无线移动信道特性分析

无线移动信道特性分析

时间：2011-07-18 16:04:22 来源：山西电子技术 作者： 摘 要：为了更快捷方便地搭建无线通信网

通信网

通信的实质就是信息的传递，通网就是由硬件和软件组成的用来传输信息的网络。由各种用户终端、交换中心、集中器、连接器以及连接它们之间的传输线路组成。还必须有管理网络运行的软件（如所谓的标准、信今、协议）。

络，对由多径效应和多普勒频移引起的大尺度衰落和小尺度衰落等信道特性进行了分析，总结其一般的传播规律，并利用Matlab软件对路径损耗模型及平坦衰 落模型进行了仿真分析，为无线通信研究人员分析和仿真信道提供基础。

0引言

移动通信系统

通信系统

通信系统是为把用户非电形式的消息传送到远方，现代通信技术在发送端以用户终端设备将作为信源的消息转换成电信号，并令其经信道传送到远方的接收端，接收端用户终端设备再从所接收信号中还原出受信消息（信宿）。

是依靠无线信道实现的，它是最复杂的无线通信信道之一。移动通信系统的性能主要受到无线信道的制约，无线信道环境的好坏直接影响着通信质量的好坏。信号从发送机到接收机的过程 中，受到地

形或障碍物的影响，会发生反射、绕射、衍射等现象，接收机接收到的信号是由不同路径的来波组合而成，这种现象称为多径效应。由于不同路径的来波到达时间不同，导致相位不同。不同 相位的来波在接收端因同相叠加而加强，因反相叠加而减弱，会造成信号幅度的变化，称为衰落，这种由多径引起的衰落称为多径衰落。当发射机与接收机之间存在相对运动时，接收机接收的信号频率 与发射机发射的信号频率不相同，这种现象称为多普勒效应，接收频率与发射频 射频

射频（简称RF）射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。通常是指30MHz ~ 4GHz频段。

率之差称为多普勒频移。

为了深人研究和实际应用的需要，把无线信道的衰落主要分为两种形式：大尺度衰落和小尺度衰落。

1 大尺度衰落

大尺度衰落是由于发射机与接收机之间的距离和两者之间的障碍物引起的平均信号能量减少，包括路径损耗和阴影衰落，其中路径损耗是由发射功率的幅度扩散及信道的传播特性造成的。阴影衰落是由 发射机与接收机之间的障碍物造成的。

1．1 路径损耗

陆地传播的路径损耗的公式可简单表示为：

式中：A是传播常量；α是路径损耗系数；d是发射机与接收机的距离。

在自由空间下，接收机接收的信号平均功率P，可由下式给出：

式中：Pt是发射功率；gt是发射天线

天线

天线的基本功能是辐射和接收无线电波。发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电磁波转换为高频电流。天线的一般原理是：当导体上通以高频电流时，在其周围空间会产生电场与磁场。按电磁场在空间的分布特性，可分为近区、中间区、远区。设R为空间一点到导体的距离，是高频电流信号的波长，在R＜λ／2π时的区域称近区，在该区内的电磁场与导体中电流、电压有紧密的联系；在R＞A／2π的区域称为远区，在该区域内电磁场能离开导体向空间传播，它的变化相对于导体上的电流、电压就要滞后一段时间，此时传播出去的电磁波已不与导线上的电流、电压有直接的联系了，这区域的电磁场称为辐射场。 [全文]

增益；gr是接收天线

天线

天线的基本功能是辐射和接收无线电波。发射时，把高频电流转

换为电磁波；接收时，把电磁波转换为高频电流。天线的一般原理是：当导体上通以高频电流时，在其周围空间会产生电场与磁场。按电磁场在空间的分布特性，可分为近区、中间区、远区。设R为空间一点到导体的距离，是高频电流信号的波长，在R＜λ／2π时的区域称近区，在该区内的电磁场与导体中电流、电压有紧密的联系；在R＞A／2π的区域称为远区，在该区域内电磁场能离开导体向空间传播，它的变化相对于导体上的电流、电压就要滞后一段时间，此时传播出去的电磁波已不与导线上的电流、电压有直接的联系了，这区域的电磁场称为辐射场。

增益；λ是电波波长。

自由空间的路径损耗Lf定义为：

由式（1）可得出，路径损耗与距离的α次方成正比。

由式（3）可知，在自由空间下，路径损耗与距离的平方成反比。然丽在实际的移动环境中，接收信号的功率要比自由空间下小很多，路径损耗系数一般可取为3～4。

1．2 路径传输损耗模型

关于路径损耗的模型，目前应用最广泛的是Okumura模型，Hata对Okumura模型进行了公式化处理，所得到的基本损耗（单位：dB）公式如下：

式中：Fc是载波频率（150～1 500 MHz）；hte是基站 基站

基站子系统(BSS)是移动通信系统中与无线蜂窝网络关系最直接的基本组成部分。在整个移动网络中基站主要起中继作用。基站与基站之间采用无线信道连接，负责无线发送、接收和无线资源管理。而主基站与移动交换中心(MSC)之间常采用有线信道连接，实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信连接。

天线有效高度（30～200 m），定义为基站天线实际海拔高度与基站沿传播方向实际距离内的平均地面海拔高度之差；hre是移动台有效天线高度（1～10 m），定义为移动台天线高出地表的高度；d是基站天线和移动台天线之间的水平距离（1～20 km）；α(hre)是有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数，对于不同的区域，a（hre）具有不同的表示形式。

（1）中小城市

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时间：2011-07-18 16:04:22 来源：山西电子技术 作者：

（2）大城市、郊区或开阔地

当fc≤300 MHz时：

当fc>300 MHz时：

1.3 阴影衰落

信号在传播过程中会遇到各种障碍物的阻挡，从而使接收功率发生随机变化，因此需要建立一个模型来描述这种信号功率的随机衰减。造成信号衰减的因素是未知的，所以只能用统计模型来表征这种随机衰减，最常用的统计模型是对数正态阴影模型”它可以精确地描述室内和室外无线传播环境中的接收功率变化。

阴影效应的建模是一个乘性的且通常是随时间缓慢变化的随机过程。即接收信号功率可表示为：

式中：Lp是平均路径损耗;Pt(t)提发射功率；Pφ（t）是阴影效应的随机过程。

对数正态阴影模型把发射和接收功率的比值φ＝Pt/Pr，假设为一个对数正态分布的随机变量，其概率密度函数为：

式中：

测时，是以dB为单位的的均值。实是的φ dB标准差，是以dB等于平均路径损耗；

为单位的路径损耗标准差。

对数正态阴影衰落的参数一般采用对数均值

dB，对于典型的蜂窝和微波环境，

变量代换，服从均值为，单位是的变化范围是5～12 dB。经的正态分布，即：

、标准差为

2 小尺度衰落

小尺度衰落是由于发射机与接收机之间空间位置的微小变化引起的，描述小范围内接收信号场强中瞬时值的快速变化特性，是由多径传播和多普勒频移两者共同作用的结果，包括由多径效应引起的衰落和信道时变性引起的衰落，具有信号的多径时延扩展特性和信道的时变特性。

根据信号带宽和多径信道的相干带宽关系，将由多径效应引

起的衰落分为平坦衰落和频率选择性衰落。

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