无线移动信道特性分析
刘海博, 吴 怡
【摘 要】为了更快捷方便地搭建无线通信网络，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。 【期刊名称】现代电子技术 【年(卷),期】2010(033)023 【总页数】4
【关键词】多径衰落; 路径损耗; 阴影效应; 平坦衰落; 瑞利分布; 莱斯分布
0 引 言
移动通信系统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，接收频率与发射频率之差称为多普勒频移。
为了深入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： Lp=Adα (1)
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可由下式给出： (2)
式中：Pt是发射功率；gt是发射天线增益；gr是接收天线增益；λ是电波波长。 自由空间的路径损耗Lf定义为： (3)
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。然而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[1]：
Lp(城区)=69.55+26.16lg fc-13.82lg hte- α(hre)+(44.9-6.55lg hte)lg d (4)
Lp(郊区)=Lp(城区)-2[lg(fc/28)]2-5.4 (5)
Lp(开阔地)=Lp(城区)-4.78(lg fc)2+ 18.38lg fc-40.98 (6)
式中:fc是载波频率(150～1 500 MHz)；hte是基站天线有效高度(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，α(hre)具有不同的表示形式。 (1) 中小城市
α(hre)=(1.11lg fc-0.7)hre-(1.56 lg fc-0.8) (7)
(2) 大城市、郊区或开阔地 当fc≤300 MHz时：
α(hre)=8.29(lg 1.54hre)2-1.1 (8)
当fc>300 MHz时:
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