《移动通信原理与系统》——第二章《移动通信电波传播与传播预测模型》——笔记

本章要求：

• 理解电波传播的基本特性；
• 了解3种电波传播的机制；
• 掌握自由空间和阴影衰落的概念；
• 掌握多径衰落的特性和多勒普频移；
• 掌握多径信道模型的原理和多径信道的主要参数；
• 掌握多径信道的统计分析及多径信道的分量；
• 掌握多径衰落信道的特征量的概念和计算；
• 了解衰落信道的建模和仿真；
• 理解传播损耗和传播预测模型的基本概念，理解几种典型模型；
• 了解模型校正的概念和基本方法。

2.2-自由空间的电波传播

电磁波的基本特性：
移动信道的基本特性就是衰落特性。
分类A：

• 阴影衰落：由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电磁波的遮蔽所引起的衰落；
• 多径衰落：无线电波在传播路径上收到周围环境中地形地物的作用而产生的反射、绕射和散射，是的其到达接收机时是从多条路经传来的多个信号的叠加，这种多径传播所引起的信号在接受段幅度、相位和到达时间的随机变化将导致严重的衰落，即所谓多径衰落；
• 多普勒（Doppler）效应：移动台在传播径向方向的运动将使接受信号产生多普勒（Doppler）效应，其结果会导致接受信号在频域的扩展，同时改变了信号电平的变化率。这就是所谓的多普勒频移，它的影响会产生附加的调频噪声，出现接受信号的失真。

分类B：

• 大尺度模型：主要是用于描述发射机与接收机（T-R）之间的长距离（几百或几千米）上信号强度的变化。
• 小尺度模型：用于描述短距离（几个波长）或短时间（秒级）内信号强度的快速变化。

这两种衰落并不是独立，可以同时存在。因此，无线信道的衰落特性可用下式描述：


2.3 三种基本电波传播机制

3种电波传播机制

• 反射：反射发生于 地球表明、建筑物和墙壁表面，当电磁波遇到比其波长大得多的物体时就会发生反射。反射是产生多径衰落的主要因素。
• 绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时会发生绕射。又阻挡表面产生的二次波分布于整个空间，甚至绕射于阻挡体背面。当发射机和接收机之间不存在视距路径（Line Of Sight, LOS，视距路径是指移动台可以看见基站天线；非视距NLOS，非视距是指移动台看不见基站天线），围绕阻挡体也产生波的弯曲。
• 散射：散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。

2.5 移动无线信道及特性参数

多径衰落的基本特性：

• 一般来讲，模拟移动通信系统主要考虑多径效应引起的接受信号的幅度变化；
  数字移动通信系统主要考虑多径效应引起的脉冲信号的时延扩展。

• 具体来说
  1） 从空间角度：接受信号的幅度将随着移动台移动距离的变动而衰落，其中本地反射物所引起的多径效应表现为较快的幅度变化，而其局部均值是随距离增加而起伏的，反映了地形变化所引起的衰落以及空间扩散损耗；
  2） 从时间角度：由于信号的传播路径不同，所以到达接收端的时间也就不同，当基站发出一个脉冲信号时，接受信号不仅包含该脉冲，还将包括此脉冲的各个时延信号。

多普勒频移：
多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电波入射方向之间的夹角有关。若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正（接受信号频率上升）；反之若移动台背向入射波方向运动，则多普勒频移为负（接受信号频率下降）。信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩散，因而增加了信号带宽。

多径信道模型的原理：
不会

多径衰落的主要参数：
1） 时间色散参数；
2） 相关带宽；

多径信道的统计分析：

• 瑞利分步；
• 莱斯分布：当接收信号中有视距传播的直达波信号时，视距信号成为主接收分量，同时还有不同角度随机到达的多径分量叠加在这个主信号分量上，这时的接受信号就呈现为莱斯分布，甚至是高斯分布。
• Nakagami-m分布：

衰落特性的特征量：
1） 衰落速率和衰落深度：
衰落率，定义为信号包络在单位时间内以正斜率通过中值电平的次数，简单地说，衰落率就是信号包络衰落的速率。当移动台行进方向朝着或背着电波传播方向时，衰落最快。频率越高，速度越快，则平均衰落率的值越大。

• 平均衰落率：
• 衰落深度：即信号的有效值与该次衰落的信号最小值的差值。

2） 电平通过率和平均衰落持续时间

• 电平通过率：是信号包络单位时间内以正斜率通过某一规定电平值R的平均此时，描述衰落次数的统计规律。
• 平均衰落持续时间：信号包络低于某个给定电平值的概率与该电平所对应的电平通过率之比。由于衰落是随机发生的，所以只能给出平均衰落持续时间。

衰落信道的建模与仿真简介：
1） 衰落信道的建模
平坦衰落的Clarke信道模型：其移动台接受信号的场强的统计特性是基于散射的。
2） 衰落信道的仿真：
简单介绍了Jakes仿真的基本原理。

2.6 电波传播损耗预测模型

室外传播模型：

• Okumura-Hata模型：是根据测试数据统计分析得出的经验公式，应用频率在150~1500MHz之间，适用于小区半径大于1Km的宏蜂窝系统，基站有效天线高度在30m到200m之间，移动台有效天线高度在1m到10m之间。
• COST-231 Hata模型：该模型是EURO-COST组成的COST工作委员会开发的Hata模型的扩展版本，应用频率在1500~2000MHz，适用于小区半径大于1km的宏蜂窝系统，发射有效天线高度在30m到200m之间，接受有效天线高度在1m到10m之间。
• CCIR模型：给出了反映自由口空间路径损耗和地形引入人的路径损耗联合效果的经验公式。
• LEE模型：LEE模型用处广泛，主要原因是模型中的主要参数易于根据测量值调整，适合本地无线传播环境，模型准确性大大提高。另外，路径损耗预测算法简单，计算速度快，很多无线系统（AMPS, DAMPS, GSM,IS-95, PCS等）采用这种模型进行设计。其中又分为：1）LEE宏蜂窝模型；2）LEE微蜂窝模型。
• COST-231 WI模型：COST-231 WI模型基于Walfisch-Bertoni模型和Ikegami模型，广泛地用于建筑物高度近似一致的郊区环境，经常在移动通信系统（GSM/PCS/DECT/DCS）的设计中使用。