无线通信基础---第2章--大尺度路径损耗

1 功率

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 2 无线电波传播特性

(1)自由空间传播

        1、视距传播(LOS)可近似为自由空间传播。

        2、反射与透射(介电常数不同)【反射系数、透射系数、透射损耗、半波损失】

        3、散射(遇到粗糙表面)【表面粗糙程度、散射接收功率】

        4、绕射(波长越长,越容易绕射)【菲涅尔区】

        5、多普勒频移

        gif.latex?f_%7BD%7D%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%5Cpi%7D%5Cfrac%7B%5CDelta%20%5Cphi%20%7D%7B%5CDelta%20t%7D%3D%5Cfrac%7Bv%7D%7B%5Clambda%20%7D%5Ccos%20%5Ctheta%3D%5Cfrac%7Bvf%7D%7Bc%7D%5Ccos%20%5Ctheta

3 大尺度路径损耗模型

        我在这里说明大尺度衰落的一个易被忽略的概念:大尺度衰落表示在远大于信号波长量级的尺度上表现出的损耗(表现在图上就是横坐标为m甚至km为单位的尺度)。在这个尺度上,我们无需关注相位、频率的快速变化,只需考虑由于距离或阻挡造成的信号幅度变化。

(1)对数路径损耗模型 [Path loss]

       路径损耗含义:在大尺度下。发射机通常被看作是一个点源,其能量均匀向以其为球心的球面范围发射,因此随着距离的增加,球面越大,球面上一点的能量将越来越少,这就是路径损耗。路径损耗和距离成正比,其比例与介质相关。

        在准确性要求不高的场合中应用广泛,适合做性能估算。

        平均路径损耗:

gif.latex?%5B%5Coverline%7BPL%7D%28d%29%5D%28dB%29%3D%5B%5Coverline%7BPL%7D%28d_%7B0%7D%29%5D%28dB%29+10n%5Clg%20%28%5Cfrac%7Bd%7D%7Bd_%7B0%7D%7D%29

        n: 路径损耗系数(取决于不同环境,自由空间中n=2)

        gif.latex?d_%7B0%7D: 参考距离

        gif.latex?%5Coverline%7BPL%7D: 给定d值所有可能路径损耗的平均

(2)阴影衰落 [shadowing]

       含义: 由障碍物遮挡造成,影响大小取决于障碍厚度、障碍物介质、信号频率。可以想象成发射机作为光源,接收机位于障碍物的阴影区域。并且由于衍射,阴影区域的衰落大小是连续变化和不均匀的,可以很直观的根据阴影区域的阴暗程度做定性比较。

        目的:测试特定环境下特定距离的经验路径损耗,对测量结果的大量平均。

        特定位置的路径损耗是一个随机变量,与平均路径损耗共同构建对数正态阴影模型,表示为:

 gif.latex?%5BPL%28d%29%5D%28dB%29%3D%5B%5Coverline%7BPL%7D%28d_%7B0%7D%29%5D%28dB%29+10n%5Clg%20%28%5Cfrac%7Bd%7D%7Bd_%7B0%7D%7D%29+X_%7B%5Csigma%20%7D

         注意:等式左边为特定环境下的随机路径损耗,区别于前式的平均损耗。

        随机变量gif.latex?X_%7B%5Csigma%20%7D:单位:dB        均值:0dB        标准差:gif.latex?%5Csigma        正态分布

        f0e35092e87f409caa5c4e13e5644d49.jpeg

(3)影响

        实际通信系统中,通常都需要根据大尺度损耗特性提前预算发射功率。

        中断概率:距离d处接收功率小于门限功率 gif.latex?%5Cgamma 的概率。

        小区覆盖率:给定门限功率,计算小区边界处的中断概率,进而求得覆盖率

 4 室外和室内路径损耗模型

        本节为更加精确的模型,在此只做罗列。

室外

        1、奥村模型

        2、哈塔模型(Hata model)

        3、COST231(哈塔模型扩展)

        4、COST231-Walfish-Ikegami模型

室内

        1、基础模型        单斜率模型、多斜率模型、线性距离模型

        2、衰减因子模型

        3、ITU-R室内信道模型

        4、IEEE 802.11n

        5、WINNER II 模型

        6、COST 231 Hata

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