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《通信工程》学习资料 2013年2月 移动无线通信的信号传播特性 哈尔滨工业大学通信技术研究所 2013年2月摘 要 无线信道要成为一种可靠的高速通信媒质存在着严峻的挑战。无线信道易受噪声、干扰和其他信道因素的影响，而且由于用户的移动和信道的动态变化，这些因素还在随时间随机变化。本课程将通过分析移动无线通信信号的传播特性，进而介绍大尺度传播效应和小尺度传播效应来建模无线信号传播的信道。 课程首先介绍电波传播，并给出信号模型，然后研究路径损耗引起的接收信号功率随距离变化的规律。然后重点研究阴影效应所引起的接收信号功率随距离变化的规律，研究障碍物通过吸收、反射、散射和绕射等方式对信号的衰减，介绍射线跟踪传播模型。最后，由于在实际当中确定性模型不足以反映多径信道的真实特性，必须要采用统计方法来描述多径信道。因此课程进一步讨论一类能够描述信道中多径相互叠加产生干涉情形的衰落模型。 本课程具有内容详实，讲述由浅入深，简明透彻，概念清楚，重点较为突出等特点。为了更好地掌握本课程，读者需要高等数学，信号与系统及随机信号分析等相关课程的基础，讲解过程中涉及到的相关内容请查阅相关课程的参考书。通过本课程的学习，能够使读者理解无线信号传播的特性，熟悉根据不同应用环境、应对不同信道特征而建立的各种移动通信信号的信道模型，最终达到能够熟练、准确的根据使用场景来应用信道模型分析无线通信系统的目的。 目 录 不要删除行尾的分节符，此行不会被打印目 录 摘 要 I 第1章 无线信号传播和路径损耗 4 1.1 无线电波传播 6 1.2 发送和接收信号模型 7 1.3 自由空间路径损耗 11 1.4 射线跟踪 12 1.4.1 两径模型 14 1.4.2 十径模型（介电峡谷） 19 1.4.3 通用路径跟踪 21 1.4.4 本地平均接收功率 25 第2章 经验路径损耗模型和阴影衰落 26 2.1 经验路径损耗模型 26 2.1.1 奥村模型 (Okumura Model) 27 2.1.2 哈塔模型 (Hata Model) 28 2.1.3 哈塔模型的COST231扩展 29 2.1.4 折线（多斜率）模型 29 2.1.5 室内衰减因子 31 2.2 简化的路径损耗模型 32 2.3 阴影衰落 34 2.4 路径损耗和阴影衰落的混台模型 39 2.5 路径损耗和阴影衰落造成的中断率 39 2.6 小区覆盖范围 40 第3章 窄带统计多径信道模型 44 3.1 时变信道的冲激响应 45 3.2 窄带衰落模型 52 3.2.1 自相关、互相关及功率谱密度 53 3.2.2 包络和功率分布 63 3.2.3 电平通过率和平均衰落时长 66 3.2.4 有限状态马氏信道 69 第4章 窄带统计多径信道模型 71 4.1 宽带衰落模型 71 4.1.1 功率时延谱 76 4.1.2 相干带宽 78 4.1.3 多普勒功率谱和信道相干时间 81 4.1.4 自相关和散射函数的变换 82 4.2 离散时间模型 84 4.3 空时信道模型 86 结 论 88 参考文献 89 千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行 无线信号传播和路径损耗 无线信道要成为一种可靠的高速通信媒质存在着严峻的挑战。无线信道易受噪声、干扰和其他信道因素的影响，而且由于用户的移动和信道的动态变化，这些因素还在随时间随机变化。我们讨论由路径损耗（path loss）和阴影（shadowing) 效应所引起的接收信号功率随距离变化的规律。路径损耗是由发射功率的辐射扩散及信道的传播特性造成的。在路径损耗模型中，一般认为对于相同的收发距离，路径损耗也相同。阴影效应是由发射机和接收机之间的障碍物造成的，这些障碍物通过吸收、反射、散射和绕射等方式衰减信号功率，严重时甚至会阻断信号。路径损耗引起长距离上（100m~1000m）接收功率的变化。而阴影引起障碍物尺度距离上（室外环境是10m~100m，室内更小）功率的变化。两者在相对较大的距离上引起功率变化，故称其为大尺度传播效应（large-scale propagation effect）。之后的章节所要讨论的多径信号干涉也会引起接收功率的变化，但这种变化发生在波长数量级距离上，这个距离较短，所以称为小尺度传播效应（small-scale propagation effects）。在路径损耗、阴影效应和多径传播的综合影响下，接收功率和发送功率比值的分贝值（dB）与距离对数值的关系如图1-1所示。 图1-1 路径损耗、阴影及多径与距离的关系 本