第2章 电波传播与传播预测模型

1、 短期快衰落长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) )接收功率图图21 无线信道中的大尺度和小尺度衰落无线信道中的大尺度和小尺度衰落 t 自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗 4GAr2r rtPPL24dL dfLlog20log2045.32()10 log()rrP dBmP mW()10log()rrP dBWP WttrrGPdAP24 020cosz20cosz600jzzRsinsin m21()()1vhRR 垂直极化反射系数水平极化反射系数 2t

2、r2tr.Ae)R1(Re1GGd4PP 地面二次效应直射波反射波地表面波可忽略可忽略2tr2trRe1GGd4PP l2 ()lACCBAB 2i1N1iitr2tr)jexp(R1GGd4PP 直射波反射波图2-2 两径传播模型发射天线接收天线 TPR图图2-3 对惠更斯菲涅尔原理说明对惠更斯菲涅尔原理说明 1212nn d drdd图2-4 菲涅尔区截面 14jkrjkrsRssEeeEEdsnrrnsEn表面粗糙大于h表面光滑小于hcc8 sincih2sinexp8hisroughsh10( ,)10ml rr10log ( ,)10logl rmr多径衰落的基本特性多径衰落的基本特

3、性 vfd vmf入射电波( )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数量级小可忽略可忽略mf,( )22cosicimiciD itff tt ( )( )( )( , )ijtiiir tas tes th t( )( , )ijtiiih ta e 多径延迟影响多普勒效应影响i( )it( )r tiai( )it ( )( )ijtiiiha e i0,2功率延迟分布功率延迟分布PDP时间色散时间色散多普勒功率谱密度多普勒功率谱密度DPSD角度谱角度谱PAP频率色散频率色散角度色散角度色散 1TPeT 0dB -XdB mmT P图2

5、-5 典型的归一化时延扩展谱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 图图2-6 两径信道模两径信道模型型A(,t) r1r1)(2tn )() 12(tn 图图2-7 通过两径信道的接收信号幅频特性通过两径信道的接收信号幅频特性)(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数字通信系统信号带宽小于信道相关带宽信号带宽小于信道相关带宽BsBc平坦衰落平坦衰落频选衰落频选衰落码间干扰码间干扰 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 )图2-8 多普勒扩展功率谱fc - fm fc + fm 12cB=0=0.52022(2)(, )1 (2)mrJfff()( )RS f11cDmTffDfDB0f 20(0, )(2)rmJf 916cmTf 时间选择性衰落时间选择性衰落cT290.42316mcmTff码元间隔大于信道相关时间码元间隔大于信道相关时间TsTc时选衰落时选衰落误码误码200()( )( )pdpd 00( )( )pdpd0,360天线空间距离大于相关距离天线空间距离大于相关距离 D

8、ccxD天线空间距离远小于相关距离天线空间距离远小于相关距离 DccxD空选衰落空选衰落非空选衰落非空选衰落 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图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 莱斯分布莱斯分布 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电平电平通过率通过率衰落持续时间衰落持续时间 31.85 102Af 0rd)r,R(pr)R(Nr 22)(efRNmrmsRR2R 02222dr)r(pr)r(E 2Rrms RRNRrP )1e(f212mR 负斜率 T 正斜率 t1 t2 t3 t4 1 2 3 4 R TRn/4)( 414/)(itRt T 0 图图211 电

11、平通过率和平均衰落持续时间电平通过率和平均衰落持续时间Clarke信道模型信道模型n图图215 入射角到达平面示意图入射角到达平面示意图 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图图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、郊郊区区、乡乡村村中中小小城城市市 乡村乡村郊区郊区城市城市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区区dB3dB0CMMC图图214 Hata和和CCIR路径损耗公式的对比路径损耗公式的对比 Bdloghlog55. 69 .44hhlog82.13flog16.2655.69dBLteretec50 百百分分比比被被建建筑筑物物覆覆盖盖的的区区域域的的logB2530 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自由空间传播损耗）自由空间传播损耗） )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图214 山坡等地形阻挡物引起的衍射损耗1r1r2r2r2r1rphphph vL 21112rrhvpphv50.F phv500.F 水面反射水面反射010ttmPPGGtPtGmG204rPPd BtAlosLh,dLdBL tAlosh,dLthAd

16、 tAlosh,dL fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自由空间传播损耗）自由空间传播损耗） rtfhhD4(dA)A建筑物abc(dA)B = a+b+cBL图图2.15 计算街区建筑物引入的损耗计算街区建筑物引入的损耗 图图2.16 微小区参数微小区参数 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区区,19255 . 1,19257 . 04ffkf 城区城区/郊区郊区/乡乡村村1501500分分LOS和和NLOS0.025km分分LOS和和NLOS fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间

18、间传传播播损损耗耗） 宏蜂窝模型宏蜂窝模型d5 d55 有实测数据并得到LEE模型参数和距离衰减因子d1 微蜂窝模型微蜂窝模型有实测数据 LEE模型WIM模型LEE模型WIM模型CCIR模型 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗）Hata模型 fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空间间传传播播损损耗耗） 对数距离路径损耗模型对数距离路径损耗模型 Ericsson多重断点模型多重断点模型 0100() 10 logdBdBdPLPL dXd图图2.17 多重断点室内路径损耗模型多重断点室内路径损耗模型 0 100( )()10logdBdBSFdBdPL dPL dFAFdSF0 100( )()10logdBdBMFdPL dPL ddMF0100( )()20logdBdBdBdPL dPL ddFAFd 图图2.18 传播模型校正的