第二章 信道传输模型 2011_PDF
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信息论第2章 信道模型及信道容量资料
信息论
Information Theory
王逸林
哈尔滨工程大学 2013
Tel: 82519503 E-mail: wangyilin@
第2章 信道模型及信道容量
2.1 2.2 1.3 1.4 1.5 1.6 信道的数学模型及分类 信道传输的平均互信息 平均信息量 消息序列的熵 连续信源的信息度量 信源的相关性和剩余度
明线 对称平衡电缆（市内） 固体介质电缆小同轴（长途） 有线信道 中同轴（长途） 波导 混合介质 光缆 长波 中波 1 传输媒介类型 短波 超短波 移动 空气介质 视距接力 微波 对流层 散射 电离层 卫星 光波
b1 bs 输出 [P]
输入 a1 p(b1 / a1 ) p(bs / a1 ) ar p(b1 / ar ) p(bs / ar )
单符号信道的数学模型：
{ X , p( y / x),Y }
单维离散信道的数学模型
输入输出的联合概率为：
2.1.2 离散信道的数学模型
X
X ( X 1 , X 2 ,...X N )
信道
Y
p( y / x )
Y = (Y1 , Y2 ,...YM )
涉及输入和输出两个随机过程，其之间统计依 赖关系由条件概率 p( y / x )来描述.
包含了信道噪声与干扰的影响 反映了信道的统计特性
以太？
信道的分类
工程物理背景——传输媒介类型； 数学描述方式——信号与干扰描述方式； 信道本身的参数类型——恒参与变参； 用户类型——单用户与多用户； 输入、输出随机变量的个数 ——单符号信道与多符号信道。
Information Theory
王逸林
哈尔滨工程大学 2013
Tel: 82519503 E-mail: wangyilin@
第2章 信道模型及信道容量
2.1 2.2 1.3 1.4 1.5 1.6 信道的数学模型及分类 信道传输的平均互信息 平均信息量 消息序列的熵 连续信源的信息度量 信源的相关性和剩余度
明线 对称平衡电缆（市内） 固体介质电缆小同轴（长途） 有线信道 中同轴（长途） 波导 混合介质 光缆 长波 中波 1 传输媒介类型 短波 超短波 移动 空气介质 视距接力 微波 对流层 散射 电离层 卫星 光波
b1 bs 输出 [P]
输入 a1 p(b1 / a1 ) p(bs / a1 ) ar p(b1 / ar ) p(bs / ar )
单符号信道的数学模型：
{ X , p( y / x),Y }
单维离散信道的数学模型
输入输出的联合概率为：
2.1.2 离散信道的数学模型
X
X ( X 1 , X 2 ,...X N )
信道
Y
p( y / x )
Y = (Y1 , Y2 ,...YM )
涉及输入和输出两个随机过程，其之间统计依 赖关系由条件概率 p( y / x )来描述.
包含了信道噪声与干扰的影响 反映了信道的统计特性
以太？
信道的分类
工程物理背景——传输媒介类型； 数学描述方式——信号与干扰描述方式； 信道本身的参数类型——恒参与变参； 用户类型——单用户与多用户； 输入、输出随机变量的个数 ——单符号信道与多符号信道。
第二章 无线信道模型 (二)
解：已知：T-R距离 = 5km；1 km处场强 = 10-3V/m；工作频率 f = 900MHz， λ=c/f=3x108/(900x106)=0.333m (a) 天线长度，L= λ/4=0.333/4=0.0833m=8.33cm 天线有效孔径为 Ae=G* λ 2/2π=0.016m2.
CE
其中，Rfs是固有阻抗，自由空间中为η = 377 或 120π Ώ .
2 2 Pt Gt Gr 2 E Gr E2 Pr Pd Ae Ae W 2 2 120 480 (4 ) d
CE
SHU Feng
5
自由空间接收场强
CE
SHU Feng
6
接收功率和接收电场电压的关系
SHU Feng
30
例 2.6
(b) 由于
d hr ht
场强为：
2 E0 d 0 2hr ht Er ( d ) d d 2 10 3 1 103 2 50 1.5 3 5 10 0.333(5 103 ) 113.1 10 6 V / m
Ei
Er
Hi
i r t
Hr
1, 1, 1 2, 2, 2
Et
CE
SHU Feng
14
பைடு நூலகம்axwell’s Equations….
a) Velocity of EM wave : v 1 / b) Boundary conditions Snell ' s sin( 90 i ) sin( 90 t ) v1 v2 Law
23
2.6 地面反射（双线）模型
d d ' 'd ' (ht hr )2 d 2 (ht hr )2 d 2
第二章 信道
第二章信道信号传输必须经过信道。
信道是任何一个通信系统必不可少的组成部分，信道特性将直接影响通信的质量。
研究信道和噪声的目的是为了提高传输的有效性和可靠性。
2.1 信道的定义和分类它可以分为狭义信道和广义信道。
1．狭义信道：仅只信号的传输媒质。
例如架空明线、电缆、光纤、波导、电磁波等等。
2．广义信道：除了传输媒介外，还包括有关的部件和电路，如天线与馈线、功率放大器、滤波器、混频器、调制器与解调器等等。
在模拟通信系统中，主要是研究调制和解调的基本原理，其传输信道可以用调制信道来定义。
调制信道的范围是从调制器的输出端到解调器的输入端。
在数字通信系统中，我们用编码信道来定义。
编码信道的范围是从编码器的输出端至译码器的输入端。
调制信道和编码信道的划分如图所示。
无论何种信道，传输媒质是主要的。
通信质量的好坏，主要取决于传输媒质的特性。
2.2 信道模型一、 信道模型1．调制信道模型 调制信道具有以下特性：(1) 它们具有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端。
(2) 绝大多数的信道是线性的，即满足叠加原理。
(3) 信道具有衰减(或增益)频率特性和相移(或延时)频率特性。
(4) 即使没有信号输入，在信道的输出端仍有一定的功率输出(噪声)。
因此，调制信道可以看成一个输出端叠加有噪声的时变线性网络，如图所示。
网络的输入与输出之间的关系可以表示为，式中，e i (t)是输入的已调信号，e 0(t)是信道的输出，n(t)为加性噪声(或称加性干扰)，它与e i (t)不发生依赖关系。
f [e i (t)]由网络的特性确定，它表示信号通过网络时，输出信号与输入信号之间建立的某种函数关系。
作为数学上的一种简洁，令f[e i (t)]=k(t)*e i (t)。
其中，k(t)依赖于网络特性，它对e i (t)来说是一种乘性干扰。
因此上式可以写成)()()()()]([)(t n t e t K t n t e f t e +=+=e i)(])([)(0t n t e f t e i +=讨论：（1）调制信道对信号的干扰有两种：乘性干扰k(t)和加性干扰n(t)。
无线通信信道模型简介
µF , σ F是ln(F)的均值和方差，其均值主要由
基站和移动台之间的路径损耗决定，方差通常 在4~8dB之间。
≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈
Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University
≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈ ~ ≈~ ≈ ~ ≈
Broadband Wireless Communications Laboratory, Xidian University
2
Xidian Univ.
BWC
作业
2.1.如果在我校新科技楼上架一个20m高的基站天线， 传输信号的载频为900MHz，一个移动用户在钟楼附近 行走，则基站和移动台之间的传输损耗是多少？ 2.2.在室内环境下，电波穿透三层楼的传输损耗是多少？ 2.3.角度扩展是如何定义的？相干距离为500m对应的 角度扩展是多少？ 2.4.WSSUS-HO信道的物理含义是什么？
1
Xidian Univ.
BWC
第二章预读文献
1. Overview of Spatial Channel Models for Antenna Array Communication Systems Richard B. Ertel， et al IEEE Personal Communications • February 1998 pp10-22 2.A. F. Molisch, Wideband Wireless Digital Communications, 电子工业出版社：第3章：无线移动信道 3. S. Barbarossa et al, Time-Varying Fading Channels , in Signal Processing Advances in Wireless and Mobile Communications, edited by G. B. Giannakis, et al
第2章 电波传播及信道模型汇总
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。
20160323
华南理工大学广州学院
)
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。
20160323
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9
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
20160323
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10
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
20160323
华南理工大学广州学院
12
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
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
2 第二章 无线信道——无线电波传播与预测模型
-82m, d1=5km, d2=10km, 工作频率为150MHz。试求出
电波传播损耗。
解： 先求出自由空间传播的损耗Lfs为 [Lfs ] 32.45 201 g(5 10) 201 g150 99.5dB
求第一菲涅尔区半径x1为
x1
d1d2
d1 d2
2 5103 1104 15 103
第二章 无线信道
无线电波传播与预测模型
大连交通大学 动车学院
1
• 2.1. 电磁波的传播方式 • 2.2．电磁波的传播机制 • 2.3．信道容量 • 2.4．无线信道的衰落 • 2.5. 多径信道的描述 • 2.6．电波传播损耗预测模型
大连交通大学 动车学院
2
2.1 电磁波的传播方式
用于通信的电磁波频率都比较高，这是由天线定理所 决定的。
(5)误码率(error rate)：差错发生率
(6)信噪比(SNR signal to noise ratio)：衡量信号功率相对于噪
声功率的强度，值越大说明信号越好
SNR(dB)=10lg(Ps/PN)=20lg(大V连交s通/大V学N动)车学院
17
无噪声的完美信道—奈奎斯特带宽
高斯白噪声无处不在；
解：已知载频fc=1850MHz, 所以波长
λ=c/fc=
3× 108 =0.162m 1850× 106
车速v=60mph=26.82m/s
大连交通大学 动车学院
27
(a) 汽车沿直线朝向发射机运动时，多普勒频移为正
接受频率为：
f
fc
fd
1850106
26.82 0.162
1850.00016MHz
电波传播损耗。
解： 先求出自由空间传播的损耗Lfs为 [Lfs ] 32.45 201 g(5 10) 201 g150 99.5dB
求第一菲涅尔区半径x1为
x1
d1d2
d1 d2
2 5103 1104 15 103
第二章 无线信道
无线电波传播与预测模型
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1
• 2.1. 电磁波的传播方式 • 2.2．电磁波的传播机制 • 2.3．信道容量 • 2.4．无线信道的衰落 • 2.5. 多径信道的描述 • 2.6．电波传播损耗预测模型
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2
2.1 电磁波的传播方式
用于通信的电磁波频率都比较高，这是由天线定理所 决定的。
(5)误码率(error rate)：差错发生率
(6)信噪比(SNR signal to noise ratio)：衡量信号功率相对于噪
声功率的强度，值越大说明信号越好
SNR(dB)=10lg(Ps/PN)=20lg(大V连交s通/大V学N动)车学院
17
无噪声的完美信道—奈奎斯特带宽
高斯白噪声无处不在；
解：已知载频fc=1850MHz, 所以波长
λ=c/fc=
3× 108 =0.162m 1850× 106
车速v=60mph=26.82m/s
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27
(a) 汽车沿直线朝向发射机运动时，多普勒频移为正
接受频率为：
f
fc
fd
1850106
26.82 0.162
1850.00016MHz
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。
2011 LX 移动通信_第二章_移动通信电波传播与传播预测模型 ver3.3 part1
R Re
j
sin z( , ) sin z( , )
f , , , 入射角； 介电常数； 波长
工作频率>150MHz(λ＜2m)时，θ＜1°
反射系数为-1
0 z( , ) R 1 0 z( , )
29
F1 d1d2 / d
举例：工作频率为900MHz，收发间距离 为30Km，求收发之间中点处的第1菲涅尔 区半径 d1 d2 d / 2
1 d F1 d1d2 / d F1 d / 4d 2 c / f
2
1 F1 dc / f 2 1 30e3(m) 3e8(m / s) / 900e6( Hz ) 2 1 1000 15.8(m) 2
2
传播损耗，也称为路径损耗
定义，L PT / PR
所以，L (4 d / )2 /(GT GR )
因为， c / f
2
当Gt = Gr=1时，自由空间的传播损耗为
L= (4 d / )2
所以，L (4 df / c ) (4 / c ) d f
2 2
前提： 发射功率为Pt 发射天线远离地球，或没有阻挡物 接收天线与发射天线的距离为d
Gr
d
P , Gt t
(a)
(b)
(c )
11
发射天线为各向均匀辐射时， 以发射源为中心，d为半径的 球面上单位面积的功率为：
Save PT (W / m 2 ) 4 d 2
如天线具有方向性（发射天线 增益为GT），在主波束方向通 过单位面积的功率为：
反射波场强的幅度等于入射波场强的幅 23 度，而相差为180°
j
sin z( , ) sin z( , )
f , , , 入射角； 介电常数； 波长
工作频率>150MHz(λ＜2m)时，θ＜1°
反射系数为-1
0 z( , ) R 1 0 z( , )
29
F1 d1d2 / d
举例：工作频率为900MHz，收发间距离 为30Km，求收发之间中点处的第1菲涅尔 区半径 d1 d2 d / 2
1 d F1 d1d2 / d F1 d / 4d 2 c / f
2
1 F1 dc / f 2 1 30e3(m) 3e8(m / s) / 900e6( Hz ) 2 1 1000 15.8(m) 2
2
传播损耗，也称为路径损耗
定义，L PT / PR
所以，L (4 d / )2 /(GT GR )
因为， c / f
2
当Gt = Gr=1时，自由空间的传播损耗为
L= (4 d / )2
所以，L (4 df / c ) (4 / c ) d f
2 2
前提： 发射功率为Pt 发射天线远离地球，或没有阻挡物 接收天线与发射天线的距离为d
Gr
d
P , Gt t
(a)
(b)
(c )
11
发射天线为各向均匀辐射时， 以发射源为中心，d为半径的 球面上单位面积的功率为：
Save PT (W / m 2 ) 4 d 2
如天线具有方向性（发射天线 增益为GT），在主波束方向通 过单位面积的功率为：
反射波场强的幅度等于入射波场强的幅 23 度，而相差为180°
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Distance d (km)
2011/3/22
26
地面反射(双线)模型
ELOS d1 ht Ei d11 Er=Eg θi θo hr
d
2011/3/22 27
地面反射(双线)模型
当 d ht hr
地面反射模型接受功率
ht2 hr2 Pr = Pt Gt Gr 4 d
PL(dB) = 40 log d − (10 log Gt + 10 log Gr + 20 log ht + 20 log hr )
En
无线通信原理与应用
刘 涛
E-mail: ttlyz@
2011/3/22 1
En
第二章 无线信道传输模型
2011/3/22
2
主要内容
无线电波传播介绍 大尺度衰落
• 自由空间传播、反射、绕射、散射、室内外传播模型
小尺度衰落
• 多径衰落、多普勒频移、相干带宽、瑞利和莱斯分布
2011/3/22
2011/3/22
9
无线电波传播概述
2011/3/22
10
无线电波传播概述
移动通信环境的几个效应
• 空间传播损耗---Path loss • 阴影效应：由地形结构引起，表现为慢衰落 • 多径效应：由移动体周围的局部散射体引起的多径传 播，表现为快衰落 • 多普勒效应：由于移动体的运动速度和方向引起多径 条件下多普勒频谱展宽
2011/3/22
18
自由空间电波传播
发射功率为PT，发射天 线为各向均匀辐射，则 以发射源为中心，d为半 径的球面上单位面积的 功率为：
PR d PT
PT 2 W /m PDi = 2 4πd
2011/3/22 19
自由空间电波传播
由于天线有方向性（ 设发射天线增益为GT ），故在主波束方向 通过单位面积的功率 为：
2011/3/22
6
无线电波传播概述
对无线电波传播进行研究的三种基本方法：
• 理论分析：用电磁场理论和统计理论分析电波在移动 环境中的传播特性，并用数学模型来描述无线信道 • 现场电波实测：在不同的传播环境中，做电波实测实 验，验证和校正理论分析结果 • 计算机模拟：灵活快速地模拟各种移动环境
2011/3/22 7
2011/3/22
25
自由空间电波传播
Path Loss in Free-space
130
Path Loss Lf (dB)
120 110 100 90 80 70 0 5 10 15 20 25 30
fc=150MHz fc=200MHz fc=400MHz fc=800MHz fc=1000MHz fc=1500MHz
PL(dB) = 32.4 + 20lg f ( MHz ) + 20lg d ( km)
2011/3/22 23
自由空间电波传播
Friis自由空间模型仅当发射天线远场值时适用 远场距离（Fraunhofer距离）
d f = 2D
d f >&t;> λ
2011/3/22 24
D为天线最大尺寸
自由空间电波传播
大尺度传播模型使用近地距离d0作为接受功率的参考点
以分贝表示
d0 Pr (d ) = Pr (d 0 ) d
2
d ≥ d0 ≥ d f
Pr ( d 0 ) d0 P = 10lg + 20lg d ≥ d ≥ d 0 r ( d )(dBm) f 0.001W d
2011/3/22 11
无线电波传播概述
快衰落
慢衰落
信号强度（dB）
路径损耗
距离
2011/3/22
12
En
大尺度衰落
2011/3/22
13
无线电波传播方式
反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生反射 。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。
反射 λ << D
2011/3/22 14
无线电波传播方式
φ = ν2
2
π
2011/3/22
33
绕射损耗
费涅尔区表示从发射机到接 受机次级波路径比LOS路径 长 nλ / 2 的连续区域。费 涅尔同心圆半径为
n ∆= λ ⇒ 2 nλd1d 2 rn = (d1 + d 2 )
2011/3/22 34
绕射损耗
阴影区的绕射波场强为围绕阻挡物的所有次级波 的矢量和。刃形绕射波场强Ed 为
绕射损耗
当v < -0.5时，障碍物对直射波的传播基本上没有 影响 当v = 0时，TR直射线从障碍物顶点擦过时，绕 射损耗约6dB 当v > 0时，TR直射线低于障碍物顶点，损耗急剧 增加。
2011/3/22
38
绕射损耗
超出直射路径的长度导致相移，费涅尔区表达了 相对于障碍物位置的相移。 一般来说，当阻挡体不阻挡第一费涅尔区时绕射 损耗最小，绕射的影响可以忽略不计。经验表面 ，在视距微波链路设计时，只要55％ 的第一费涅 尔区无阻挡，其它费涅尔区的情况基本不影响绕 射损耗。
散射 λ >> D
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无线电波传播方式
典型的无线信道电波传播路径
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自由空间电波传播
自由空间电波传播是指天线周围为无限大真空时的电波 传播，它是理想传播条件。 只要地面上空的大气层是各向同性的均匀介质，其相对 介电常数和相对导磁率都等于1，传播路径上没有障碍物 阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不 计，在这种情况下，电波可视作在自由空间传播。 无线电波在自由空间传播时，其单位面积中的能量会因 为扩散而减少。这种减少，称为自由空间的传播损耗
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无线电波传播概述
对移动无线电波传播的研究在某种意义上来说就是对无 线移动信道的研究 基站天线和移动终端天线之间或两付天线之间的传播路 径，称为无线移动信道 无线电波传播环境直接关系到无线通信设备要采用的无 线传输技术，关系到无线通信系统的通信能力和服务质 量
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无线电波传播概述
其中：E0 为自由空间场强，F (v) 为费涅尔积分。 对比自由空间，刃形绕射增益为：
Gd = 20 log F (ν )
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绕射损耗
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绕射损耗
上图的近似解由Lee给出：
Gd (dB) 0 v ≤ −1 −1 ≤ v ≤ 0 0 ≤ v ≤1 1 ≤ v ≤ 2.4 v > 2.4
λ PR = PT GT GR 4πd
路径损耗以分贝表示
2
2 Pt GT GR λ PL(dB) = 10 log = −10 log 2 Pr (4πd )
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自由空间电波传播 若不考虑天线增益
2 Pt λ PL(dB) = 10 log = −10 log 2 Pr (4πd ) 以 λ = c / f 代入
γ
∆ = ( p1 + p2 ) − (d1 + d 2 )
R
d1
d2
ht
hr
h 2 (d1 + d 2 ) ≈ 2d1d 2 相应的相位差：
πh 2 (d1 + d 2 ) ≈ φ= λ λd1d 2
2π∆
直接视距路径和绕射路径的相位差是阻挡物高度和位置的 函数
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绕射损耗
p1 T
PR d PT
PT GT PD = 2 4πd
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自由空间电波传播
设接收天线的有效面积为 Aeff，则接收天线所截获 的功率为：
PT
PR d
PT GT PR = Aeff 2 4πd 2 λ Aeff = GR 4π
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自由空间电波传播
代入Pr公式。得到：
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对数阴影路径损耗模型
慢衰落的特性是与环境特征密切相关的，可用电场实 测的方法找出其统计规律。 对实测数据的统计分析表明，接收信号的局部均值近 似服从对数正态分布 可用一简单的统计模型说明不可预测的“阴影”。 在对数距离路径损耗 公式中，增加一个0-均值高斯 随机变量
Fresnel认为：波在传播过程中，波阵面上的每一点都 是产生球面子波的次波源，空间其它点任意时刻的波动 是波阵面上的所有次级波源发射子波的干涉叠加，进一 步 完善了Huygens原理，称为Huygens-Fresnel原理。
绕射损耗
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绕射损耗
p1 T
β α
附加路径长度
h p2
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G = 20log(0.5 − 0.62v ) d (dB) = Gd (dB) 20log(0.5exp( −0.95v ))
2 G = − − − v (dB) 20log 0.4 0.1184 (0.38 0.1 ) d
(
)
Gd (dB)
0.225 20log v
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对数阴影路径损耗模型
慢衰落是以较大的空间尺度来度量的衰落。 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，即接收信号局部中值电平变化的 幅度取决于信号频率与障碍物状况。
无线电波传播概述
无线电波传播研究结果一般以两种方式给出
• 对移动环境中电波传播特性的某种统计描述，为研究 移动信道抗衰落技术提供了基本依据 • 建立电波传输模型，包括图表和计算公式等。应用电 波传播模型可对无线电波在传播过程中的损耗进行预 测，直接为系统工程设计服务