无线通信收发系统——无线信道的传播模型（一）

姓名：甄文晔；学号：20181214260；学院：通信工程学院

【嵌牛导读】无线信道的电波传播模型分为大尺度传播模型和小尺度传播模型。大尺度传播模型描述的是大尺度发射--接收距离（数百或数千米）的信号强度变化，常用来估计发射机的无线电波覆盖范围。大尺度传播模型又可以分为传播路径损耗模型和阴影衰落模型。

【嵌牛鼻子】无线信道的传播模型——大尺度传播模型

【嵌牛提问】无线信道的大尺度传播分类及相应模型是什么？

【嵌牛正文】

1. 传播路径损耗模型

自由空间定义为电导率为零、电波传播具有各向同性的均匀无损耗的无限大空间。在这种理想空间中，电波以真空中的光速传播，不存在电波的反射、折射、绕射、色散和吸收等现象。

当发射端和接收端之间没有障碍物，即存在一个直射路径时，自由空间模型可以用来预测接收信号的强度。具体说来，在自由空间，如果收发端存在一条直视路径，接收天线收到的信号功率Pr,为距离d（单位: m）的函数，并服从逆平方律扩展，即:

由于在自由空间不存在阴影衰落和多径衰落，信道对信号传播只有路径损耗，路径损失PL(dB)定义为有效发射功率与接收功率之差，表示多径传输引起的信号功率扩展。

大量的实验统计和理论分析表明，接收信号的平均功率随着距离的增加而呈现指数的衰减。在实际应用中，根据理论分析和经验，无线信道平均路径损耗可以表示成发射端和接收端之间的距离的函数:

频率范围150～1500MHz，小区半径大于1km的宏蜂窝系统，基站有效天线高度在30~200m 之间，移动台有效天线高度在1～10m之间。

市区Okumura-Hata经验模型：

$式中，f是载波频率; h_te、h_re分别为发射、接收天线有效高度；d为二者距离，α(h_re )为移动天线修正因子，取决于环境。$

图1.2 Hata模型路径损耗仿真图

阴影衰落模型所讨论的主要是阴影衰落现象。当电磁波受到阻塞时，在这些阻碍物后面会形成阴影区，移动用户通过不同的阴影区，接收场强中的值将发生变化，从而形成衰落。阴影衰落的特征通常用对数正态分布的随机变量描述，所谓对数正态分布是指一随机变量以dB为单位表示时，其概率密度为正态分布。

在对数距离路径损耗模型中，平均路径损耗只考虑了距离所产生的影响，并没有考虑相同距离上不同路径的周围环境不同造成的信号强度的差异。大量的测量统计表明，在与发射端相距d的路径损耗PL(d)是一个服从对数正态分布的随机变量。

即对数正态分布描述了在具有相同的发射一接收距离的大量测量位置上发生的随机阴影效应，这一现象称为对数正态阴影。对数正态阴影意味着在某特定发射一接收距离上测量的信号电平具有高斯分布，其均值为平均路径损失。

当载波频率为2000MHz, 标准偏差为3dB，路径损失指数为2时，对数正态阴影路径损耗模型仿真如图1.3所示。叠加阴影后路劲损耗出现了随机变化。

图1.3 阴影衰落模型仿真图

在统计上，我们可以用参考距离、标准偏差和路径损失指数等参数描述了任意位置上具有特定发射―接收距离的阴影衰落模型。实际上，标准偏差和路径损失是根据收集到的大量的测量数据，利用线性递归方法，使路径损耗的测量值和估计值的均方误差最小的计算方法得到的。