無(wú)線信道模型(共24頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 無(wú)線信道模型摘要：本文分析了無(wú)線信道模型。針對(duì)的是對(duì)無(wú)線信道的各種效應(yīng)感興趣的讀者。眾所周知，正是這些復(fù)雜的效應(yīng)使得無(wú)線信道產(chǎn)生了不確定性，也就是通常所說的統(tǒng)計(jì)特性。由于這方面很少有比較全面，容易理解的資料，所以本文的內(nèi)容是對(duì)其他幾本書和相關(guān)的論文資料的綜合。此外的資料不是只討論了部分問題，就是雖然面面俱到，但缺乏一定的深度。 本文深入探討了“是什么影響了無(wú)線信道的特性？”這一問題。主要闡述了無(wú)線信道的兩種效應(yīng)：一種是乘性效應(yīng)，使信號(hào)產(chǎn)生衰落；另一種是加性效應(yīng)，使接收到的信號(hào)產(chǎn)生畸變。信號(hào)的衰落不一定總是隨機(jī)過程，但信號(hào)的畸變卻總是。對(duì)于信道對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的各種效應(yīng)，找

2、到了較好的數(shù)學(xué)模型，這些模型可以用來(lái)仿真和分析系統(tǒng)的性能。而且，我們簡(jiǎn)單舉例分析了一些數(shù)字無(wú)線調(diào)制信道的特性。內(nèi)容1 介紹2 無(wú)線電信道 2.1路徑損耗 2.1.1 天線 2.1.2 自由空間傳播 2.1.3 雙線模型 2.1.4 經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?2.1.5其他模型和參數(shù)2.2 陰影 2.2.1 陰影模型 2.2.2 測(cè)量結(jié)果 2.2.3 陰影修正2.3 衰落 2.3.1 物理基礎(chǔ) 2.3.2 數(shù)學(xué)模型 2.3.3 衰落的時(shí)域和頻域特性 2.3.4 一維統(tǒng)計(jì)特性 2.3.5 二維統(tǒng)計(jì)特性 2.3.6 衰落率和持續(xù)時(shí)間3 調(diào)制信道 31 噪聲311 門限噪聲312 窄帶高斯白噪聲313 人為噪

3、聲314 一些結(jié)果 32 干擾4 數(shù)字信道 41 數(shù)字信道的結(jié)構(gòu) 42 高斯白噪聲信道下二進(jìn)制PAM信號(hào)的以SNIR為自變量的函數(shù)BER的計(jì)算 43 瑞利信道下BPSK信號(hào)以SNIR為自變量的函數(shù)BER的計(jì)算 44 高斯白噪聲信道下其他數(shù)字調(diào)制方案的一些結(jié)果5 結(jié)論第一章介紹 任何通信系統(tǒng)的性能決定于采用的物理媒質(zhì)。媒質(zhì)可能是光纖，計(jì)算機(jī)的硬盤，或者一條無(wú)線鏈路，它們即通信信道?？蓪F(xiàn)存在的大量信道分成兩組：通信終端之間存在固定的連接，叫有線信道；沒有固定的連接，叫無(wú)線信道。由于存在不確定性，無(wú)線信道同有線信道相比有明顯的不同。無(wú)線信道的狀態(tài)有可能在很短的時(shí)間段內(nèi)發(fā)生改變，這些隨機(jī)和突變特性使

4、得無(wú)線通信非常的困難。無(wú)線信道可根據(jù)傳輸環(huán)境的不同作進(jìn)一步的劃分。由此產(chǎn)生的不同信道有：城市環(huán)境；郊區(qū)環(huán)境；室內(nèi)環(huán)境；水下或者邊緣環(huán)境的信道。它們?cè)诤芏喾矫娑际遣煌摹１疚膶⒆⒁饬性谟绊憻o(wú)線信道特性的因素上。通過考察電波在無(wú)線信道中遇到的基本傳播效應(yīng)的分析模型，說明他們?cè)鯓佑绊懲ㄐ畔到y(tǒng)性能的。這些知識(shí)對(duì)無(wú)線信道仿真模型的設(shè)計(jì)和參數(shù)化是至關(guān)重要的。另一個(gè)突顯它們重要性的領(lǐng)域是通信協(xié)議設(shè)計(jì)領(lǐng)域。總的來(lái)說，本文的讀者是那些對(duì)分析無(wú)線信道本質(zhì)特性有興趣的人。有一些文獻(xiàn)描述了無(wú)線信道各個(gè)不同的方面，象4，12，13，8，17，9，3。然而，文獻(xiàn)中的描述缺乏一定的精確度，比如在對(duì)無(wú)線信道相關(guān)衰落的建模

5、中就很籠統(tǒng)。另外，文獻(xiàn)只描述了無(wú)線信道的部分特性，而遺漏了一部分。還有一些原始資料對(duì)于無(wú)線通信協(xié)議工程師來(lái)說又太復(fù)雜晦澀了。因此，本文從這些資料編輯整理而來(lái)，給那些為了評(píng)價(jià)通信協(xié)議而研究無(wú)線信道的人對(duì)信道的各種效應(yīng)一個(gè)比較詳盡的描述。并且針對(duì)不同的環(huán)境提供相應(yīng)的量化描述，如果某人對(duì)某種地理?xiàng)l件下信道仿真有興趣，那么他將很容易的在文中找到合適的模型，以及典型的信道參數(shù)。在一個(gè)通信系統(tǒng)的鏈路中，由于信號(hào)傳輸，接收有大量不同的情況，很難說到底那一部分是無(wú)線信道。圖1。1代表了常用的信道。這些概念用來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)各種不同的信道的提法。l 傳播信道：存在于發(fā)送天線與接收天線之間，僅受電波傳播特性

6、的影響。幾乎總是線性，互倒的，我們也假設(shè)如此。傳輸?shù)男畔⑹钦{(diào)制到載波頻率的參數(shù)上的，信道的所有效應(yīng)只影響信號(hào)的衰落，因此信道對(duì)信號(hào)的影響是乘性的。l 無(wú)線電信道：包括傳播信道和收發(fā)天線。如果視天線為線性，雙邊，被動(dòng)的，那么也可以認(rèn)為信道是線性和互倒的。信號(hào)依然只受到衰落的影響，只是傳播信道中的衰落可能受到天線作用的修改而發(fā)生變化。當(dāng)天線的影響是嚴(yán)格線性時(shí)，信號(hào)應(yīng)該同傳播信道信號(hào)完全相同，除了天線的線性放大作用以外。l 調(diào)制信道：包括無(wú)線電信道和一部分系統(tǒng)組成，從發(fā)射機(jī)調(diào)制解調(diào)器以后到接收機(jī)解調(diào)器以前。這部分系統(tǒng)，以及天線的傳遞特性是否是線性決定信道是否線性。調(diào)制信道不是互倒的，因?yàn)槭斩撕桶l(fā)端的

7、放大器不是互倒的。對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，信道的加性效應(yīng)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生了破壞性的加性效應(yīng)，表現(xiàn)為噪聲和干擾。當(dāng)然，它們有可能在無(wú)線電信道中就已經(jīng)有了，而在這一級(jí)信道中還加入了來(lái)自電子線路的特殊噪聲，僅在無(wú)線電信道中是無(wú)法對(duì)信道的加性效應(yīng)進(jìn)行完整描述的。這里的信號(hào)包括基帶符號(hào)，還是調(diào)制在載波頻率上的。l 數(shù)字信道：包括調(diào)制信道，調(diào)制器和解調(diào)器。數(shù)字信道將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中的數(shù)字基帶信號(hào)聯(lián)系起來(lái)，描述比特發(fā)生錯(cuò)誤的模式。該信道是非線性，非互倒的。這級(jí)信道上沒有新的信道效應(yīng)出現(xiàn)，只是表現(xiàn)形式發(fā)生了變化。信號(hào)在這一級(jí)信道上解調(diào)為數(shù)字序列，如果接受信號(hào)發(fā)生了嚴(yán)重的畸變，那么解調(diào)得到的序列將同想要傳輸?shù)男蛄杏兴?/p>

8、同。數(shù)字信道的輸入是比特，可能排列成數(shù)據(jù)包。這些比特經(jīng)過分組，并變換成模擬的表現(xiàn)形式，即所謂符號(hào)。這些符號(hào)屬于基帶。最后通過調(diào)制將這些信號(hào)調(diào)制到高頻載波上。 假設(shè)天線是理想的，傳輸信道和無(wú)線電信道就是同一的。無(wú)線電信道對(duì)信號(hào)的衰減是時(shí)變的，以表示。這種衰減可在調(diào)制信道中得到補(bǔ)償，信道中的放大器就是放大接收信號(hào)的。但是，調(diào)制信道中，隨機(jī)時(shí)變的噪聲也可能進(jìn)入到系統(tǒng)中來(lái)，使信號(hào)產(chǎn)生畸變。如果衰落信號(hào)被放大很多，噪聲也將隨之被放大很多。所以，數(shù)字信道中就采用了可靠的檢測(cè)方法來(lái)從混合的信號(hào)中將有用的信息抽離出來(lái)。通信系統(tǒng)中除了固有的噪聲以外，還有來(lái)自其他通信設(shè)備的電磁波對(duì)接收信號(hào)產(chǎn)生影響，這叫做干擾。干

9、擾同噪聲一樣會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)的性能產(chǎn)生很大的影響。干擾信號(hào)也是時(shí)變的，記為j(t)。接收信號(hào)的數(shù)學(xué)模型y(t)，依賴與發(fā)送信號(hào)s(t)與影響因素，在圖1。2中給出（也可參考4，12，17）。對(duì)于一個(gè)運(yùn)行中的通信系統(tǒng)來(lái)說，有兩個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)來(lái)衡量，比如符號(hào)錯(cuò)誤率SER，比特錯(cuò)誤率BER。這兩個(gè)參數(shù)都是與數(shù)字信道相關(guān)的。BER與解碼后的比特流相關(guān)，SER與未解碼的符號(hào)流相關(guān)。 它們都依賴與瞬時(shí)功率比：接受信號(hào)功率和噪聲與干擾的功率 與 和之比。 瞬時(shí)功率比由 信號(hào)噪聲干擾比SNIR(signal to noise and interference) 表示。注意到無(wú)線電信道的衰減影響已經(jīng)包含在在接收信號(hào)功

10、率中了。變化的SNIR可能導(dǎo)致SER和BER的變化，但也不一定總是如此。如果通信鏈路的SNIR是可獲得的，那么平均符號(hào)錯(cuò)誤率SER和比特錯(cuò)誤率BER也是可以得到的。一般來(lái)說，SNIR與錯(cuò)誤率或錯(cuò)誤概率的關(guān)系不是線性的，而是非常復(fù)雜的關(guān)系，依賴很多具體技術(shù)細(xì)節(jié)。所以，對(duì)任何無(wú)限通信系統(tǒng)的性能的研究就需要對(duì)與SNIR有關(guān)的信道所有效應(yīng)的影響有深入的了解。 本文的結(jié)構(gòu)如下：首先，討論無(wú)線電信道中影響信號(hào)的各種效應(yīng)，第二章中衰討論衰減a(t)。接著，描述噪聲和干擾的特性，第三章中討論調(diào)制信道對(duì)信號(hào)的影響。最后，在數(shù)字信道中說明這些信道特性是怎樣影響接收的比特流，從而影響到系統(tǒng)性能參數(shù)的。這將在第四章中

11、說明。第二章 無(wú)線電信道無(wú)線電信道的影響是對(duì)接收信號(hào)乘以一個(gè)系數(shù)，a(t),如圖1.2所示。一種很有用的做法是將信號(hào)的衰減效應(yīng)分解為三種不同的效應(yīng)。第一種叫做路徑衰減，這是一個(gè)確定性效應(yīng)，僅依賴于收發(fā)信機(jī)之間的距離。對(duì)于大時(shí)間尺度，秒或分鐘級(jí)的衰減起重要作用，因?yàn)橥ǔＧ闆r下，收發(fā)信機(jī)之間的距離在較短的時(shí)間內(nèi)不會(huì)有很大的變化。第二種叫陰影效應(yīng)，是非確定性的。在同衰減一樣的時(shí)間尺度內(nèi)變化，引起與發(fā)射機(jī)相同距離的不同接收機(jī)的接收信號(hào)的變化，當(dāng)然，所有這些點(diǎn)上的平均功率還是由路徑衰減決定的。第三種效應(yīng)叫做衰落，衰落也有統(tǒng)計(jì)特性，但不同的是，它引起的是在小時(shí)間尺度內(nèi)，毫秒，甚至微秒級(jí)，信號(hào)很大程度的衰減

12、。衰落總是由多徑傳播導(dǎo)致的。多徑環(huán)境下，無(wú)線電波通過不同的傳播路徑到達(dá)接收機(jī)天線的不同分量相互干涉使得總的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)快速波動(dòng)。所有三種衰減效應(yīng)聯(lián)合導(dǎo)致了實(shí)際的無(wú)線電信道的衰減。這種衰減可以分解，如等式2.1所示。 在有些文獻(xiàn)中陰影有時(shí)指慢衰落，而衰落則指以上所說的快衰落。然而，對(duì)衰落現(xiàn)象進(jìn)行這樣的劃分也是有用的，可分為快衰落和慢衰落兩種（見2.3.3節(jié)）。本文中術(shù)語(yǔ)陰影和衰落用于區(qū)分上面提到的快慢衰落。21 路徑損耗這部分將論述影響無(wú)線電波傳輸?shù)囊环N現(xiàn)象。我們將給出接收信號(hào)所經(jīng)歷的功率損耗的表達(dá)式，這里的損耗僅決定與收發(fā)通信收發(fā)信機(jī)之間的距離，和采用的頻率。這種現(xiàn)象稱為路徑損耗。通常，如第一章所

13、說，接收信號(hào)y(t)是一隨機(jī)過程，平均功率是。這里僅考慮無(wú)線電信道，我們關(guān)注的接收機(jī)處的信號(hào)是天線傳感器處沒有噪聲的信號(hào)，故，接收信號(hào)的功率 ，其中是傳送的信號(hào)的功率。我們考慮僅由路徑損耗引起的衰減為，對(duì)于具體不變的通信環(huán)境，距離，頻率來(lái)說，它是一個(gè)不隨時(shí)間變化的常數(shù)，也就是說這是一個(gè)確定性過程。 等式。有效，如果假設(shè)沒有運(yùn)動(dòng)：包括環(huán)境中物體的運(yùn)動(dòng)和接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)。該假設(shè)對(duì)于下一部分將要論述的小尺度現(xiàn)象的時(shí)間平均特性（陰影和衰落）是同樣的。我們進(jìn)一步專注于派生出的路徑損耗公式，并給出一些例子說明實(shí)際應(yīng)用公式時(shí)應(yīng)該怎樣修正參數(shù)。在對(duì)路徑損耗詳細(xì)討論之前，必須考慮天線的一些的問題。2.1.1 天線天

14、線的功能是在發(fā)射時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為電磁波，經(jīng)過傳輸后在接收端轉(zhuǎn)化回為電能。以下，將討論傳統(tǒng)的天線：被動(dòng)的和互倒的（發(fā)射天線和接收天線是相同）。天線有兩個(gè)重要特性：增益和輻射（方向）圖。天線增益是通過與參考天線（偶極子）比較來(lái)衡量某天線的對(duì)信號(hào)的放大作用。天線方向圖描述了天線以自身為參考在不同方向上的增益。常常以相對(duì)最大方向增益的衰減來(lái)表示?？傊l(fā)射機(jī)和接收機(jī)的這兩個(gè)參數(shù)是相同的。天線按照增益是否隨著方向的變化而變化分為全向天線和方向性天線。對(duì)于方向性天線，計(jì)算路徑衰減時(shí)要考慮天線方向圖。采用的增益值為連接收發(fā)信機(jī)的直線方向上的值。此時(shí)天線增益為： 其中，是天線增益；是沿收發(fā)信機(jī)直線方向上天線輻射

15、方向圖上的值（單位均為dB）; 負(fù)號(hào)表示方向圖上以最大的方向增益為參考其他方向上與之相比總有衰減。212 自由空間傳播信號(hào)在距離為d，自由空間中，視距（路徑中沒有遮擋物體），條件下傳播所經(jīng)歷的衰減，稱為自由空間路徑損耗，根據(jù)Maxwell方程可以確卻的計(jì)算出離天線較遠(yuǎn)處信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)如以dB為單位的話，為： ，其中，Po為接收功率，Pt為發(fā)送功率，表示波長(zhǎng),為發(fā)送天線增益，為接收天線增益（二者均指連接兩天線直線方向上的值）。接收功率與距離的平方，頻率的平方成反比。公式的物理意義顯而易見：自由空間中電波傳播在各個(gè)方向上是相同的，可認(rèn)為是直徑不斷增大的球面，由于能量守衡，在任意直徑的球面上的能量是相同

16、的，由于球面的面積不斷的增大，所以單位面積的球面上能量一定是不斷減小的。面積隨著直徑的平方增加，單位面積上的能量以相反的速率減小。213 雙線模型實(shí)際中大部分的通信都發(fā)生在地球表面，所以自由空間損耗的假設(shè)是不符合實(shí)際的。雙線模型，也叫平坦大地模型，是另一個(gè)簡(jiǎn)單的模型。該模型基于光學(xué)理論，把地面對(duì)電磁波的反射也考慮進(jìn)來(lái)。同樣的，它也假設(shè)視距和地球表面的傳播路徑中沒有遮擋物。對(duì)于研究個(gè)人通信電波傳播來(lái)說，雙線模型是一個(gè)不錯(cuò)的出發(fā)點(diǎn)。它還常用來(lái)描述水面和開闊地面的電波傳播。從來(lái)源說，模型應(yīng)該考慮三種電波：直線波，地面反射波，和表面波。其中表面波由于在地球表面幾個(gè)波長(zhǎng)以上就變的無(wú)足輕重，所以一般移動(dòng)通

17、信中是不考慮其影響。模型中將忽略其影響。下面的表達(dá)式很容易從圖2。1所示的幾何模型中計(jì)算出來(lái)。 接收機(jī)處的直射波的功率從自由空間損耗公式計(jì)算得到： 地球表面反射波的功率也可以根據(jù)平面波反射定律計(jì)算得到9，4。圖2。1平面大地傳播計(jì)算幾何圖（雙線模型）計(jì)算時(shí)將球面波近似視為平面波，采用平面反射系數(shù)。EEFF（導(dǎo)磁率為1表示沒有磁性）用來(lái)表示電波從真空進(jìn)入到某種電磁介質(zhì)表面時(shí)的反射系數(shù)。描述某種材料的介質(zhì)對(duì)電磁波的傳導(dǎo)，允許通過程度的特性，如下：這樣，我們就可以將反射波在接收機(jī)處的功率用已知參數(shù)表示：那么，總的接收功率為：對(duì)到達(dá)的不同電場(chǎng)運(yùn)用疊加原理，其中， 表示兩條電波的相位差?？紤]到通常（D2

18、-D1）都很小，可使用Taylor級(jí)數(shù)作近似處理 。一般來(lái)說，收發(fā)信機(jī)之間的垂直距離比水平距離要小的多，可以近似認(rèn)為 。如果認(rèn)為地球表面是剛體表面的話，總功率表達(dá)式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化。假設(shè)角度近似為90度，那么反射系數(shù)近似為-1，于是接收功率的一個(gè)簡(jiǎn)潔的表達(dá)式為：總之，公式中對(duì)信號(hào)作了水平極化近似，根據(jù)是現(xiàn)實(shí)世界中，大部分時(shí)間，電磁波就像是水平極化波形（獨(dú)立于實(shí)際的極化方向）。當(dāng)小于0。6rad時(shí)，于是表達(dá)式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為四次冪的形式： 這時(shí)的功率與頻率無(wú)關(guān)。總之，依據(jù)三種不同的模型：自由空間路徑衰減模型，雙線模型（假設(shè)入射角近似為90度），和對(duì)雙線模型的四次冪近似模型，我們計(jì)算出了隨距離的變化而變

19、化的接收功率，其曲線圖如圖2.2。 從圖上很容易看出，兩徑模型有明顯不同的兩部分：在距離接收機(jī)較近處（臨界點(diǎn)以前），接收功率按正弦平方函數(shù)變化，但其峰值隨距離平方減?。辉谂R界點(diǎn)以后，當(dāng)直接波和反射波的相位差小于0.6rad，第二個(gè)假設(shè)有效，接收信號(hào)的功率隨著距離的四次冪衰減（圖中的兩條曲線也和為一條）。臨界點(diǎn)的計(jì)算按 。這里提供的理論結(jié)果已經(jīng)通過實(shí)地測(cè)量得到證實(shí)。實(shí)測(cè)證明：當(dāng)環(huán)境中的反射和散射物很少時(shí)，雙線模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際的路徑損耗相當(dāng)?shù)姆?。比如在高速公路環(huán)境中參考文獻(xiàn)1.2.6。正如上面提到，簡(jiǎn)化公式只有當(dāng)入射角接近90度時(shí)才有效，對(duì)于入射角比90度小很多時(shí)（天線的高度相對(duì)與通信距離不

20、可忽略），表面反射系數(shù)將極大的影響電波傳播，計(jì)算接收功率將不得不采用其他更準(zhǔn)確的模型。2.1.4 經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ颓懊娴恼鹿?jié)中的具體計(jì)算中，我們都采用了視距傳播假設(shè)，并假定收發(fā)信機(jī)的周圍和路徑周圍沒有其他物體。在實(shí)際環(huán)境中，這些假設(shè)不再有效。比如在城市，郊區(qū)，室內(nèi)環(huán)境中，非視距的傳播和視距傳播一樣常見，大量復(fù)雜的物理現(xiàn)象影響到無(wú)線電播的傳播，信號(hào)可能的傳輸路徑非常多。光線追蹤型模型都是準(zhǔn)確的路徑損耗模型，它先找出收發(fā)信機(jī)之間所有可能的路徑，然后分別計(jì)算出每一條路徑不同的衰減，然后在接收機(jī)處將各個(gè)分量相加，得到總的信號(hào)功率。這種方法不僅需要有關(guān)地形，建筑物，以及植被的具體的數(shù)據(jù)，而且需要收發(fā)信機(jī)

21、有很強(qiáng)的處理這些數(shù)據(jù)的能力，因此是非常費(fèi)時(shí)的。正是如此，為了計(jì)算不同頻段上，各種環(huán)境下的彼此相隔一定距離的通信發(fā)送，接收機(jī)之間的路徑損耗，人們使用了基于經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)的模型。前者是建立在大量的實(shí)地測(cè)量的基礎(chǔ)之上的，后者則是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的擬和。對(duì)于每種新的通信環(huán)境，必須進(jìn)行偏移量的測(cè)量來(lái)對(duì)通用模型的參數(shù)進(jìn)行修正。模型通常的為： 以dB為單位，其形式為： 其中，常量K和 依照對(duì)新環(huán)境實(shí)測(cè)的結(jié)果。參數(shù)K 通常依賴于通信所使用的頻率，還有基站和無(wú)線終端的水平高度。距離d 的單位須參照參考距離的單位，視具體情況而定。注意：我們不在區(qū)分視距和非視距，因?yàn)闇y(cè)量時(shí)就對(duì)兩種情況進(jìn)行了平均。那些不同的傳播效應(yīng)

22、近似濃縮在參數(shù) 上。接下來(lái)將介紹一些廣泛使用的經(jīng)典模型。還有一些其他路徑損耗模型參考文獻(xiàn)10。Okumura-Hata 模型Okumura-Hata模型是最常用的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。它是建立在Okumura在日本作的大量的實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)，以及Hata提出的逼近測(cè)得的統(tǒng)計(jì)特性的一個(gè)公式之上的。公式適用的參數(shù)如下：u 頻率：150-1000MHzu 距離：1-20Kmu 發(fā)送天線離地面的高度；30-200mu 接收機(jī)力地面的高度：1-10m路徑損耗的公式為：其中 是對(duì)環(huán)境的修正系數(shù)，常采用以下值： 另外三種環(huán)境下，公式中還引入了另外的矯正系數(shù)，建立另外相應(yīng)的城市環(huán)境的公式。 COST（歐洲科學(xué)技術(shù)合作組織）對(duì)

23、模型進(jìn)行了擴(kuò)展。建立了1500MHz到2000MHz頻段上的COST231-Hata模型： Lee 模型模型參考文獻(xiàn)9的參數(shù)由實(shí)地測(cè)量值可以很容易的適應(yīng)新的環(huán)境，因此得到了廣泛的應(yīng)用。有兩部分組成：l 點(diǎn)到點(diǎn)模型，主要考慮地形的影響。l 建立在點(diǎn)到點(diǎn)模型之上的區(qū)域到區(qū)域的模型，考慮了建筑物效應(yīng)。區(qū)域到區(qū)域的模型和Hata 模型（見2.1.4）很相似，通過環(huán)境測(cè)量很容易得到模型的參數(shù)。需要注意的是，該模型反映的是建筑物的效應(yīng)，因此在多山坡環(huán)境下，每個(gè)距離下的測(cè)量要在不同的高度進(jìn)行，然后根據(jù)平均值確定模型參數(shù)。另外，模型中的參數(shù)都是在特定的天線高度，發(fā)送功率，天線增益等條件下得到的，實(shí)際中還的根據(jù)

24、具體的情況對(duì)模型進(jìn)行修正。根據(jù)具體條件，點(diǎn)到點(diǎn)Lee模型通過有效天線高度，和繞射損耗等參數(shù)考慮了地形效應(yīng)的影響。參照雙線模型得到的天線有效高度的影響為20db/dec. 公式中影響路徑損耗的天線有效高度的值是與該路徑緊密相關(guān)的，比如路徑中是否有遮擋物的存在，有效天線的值就不一樣。第一種情況，采用了刃形繞射模型。第二種情況，采用了類似雙線模型中的鏡象繞射模型。關(guān)于有效天線高度的計(jì)算可參考文獻(xiàn)9的4.7節(jié)，實(shí)際中主要依賴于路徑中是否存在視距傳播。其中，第一個(gè)量表征了建筑物引起的損耗，d 為距離，CF是模型刻度和實(shí)際刻度的變換系數(shù)，是一常數(shù)。H1和H2分別為視距和非視距的有效高度，L是刃形繞射損耗系

25、數(shù)。最后，根據(jù)具體情況，還可以加上地貌特征，諸如植被等的影響的損耗系數(shù)。參考文獻(xiàn)9，使用區(qū)域到區(qū)域的模型的預(yù)測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為8dB, 使用點(diǎn)到點(diǎn)模型則減為3dB. 但模型只在距離較大（大于一公里）時(shí)有效，近距離時(shí)街道的朝向，和建筑物都將引起很大的誤差。模型的度量喪失了統(tǒng)計(jì)代表性。2.1.5 其他模型和參數(shù)除了前面所說的模型外，人們還進(jìn)行了大量的實(shí)地測(cè)量來(lái)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)進(jìn)行本地化修正。因?yàn)椴煌瑖?guó)家由于建筑物的材料，城市規(guī)劃，以及植被的不同，具體的傳輸環(huán)境也不同。參考文獻(xiàn)11，在東京，對(duì)頻率為475M-15.45GHz的測(cè)量表明UHF（300-3000MHz）上路徑損耗對(duì)頻率的依賴按的自由空間趨勢(shì)變

26、化。在歐洲某城市，在載頻為900 MHz，距離100M的條件下，測(cè)量所得的最符合的參數(shù)可參考文獻(xiàn)15，14。文獻(xiàn)16通過測(cè)量找到了城市密集環(huán)境下3.5GHz上參數(shù)的值在4.7-4.8之間。文獻(xiàn)21中對(duì)在5.3GHz頻點(diǎn)上，城市室外，郊區(qū)，鄉(xiāng)村各種環(huán)境下的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了最小方差的分析，得出了路徑損耗模型參數(shù)的一些值。見表2.2.本文所提供的參考模型是針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)（2-5GHz），高級(jí)無(wú)線局域網(wǎng)（4-5GHz）的。目的并不在于羅列所有的模型，而只是簡(jiǎn)要描述了可能存在各種情況和參數(shù)，不同環(huán)境下的電波傳播，模型的演變和選擇。作者認(rèn)為本文提供的模型是VHF和UHF頻段上最為重要的，因?yàn)槭褂米顬閺V泛，最

27、具代表性。其他針對(duì)不同環(huán)境和不同頻段的模型并不是不重要，只不過不在本文關(guān)注的范圍內(nèi)。2.2 陰影路徑損耗模型的目的在于計(jì)算某特定位置的通信收發(fā)信機(jī)之間的路徑損耗。實(shí)際中，往往還需要考慮路徑中地形和周圍的物體的影響。通過在不同環(huán)境下的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)了其統(tǒng)計(jì)變化特性。固定頻率和T-R距離，可測(cè)量出不同的信號(hào)功率。這就是說，對(duì)固定的T-R距離，射頻頻率，和發(fā)射功率，接收信號(hào)功率是不確定的，而是隨周圍環(huán)境的變化而變化。這種依賴于位置的隨機(jī)變化叫隨機(jī)陰影效應(yīng)，由等式2.1中的 表示。注意，如果接收機(jī)和整個(gè)環(huán)境物體都不發(fā)生運(yùn)動(dòng)的話，此隨機(jī)變量是不變的。陰影效應(yīng)反映了測(cè)量值同使用路徑損耗公式計(jì)算的理論值之間的不

28、同。測(cè)出相同距離下，不同位置的所有的值，并對(duì)其求平均，就得到了理論上的路徑損耗的值。電磁波在環(huán)境中傳輸時(shí)，存在各種現(xiàn)象：反射（比如在建筑物和地面上）；繞射（圍繞建筑物）；折射（通過墻和窗戶）；散射（在建筑物，樹木，和地面上）；以及吸收（森林和湖的作用）。注意到，陰影效應(yīng)是對(duì)這些現(xiàn)象的抽象。由于不可能對(duì)每一種現(xiàn)象都分別計(jì)算它的影響，那將是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，所以才使用陰影效應(yīng)來(lái)合計(jì)它們的作用。引起陰影隨機(jī)量變化的物體的大小必須有足夠的尺度：當(dāng)接收機(jī)保持T-R距離不變移動(dòng)時(shí)，從一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)有不同陰影效應(yīng)的區(qū)域所花的時(shí)間在幾百個(gè)毫秒這樣的數(shù)量級(jí)上。2.2.1 陰影模型參考文獻(xiàn)18中，根據(jù)不同距離，不同環(huán)境下的測(cè)量結(jié)果，計(jì)算出了相對(duì)于平均預(yù)測(cè)路徑損耗的信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)的變化量見文獻(xiàn)18的圖2.37到2