第2章 電波傳播與傳播預(yù)測模型

1、 短期快衰落長期慢衰落小尺度衰落大尺度衰落 ( (t t) )r rmm( (t t) )r r( (t t) )0 0大尺度衰落小尺度衰落(t)(t)r r0 0mm( (t t) )接收功率圖圖21 無線信道中的大尺度和小尺度衰落無線信道中的大尺度和小尺度衰落 t 自由空間的傳播損耗自由空間的傳播損耗 4GAr2r rtPPL24dL dfLlog20log2045.32()10 log()rrP dBmP mW()10log()rrP dBWP WttrrGPdAP24 020cosz20cosz600jzzRsinsin m21()()1vhRR 垂直極化反射系數(shù)水平極化反射系數(shù) 2t

2、r2tr.Ae)R1(Re1GGd4PP 地面二次效應(yīng)直射波反射波地表面波可忽略可忽略2tr2trRe1GGd4PP l2 ()lACCBAB 2i1N1iitr2tr)jexp(R1GGd4PP 直射波反射波圖2-2 兩徑傳播模型發(fā)射天線接收天線 TPR圖圖2-3 對惠更斯菲涅爾原理說明對惠更斯菲涅爾原理說明 1212nn d drdd圖2-4 菲涅爾區(qū)截面 14jkrjkrsRssEeeEEdsnrrnsEn表面粗糙大于h表面光滑小于hcc8 sincih2sinexp8hisroughsh10( ,)10ml rr10log ( ,)10logl rmr多徑衰落的基本特性多徑衰落的基本特

3、性 vfd vmf入射電波( )Re( )exp( 2)cx ts tjf t( )Reexp2Reexp2iiiiiciiiiicixxxy ta x tas tjftcccxxa s tjf tcia( )Re( )exp( 2)cy tr tjf t ( )exp2exp2iiiiciiiixxr tajs tajfs tc iixc( )r t icosiixvt ( )exp2cosexp2exp2cosiiiiiiiiiiiixxxxr tajs tcxxvtvajjts tcc ( )exp2cosexp2cosexp2cos2exp22cosiiiiiiimiiiimiciii

4、iicimiixxvr tajts tcxajf ts tajf tfs ta s tjff t 在相位中不可忽略不可忽略數(shù)量級小可忽略可忽略mf,( )22cosicimiciD itff tt ( )( )( )( , )ijtiiir tas tes th t( )( , )ijtiiih ta e 多徑延遲影響多普勒效應(yīng)影響i( )it( )r tiai( )it ( )( )ijtiiiha e i0,2功率延遲分布功率延遲分布PDP時間色散時間色散多普勒功率譜密度多普勒功率譜密度DPSD角度譜角度譜PAP頻率色散頻率色散角度色散角度色散 1TPeT 0dB -XdB mmT P圖2

5、-5 典型的歸一化時延擴展譜22kkkkkkkkkkaPaP 22E22222kkkkkkkkkkaPEaP0mTm( )0( )( )(1)jtir tx tre( )2tn( )(21)tn)(t12( )cBt( )0( )(, )1( )jteir tHjtrex t r 2 )(t ( )ix t 0( )r t (, )cHjt ( , ) 1cos( )sin( )Atrtjrt 圖圖2-6 兩徑信道模兩徑信道模型型A(,t) r1r1)(2tn )() 12(tn 圖圖2-7 通過兩徑信道的接收信號幅頻特性通過兩徑信道的接收信號幅頻特性)(t( ) t( ) t12222211

6、22(, )(, )rrRfrrfrrrr 121 212120(, ),( ,)rRfr rrr p r r drdr2022(2)(, )1(2)mrJfff221()1(2)rff1( )r t2( )r t12fff 0()J mf0()0.5rf12cB 12f數(shù)字通信系統(tǒng)信號帶寬小于信道相關(guān)帶寬信號帶寬小于信道相關(guān)帶寬BsBc平坦衰落平坦衰落頻選衰落頻選衰落碼間干擾碼間干擾 mc1fffcos 2mcfff1sin 2mcmfff1f)(G)(p)(G)(pbdppdfbfS )G(-()G(.)()(mccmfffffffS 22)(1)( 21/p dsinffdm fcosf

7、fffmc dxpGb d)(Gp)(GpbdffS mf21)f(S cmfff dpd Gd fS GfcS ( f )圖2-8 多普勒擴展功率譜fc - fm fc + fm 12cB=0=0.52022(2)(, )1 (2)mrJfff()( )RS f11cDmTffDfDB0f 20(0, )(2)rmJf 916cmTf 時間選擇性衰落時間選擇性衰落cT290.42316mcmTff碼元間隔大于信道相關(guān)時間碼元間隔大于信道相關(guān)時間TsTc時選衰落時選衰落誤碼誤碼200()( )( )pdpd 00( )( )pdpd0,360天線空間距離大于相關(guān)距離天線空間距離大于相關(guān)距離 D

8、ccxD天線空間距離遠小于相關(guān)距離天線空間距離遠小于相關(guān)距離 DccxD空選衰落空選衰落非空選衰落非空選衰落 NnncnztCEE10cosnnnt tsintTtcostTEcsccz NnnnnctcosCEtT10)()( N1nnnn0s)tsin(CE)t(T bxebxp2221)( 22c2s2TT2cscse21)T(p)T(p)T,T(p 2z2s2s2cE2ETT = 0 zEn n csTT 2zEnn, 2c2sTTr cs1TTtg coscTrsinsTrcossin( ,)sincos( , )csrT TJrrr2222( , )(,)2rcsrp rp T T

9、Je 02r221drre21)(p22 22222r2202r2erdre21)r(p 2533. 12dr)r(rprER0meanr 222022220.4292222 drrERrEr222022220.4292222drrERrEr5 . 0)rr(Pm mr RrRpexpdrrpRr022)2(1)()(P(R) mr圖29 瑞利分布的概率分布密度 )0r,0A(AIer2202)Ar(222 )(rp222AK 222Alog10dBK dBK,0A 12A2 瑞利分布瑞利分布 萊斯分布萊斯分布 高斯分布高斯分布Nakagami-m分布分布2122( )exp()mmmm rm

10、rp rm222()var()Ermr122()E r 10()mxmxedx1( )exp( )mmmsmsp smss 2sE s2121KmK22rs 2222( )expexprrrrp rss sTsTsT10sT 衰落深度衰落深度衰落速率衰落速率電平電平通過率通過率衰落持續(xù)時間衰落持續(xù)時間 31.85 102Af 0rd)r,R(pr)R(Nr 22)(efRNmrmsRR2R 02222dr)r(pr)r(E 2Rrms RRNRrP )1e(f212mR 負(fù)斜率 T 正斜率 t1 t2 t3 t4 1 2 3 4 R TRn/4)( 414/)(itRt T 0 圖圖211 電

11、平通過率和平均衰落持續(xù)時間電平通過率和平均衰落持續(xù)時間Clarke信道模型信道模型n圖圖215 入射角到達平面示意圖入射角到達平面示意圖 cosnnvf01cos(2)NzncnnEECf t01sincos(2)NxnncnnEHCf t 01coscos(2)NynncnnEHCf t nC0E3372nnnf t211NnnCClarke信道模型信道模型(0,2 2nnnf t()cos(2)sin(2)zccscET tftTft01( )cos(2)NcnnnnT tECf t01( )sin(2)NsnnnnT tECf t,2z2s2s2cE2ETT 22( )( )( )zcs

12、ETtTtr t22222r2202r2erdre21)r(p 202E( n = 1,2,N )1( )2cos(cos)( )cos( )sinNncmnnnccscR tCttXttXtt01( )cos()NDncnnnRtECtt1( )2cos(cos)NcnmnnnX tCt1( )2sin(cos)NsnmnnnXtCt 2nnN2112nnCpddNcosnmn122( )cos(cos)NcmnnR tttnNNn(0,2 ()DR t(0,2 Nd22nnNNCNCnn1,12圖圖2-12 Jakes仿真器模型仿真器模型 nCnn terraincellteretecpC

13、Cdloghlog55. 69 .44hhlog82.13flog16.2655.69dBL MHz300f97. 4h75.11log2 . 3MHz300f1 . 1h54. 1log29. 88 . 0flog56. 1h7 . 0flog11. 1hc2rec2recrecre大大城城市市、郊郊區(qū)區(qū)、鄉(xiāng)鄉(xiāng)村村中中小小城城市市 鄉(xiāng)村鄉(xiāng)村郊區(qū)郊區(qū)城市城市98.40flog33.18flog78. 44 . 528flog20Cc2c2ccellcftehreh reh cellCterrainC Mterraincellteretec50CCCdloghlog55. 69 .44hhlog

14、82.13flog9 .333 .46dBL 市市中中心心大大城城中中等等城城市市和和郊郊區(qū)區(qū)dB3dB0CMMC圖圖214 Hata和和CCIR路徑損耗公式的對比路徑損耗公式的對比 Bdloghlog55. 69 .44hhlog82.13flog16.2655.69dBLteretec50 百百分分比比被被建建筑筑物物覆覆蓋蓋的的區(qū)區(qū)域域的的logB2530 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自由空間傳播損耗）自由空間傳播損耗） )dB(hhlog20G11 1h1h11hh G 11hh G 011001rrfflognhhlog20rr

15、logPP 公公里里英英里里或或110:rMHz850f0 00ff30ff20n 0001fflognvLrrlogPPrr vLr 100 1062050201 vv.logLr 015.0log2095.02 veLvr 14 .238.01 .01184.04 .0log2023 vvLr4 . 2225. 0log204 vvLr圖214 山坡等地形阻擋物引起的衍射損耗1r1r2r2r2r1rphphph vL 21112rrhvpphv50.F phv500.F 水面反射水面反射010ttmPPGGtPtGmG204rPPd BtAlosLh,dLdBL tAlosh,dLthAd

16、 tAlosh,dL fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自由空間傳播損耗）自由空間傳播損耗） rtfhhD4(dA)A建筑物abc(dA)B = a+b+cBL圖圖2.15 計算街區(qū)建筑物引入的損耗計算街區(qū)建筑物引入的損耗 圖圖2.16 微小區(qū)參數(shù)微小區(qū)參數(shù) fdLlog20log266 .42210LLLL 111log20log10log109 .16LhhfwLmR blogflogkdlogkkLLfda9212 9055551114.04553535075.05 .23503571.01011 LblogflogkdlogkkLLfd

17、a9212 111201010916Lhhlogflogwlog.LmR RBRBRBhh,hh,hhlogL011821 kmdhhhhdkmdhhhhhhkRBRBRBRBRBa5 . 0,4 . 0545 . 0,8 . 054,54并且并且并且并且 RBRRBRBdhhhhhhhk,1518,18 大大城城市市中中等等城城市市和和郊郊區(qū)區(qū),19255 . 1,19257 . 04ffkf 城區(qū)城區(qū)/郊區(qū)郊區(qū)/鄉(xiāng)鄉(xiāng)村村1501500分分LOS和和NLOS0.025km分分LOS和和NLOS fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空間

18、間傳傳播播損損耗耗） 宏蜂窩模型宏蜂窩模型d5 d55 有實測數(shù)據(jù)并得到LEE模型參數(shù)和距離衰減因子d1 微蜂窩模型微蜂窩模型有實測數(shù)據(jù) LEE模型WIM模型LEE模型WIM模型CCIR模型 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空間間傳傳播播損損耗耗）Hata模型 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空間間傳傳播播損損耗耗） 對數(shù)距離路徑損耗模型對數(shù)距離路徑損耗模型 Ericsson多重斷點模型多重斷點模型 0100() 10 logdBdBdPLPL dXd圖圖2.17 多重斷點室內(nèi)路徑損耗模型多重斷點室內(nèi)路徑損耗模型 0 100( )()10logdBdBSFdBdPL dPL dFAFdSF0 100( )()10logdBdBMFdPL dPL ddMF0100( )()20logdBdBdBdPL dPL ddFAFd 圖圖2.18 傳播模型校正的