西安电子科技大学：《移动通信系统》课程教学课件（讲稿）第二讲 移动通信信道

第二讲移动通信信道

第二讲 移动通信信道

内容 自由空间传播模型 室外路径损耗传播经验模型 》室内路径损耗传播经验模型 多径信道的基本特征和参数 ”多径信道的统计分析 Mobile Communication Theory

2 内容 v自由空间传播模型 v室外路径损耗传播经验模型 v室内路径损耗传播经验模型 v多径信道的基本特征和参数 v多径信道的统计分析 Mobile Communication Theory

自由空间的电波传播 ◆什么叫自由空间？无任何衰减、无任 何阻挡、无任何多径的传播空间。 ◆无线电波在自由空间传播时，其单位 面积中的能量会因为扩散而减少。这 d 种减少，称为自由空间的传播损耗。 ◆如图所示，发射功率为P,发射天线 为各向均匀辐射，则以发射源为中心 ,d为半径的球面上单位面积的功率 为： S=PT/4πd2 Mobile Communication Theory

Mobile Communication Theory 3 自由空间的电波传播 u什么叫自由空间？无任何衰减、无任 何阻挡、无任何多径的传播空间。 u无线电波在自由空间传播时，其单位 面积中的能量会因为扩散而减少。这 种减少，称为自由空间的传播损耗。 u如图所示，发射功率为PT，发射天线 为各向均匀辐射，则以发射源为中心 ，d为半径的球面上单位面积的功率 为： S ＝ PT / 4 d2 PT d

自由空间的电波传播 ◆由于天线有方向性（设发射天线增益为G),则接收点的 电波功率密度 S= PT 4a3G, (W/m2》 ◆设接收天线的有效接收面积为A,则 (m2) 4π 其中G为接收天线增益，2为自由空间波长。 ◆接收天线处的功率为： 入 PR=( )2PTGTGR (W) 4πd Mobile Communication Theory

4 u由于天线有方向性（设发射天线增益为GT）,则接收点的 电波功率密度 u设接收天线的有效接收面积为 ，则 其中GR为接收天线增益，为自由空间波长。 u接收天线处的功率为: Mobile Communication Theory 自由空间的电波传播 G ( W m ) πd P S T T 2 2 4    2 2 4 G m π λ A R  R ) P G G (W) πd λ P ( R T T R 2 4  AR

自由空间的电波传播 ◆自由空间传播损耗定义为Ls=PPR,即 以分贝表示为： Ls (dB )32.45 +20 log f 20 log d -10 log(GGR) ◆忽略天线增益的影响（理想点天线），则 Ls(dB )=32.45 +20 log f+20 log d Mobile Communication Theory

5 u自由空间传播损耗定义为 LS= PT /PR ,即 以分贝表示为： u忽略天线增益的影响（理想点天线)，则 Mobile Communication Theory 自由空间的电波传播   32 .45 20 log 20 log 10 log( ) S G T G R L dB   f  d  T R T R S c G G πfd λ G G πd L 4 1 4 1 2 2               L dB  f d S  32 .45  20 log  20 log

信道衰落的分类 冬信道的衰落 由于信号传播中可能经历反射、绕 射和散射三个过程，接收信号一般 地讲是一个多径信号。 随着发射机 和接收机距离的增大， 接收信号的 损耗是十分明显的。 65 70 冬衰落的分类（时间、空间、频率) 4151671号烈22562”2 ●在时间上，分为慢衰落和快衰落。慢衰落描述的是信号幅度的 长期变化，是传播环境在较长时间、较大范围内发生变化的结果， 因此又被称为长期衰落、大尺度衰落。快衰落则描述了信号幅度的 瞬时变化，与多径传播有关，又被称为短期衰落、小尺度衰落。 ·在空间上，分为瑞利衰落和莱斯衰落。瑞利衰落适用于从发射机 到接收机不存在直射信号的情况；相反，莱斯衰落适用于发射机到 接收机存在直射路径的情况。 ● 在频率上，分为平坦性衰落和选择性衰落。 Mobile Communication Theory 6

Mobile Communication Theory 6 信道衰落的分类 v 信道的衰落 由于信号传播中可能经历反射、绕 射和散射三个过程， 接收信号一般 地讲是一个多径信号。 随着发射机 和接收机距离的增大， 接收信号的 损耗是十分明显的。 v 衰落的分类（时间、空间、频率） • 在时间上，分为慢衰落和快衰落。慢衰落描述的是信号幅度的 长期变化，是传播环境在较长时间、较大范围内发生变化的结果， 因此又被称为长期衰落、大尺度衰落。快衰落则描述了信号幅度的 瞬时变化，与多径传播有关，又被称为短期衰落、小尺度衰落。 • 在空间上，分为瑞利衰落和莱斯衰落。瑞利衰落适用于从发射机 到接收机不存在直射信号的情况；相反，莱斯衰落适用于发射机到 接收机存在直射路径的情况。 • 在频率上，分为平坦性衰落和选择性衰落

内容 冬自由空间传播模型 室外路径损耗传播经验模型 。室内路径损耗传播经验模型 ”多径信道的基本特征和参数 。多径信道的统计分析 Mobile Communication Theory

7 内容 v自由空间传播模型 v室外路径损耗传播经验模型 v室内路径损耗传播经验模型 v多径信道的基本特征和参数 v多径信道的统计分析 Mobile Communication Theory

Okumura模型 冬Okumura模型 70 市区 k,=200m hu=3m ●适用频率范围150MHz d/km 3GHz,距离1~100km, 天线高度30~1000m。 90 ·预测城区信号时使用最广泛 80 70 的模型，在日本已经成为系 60 40 统规划的标准 50 ·开发了一套在特定条件下自 30 由空间中值损耗的曲线。 2 ●缺点：对城区和郊区的快速 变化反应较慢，和实际情况 /km 偏差约10-14dB。 10 100 200300500700.1000 20003000 频率MHz 典型中等起伏地上市区的基本中值 Mobile Communication Theory 8

Mobile Communication Theory 8 Okumura模型 典型中等起伏地上市区的基本中值

Okumura-Hata模型 冬路径损耗计算的经验公式 Lso(dB)=69.55+26.16logf。-13.82logh。-a(he) +(44.9-6.551ogh)logd+Cco+Crem 式中厂。一工作频率(150~1500MHz) 一基站天线有效高度(30200m) 移动台天线有效高度(1~10m) 基站天线和移动台天线之间的水平距离(1八10km) h)一有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数 中小城市 1.11og￡-0.7h。-1.561og￡-0.8) a(h)= 大城市、郊区、乡村 8.29log1.54h/-1.1(E≤300z) 3.20og11.754h.-4.97(E>300M Cm一小区类型校正因子 0 城市 Coell= - 2og/28-54 郊区 -4.78logf6月-18.331ogf-40.94乡村 Cm一地形校正因子，反映一些重要的地形环境因素对路径损耗的影响 Mobile Communication Theory

9 v 路径损耗计算的经验公式 式中 — 工作频率（150~1500MHz） — 基站天线有效高度(30~200m) — 移动台天线有效高度(1~10m) — 基站天线和移动台天线之间的水平距离 （1~10km） — 有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数 — 小区类型校正因子 — 地形校正因子，反映一些重要的地形环境因素对路径损耗的影响 Mobile Communication Theory Okumura-Hata 模型       te cell terr c te re h d C C L dB f h h         44.9 6.55log log 50 69.55 26.16log 13.82log  c f hte hre   re  h                                h f MHz h f MHz f h f h re c re c c re c re 3.2 log11.754 4.97 300 8.29 log1.54 1.1 300 大城市、郊区、乡村 中小城市 1.1log 0.7 1.56 log 0.8 2 2  Ccell                 4 78log 1833log 4094 乡村 2log 28 5 4 郊区 0 城市 2 2 － . f . f . C f . c c cell c Cterr d

cOST-231Hata模型 路径损耗计算的经验公式 Lso(dB)=46.3+33.9l0g f-13.82logh -a(h) +(44.9-6.55l0ghe)logd+Ccen Crerr +C 式中CM一大城市中心校正因子 0 dB 中等城市和郊区 CM= 3 dB 大城市中心 两种Hata模型的主要区别 适用的频率范围 Okumura-Hata模型：150MHz-1500MHz; C0ST-231Hata模型：1500MHz-2GHz 。 频率衰减因子 0 kumura-Hata模型：26.16；C0ST-231Hata模型：33.9 COST-231Hata模型增加了一个大城市中心衰减 大城市中心地区路径损耗增加3dB Mobile Communication Theory 10

10 v 路径损耗计算的经验公式 式中 —大城市中心校正因子 v 两种Hata模型的主要区别 • 适用的频率范围 Okumura-Hata模型：150MHz-1500MHz ; COST-231 Hata模型：1500MHz-2GHz • 频率衰减因子 Okumura-Hata模型：26.16；COST-231Hata模型：33.9 COST-231Hata模型增加了一个大城市中心衰减 大城市中心地区路径损耗增加3dB Mobile Communication Theory COST-231 Hata模型       te cell terr M c te re h d C C C L dB f h h          44.9 6.55log log 50 46.3 33.9log 13.82log  CM     3 大城市中心 0 中等城市和郊区 dB dB CM