無線傳播模型簡單匯總

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1、1鏈路分析LinkAnalysis在任何一個通信系統中，我們都會關注一個重要的參數：C/N。C/N是carrier-to-noiseratio的縮寫，它表示在通信接收端的載波噪聲比，反映了信道中信號功率和噪聲功率的比值，因此C/N可以來衡量一個通信系統的價值。鏈路方程式（Linkequation）是用通信系統的其它重要參數來計算C/N的方程式。根據鏈路方程式：（1）其中ERP是發(fā)射天線的有效輻射功率（effectiveradiatedpower），Lp是信道的傳播損耗，Gr是接收天線的增益，N是實際噪聲功率。ERP可以用下面的公式來計算：ERP=PtLcGt（2）其中Pt是發(fā)

2、射天線的功率放大器（poweramplifier）的輸出口測到的功率；Lc是連接功率放大器和發(fā)射天線的饋線上的損耗；Gt是發(fā)射天線的增益。在這里N被定義為熱噪聲，由下面的公式確定：N=kTW（3）-23其中k是玻爾茲曼（Boltzmann）常數（1.38×10W/Hz/K或者-228.6dBW/Hz/K）；T是接收天線處的噪聲溫度；W是系統帶寬。以后還會遇到另一個類似的參數C/I，或者叫載波干擾比（carrier-to-interferenceradio）。C/I和C/N的區(qū)別在于，C/I不但需要考慮熱噪聲的功率，還需要考慮來自其它來源的干擾功率，因此在移動通信系統中，C/I

3、參數更有實際價值。不過現在，我們只用C/N來表示鏈路質量。從（1）式中可以看到，發(fā)射天線增益、接收天線增益、發(fā)射功率、接收端噪聲溫度對鏈路質量（linkquality）有很大的影響。這四個參數都可以被系統設計者所控制，因此設計者可以通過改變這些參數來優(yōu)化系統的性能。但是，（1）式中有一個參數是系統設計者無法控制的，就是傳播損耗，或者叫路徑損耗。傳播損耗就是信號在發(fā)射天線到接收天線的路徑中經歷的衰減2傳播損耗（PropagationLoss）（1）式中傳播損耗包含了信號從發(fā)射端旅行到接收端可能會經歷的所有損失。有很多預測模型用來預測這些路徑損耗，盡管算法不同，但共同的一點是，發(fā)

4、射端和接收端之間的距離是一個至關重要的參數，換句話說，發(fā)射端和接收端之間的距離對路徑損耗的影響非常大。除了距離引起的損耗之外，其它因素也會增加新的損耗，比如在衛(wèi)星通信系統中，大氣影響和雨水吸收是決定接收信號功率的主要因素。這里我們描述三個模型：自由空間模型，Lee模型和Hata模型。2.1自由空間模型2在自由空間，電磁波的衰減是一個平方反比函數，或者是1/d，其中d是接收器和發(fā)射器之間的距離。完整的數學公式是：（4）其中λ是信號的波長。方程（4）也可以寫成對數的形式：Lp=-32.4-20log(f)-20log(d)（5）其中d是距離（單位：公理），f是信號頻率（單位：Hz

5、），而Lp的單位是dB（decibel，分貝）。從（4）推導到（5）時，我們用到了光速等于頻率和波長的乘積（c=λ×f）這個事實。一旦信號的頻率確定下來，（5）式右邊的第一項和第二項就確定了，因此Lp就完成是d的函數。如果將（5）式畫在對數-對數曲線上，則Lp曲線的斜率是距離每增加十倍衰減20分貝。自由空間模型背后的基本概念是：設想空間中存在著一個點信號源，它以球面波的形式向自由空間輻射信號。這個模型非常適用于衛(wèi)星通信系統和深空通信系統，因為信號經過的空間近似為自由空間。在蜂窩移動通信系統中，陸地上的障礙物和其它干擾因素會給信號帶來額外的損耗，因此必須用其它模型來預測傳播損耗

6、。2.2Lee模型陸地通信系統所處的傳播環(huán)境比自由空間差得多?；竞鸵苿佑脩糁g經常存在障礙物，因此接收到的信號是由沿直達路徑傳播的信號份量和沿非直達路徑傳播的信號份量混合組成。沿直達路徑傳播的信號又叫視距信號，而沿非直達路徑傳播的信號是發(fā)射信號被發(fā)射端和接收端之間的物體（比如建筑、樹木和山丘）反射、折射和繞射的結果。因此，陸地環(huán)境下的路徑損耗比自由空間大，而且各種障礙物對信號衰減的影響甚至會超過距離的影響。下面列舉一個適用于蜂窩通信系統頻段的簡單Lee模型公式：（6）其中d是基站和移動用戶之間的距離，而h是基站天線的高度。需要指出的是，功率損耗是距離的負3.84次方，而不是

7、自由空間模型中的負2次方，也就是說在陸地移動通信系統中，路徑損耗的情況比在自由空間中還有嚴重。另外，隨著基站高度h的提高，路徑損耗會減少。將（6）式轉成對數形式為：Lp=-129.45-38.4log(d)+20log(h)（7）在（7）式中，路徑損耗曲線的斜率是距離每增加10倍衰減38.4分貝。在工程設計中使用的Lee模型比（6）和（7）式復雜得多。這個模型是非常有用的，在不同的傳播和陸地條件下，需要在公式中添加更多的不同的參數。2.3Hata模型一個好的傳播模型應該能根據變化的傳播環(huán)境提供不同的必要