输损耗的影响，同传输距离成
反比，一般取2~5之间。
(t
10 10
2.1 电波传播的特点
三种损耗
➢ 路径损耗：即电波在空间中传播产生的损耗。它反映
出电波在宏观范围内的空间距离上接收信号电平平均值 的变化趋势。
➢ 慢衰落损耗：主要是指电波在传播路径上受到建筑物
等阻挡所产生阴影效应时的损耗。它反映出电波在中等 范围内的接收信号点评平均值起伏变化趋势。
➢ 快衰落损耗：它是反映微观小范围接收电平平均值的
起伏变化趋势。其电平幅度分布一般遵从瑞利分布、莱 斯分布和纳卡伽米分布，变化速度比慢衰落快，因此称 为快衰落。快衰落还可分为：空间选择性衰落、频率选 择性衰落和时间选择性衰落。
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2.1 电波传播的特点
四种效应
➢ 阴影效应：由于大型建筑物和其他物体遮挡， 在电波传播的接收区域产生传播半盲区。
➢ 远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动 用户与基站之间的距离也在随机的变化，若各 种移动用户发射信号的功率一样，那么到达基 站时信号的强弱将不同，离基站近的信号强， 反之则弱。
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2.1 电波传播的特点
➢ 多径效应：由于接收者所处地理环境复杂性， 使得接收到的信号不仅有直射波的主径信号， 还有从不同建筑物反射及绕射过来的多条不同 路径信号，而且它们到达时的信号强度、到达 时间及到达时的载波相位都不一样。所接收到 的信号实际上是各路径信号的矢量和。多径效 应是移动信道中较主要干扰。
E0
30 PT d
(V / m)
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2.2.1 自由空间传输损耗
磁场强度有效值H0为
H0
30 PT
120d
(A/ m)
单位面积上的电波功率密度S为
➢ 多普勒效应：它是由于接收用户处于高速移动 中，比如车载通信时传播频率的扩散而引起的， 其扩散程度与用户运动速度成正比。这一现象 只在高速车载通信时出现。
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2.1 电波传播的特点
大尺度衰落与小尺度衰落
➢ 对无线电波传播模型的研究，传统上集中于距发 射机一定距离处平均接收信号场强的预测，以及 特定位置附近信号场强的变化。
现实的电波传播媒质是有损耗的且是不均匀的，因 而电波传播的过程中除有衰减外，还会出现折射、 反射、散射和绕射现象。为了能提供一个比较各种 传播情况的标准，并简化场强和传输损耗的计算方 法，才引入了自由空间电波传播这一概念。
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2.2.1 自由空间传输损耗
电波传播方式：发射机天线发出的无线电波，可
第2章 电波传播及信道模型
2.1 电波传播的特点 2.2 自由空间的电波传播 2.3 地面电磁波传输机制 2.4 地面电磁波的射线跟踪建模 2.5 路径传输损耗 2.6 阴影衰落 2.7 多径衰落 2.8 移动信道统计模型
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2.1 电波传播的特点
Multipath fading 多径衰落 Shadowing 阴影衰落
➢ 对于预测平均信号场强并用于估计无线覆盖范围 的传播模型，由于它们描述的是发射机与接收机 之间长距离（T-R）长距离（几百米或是几千米） 上的信号场强变化，所以称为大尺度传播模型；
➢ 描述无线电信号在短距离或短时间传播后其幅度、 相位或多径时延快速变化的称为小尺度衰落传播 模型。
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一般可将接收点地理环境分为高楼林立的城市繁华区、 以一般性建筑为主的近郊区、以山区和湖泊等为主的农 村及远郊区。
通信用户的随机移动性。用户通信一般有3种状态：
准静态的室内用户通信、慢速步行用户通信、高速车载 用户通信。
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表示阴影衰落的影响，服从正态分布。
g 2(t) 表示小尺度衰落的影响，包括多径等。
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2.2 自由空间的电波传播
2.2.1 自由空间传输损耗 2.2.2 视距传播
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2.2.1 自由空间传输损耗
所谓自由空间，严格来说应指真空。通常把均匀无 损耗的无限大空间视为自由空间。该空间具有各向 同性、电导率为零、相对介电系数和相对磁导率均 恒为1的特点，这是一种理想情况。
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2.1 电波传播的特点
➢ 当移动台在极小范围内移动时，可能引起瞬时接 收场强的快速波动，即小尺度衰落，其原因是接 收信号由不同方向信号合成。
➢ 小尺度衰落也称为快衰落。由于小尺度衰落变化 速度较快，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽 略不计。这种衰落是由于同一传播信号沿两个或 多个路径传播，以微小的时间差到达接收机的信 号相互干扰所引起的。
依不同的路径到达接收机，典型的传播通路如图。 ➢ 直射波：沿路径d从发射天线直接到达接收天线 ➢ 反射波：沿路径d1经过地面反射到达接收机天线 ➢ 散射波：沿路径d2经建筑物散射到达接收机天线
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2.2.1 自由空间传输损耗
虽然电波在自由空间里传播不受阻挡， 不产生反射、 折射、绕射、散射和吸收， 但是，当电波经过一段 路径传播之后， 能量仍会受到衰减，这是由辐射能 量的扩散而引起的。 由电磁场理论可知，若各向同 性天线(亦称全向天线或无方向性天线)的辐射功率 为PT瓦，则距辐射源dm处的电场强度有效值E0为
约1 m
Path loss 路径传输损耗
基站 Base station
约100 m
距离 Distance
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2.1 电波传播的特点
传播特征
传播的开放性。无线信道都是基于电磁波在空间的
传播来实现开放式信息传输的。它不同于固定的有线通 信，是基于全封闭式的传输线来实现信息传输的。
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2.1 电波传播的特点
无线信道的衰落特性可以用下式描述
h(t)
(const
d
α
δ(t)
10 10
)
g
2(t)
(2 - 1)
h(t)表示信道的衰落因子，指接收功率与发射 功率之比。
d-α表示路径传输损耗的影响，同传输距离成
反比，一般取2~5之间。
(t
10 10
2.1 电波传播的特点
三种损耗
➢ 路径损耗：即电波在空间中传播产生的损耗。它反映
出电波在宏观范围内的空间距离上接收信号电平平均值 的变化趋势。
➢ 慢衰落损耗：主要是指电波在传播路径上受到建筑物
等阻挡所产生阴影效应时的损耗。它反映出电波在中等 范围内的接收信号点评平均值起伏变化趋势。
➢ 快衰落损耗：它是反映微观小范围接收电平平均值的
起伏变化趋势。其电平幅度分布一般遵从瑞利分布、莱 斯分布和纳卡伽米分布，变化速度比慢衰落快，因此称 为快衰落。快衰落还可分为：空间选择性衰落、频率选 择性衰落和时间选择性衰落。
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2.1 电波传播的特点
四种效应
➢ 阴影效应：由于大型建筑物和其他物体遮挡， 在电波传播的接收区域产生传播半盲区。
➢ 远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动 用户与基站之间的距离也在随机的变化，若各 种移动用户发射信号的功率一样，那么到达基 站时信号的强弱将不同，离基站近的信号强， 反之则弱。
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2.1 电波传播的特点
➢ 多径效应：由于接收者所处地理环境复杂性， 使得接收到的信号不仅有直射波的主径信号， 还有从不同建筑物反射及绕射过来的多条不同 路径信号，而且它们到达时的信号强度、到达 时间及到达时的载波相位都不一样。所接收到 的信号实际上是各路径信号的矢量和。多径效 应是移动信道中较主要干扰。
E0
30 PT d
(V / m)
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2.2.1 自由空间传输损耗
磁场强度有效值H0为
H0
30 PT
120d
(A/ m)
单位面积上的电波功率密度S为
➢ 多普勒效应：它是由于接收用户处于高速移动 中，比如车载通信时传播频率的扩散而引起的， 其扩散程度与用户运动速度成正比。这一现象 只在高速车载通信时出现。
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2.1 电波传播的特点
大尺度衰落与小尺度衰落
➢ 对无线电波传播模型的研究，传统上集中于距发 射机一定距离处平均接收信号场强的预测，以及 特定位置附近信号场强的变化。
现实的电波传播媒质是有损耗的且是不均匀的，因 而电波传播的过程中除有衰减外，还会出现折射、 反射、散射和绕射现象。为了能提供一个比较各种 传播情况的标准，并简化场强和传输损耗的计算方 法，才引入了自由空间电波传播这一概念。
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2.2.1 自由空间传输损耗
电波传播方式：发射机天线发出的无线电波，可
第2章 电波传播及信道模型
2.1 电波传播的特点 2.2 自由空间的电波传播 2.3 地面电磁波传输机制 2.4 地面电磁波的射线跟踪建模 2.5 路径传输损耗 2.6 阴影衰落 2.7 多径衰落 2.8 移动信道统计模型
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2.1 电波传播的特点
Multipath fading 多径衰落 Shadowing 阴影衰落
➢ 对于预测平均信号场强并用于估计无线覆盖范围 的传播模型，由于它们描述的是发射机与接收机 之间长距离（T-R）长距离（几百米或是几千米） 上的信号场强变化，所以称为大尺度传播模型；
➢ 描述无线电信号在短距离或短时间传播后其幅度、 相位或多径时延快速变化的称为小尺度衰落传播 模型。
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