电波传播 第十讲 阴影衰落.ppt

电波传播 第十讲 阴影衰落 传播机制分类 大尺度传播机制 描述区域均值 幂定律传播特征 中尺度传播机制 描述重叠在大尺度传播特性的中值电平上的平均功率变化 对数正态阴影 小尺度传播机制 描述多径衰落 通常服从瑞利概率密度函数 阴影遮挡1 在几十到几百个波长距离上的信号小尺度变化用瑞利统计描述 由于阴影遮挡、地形变化引起的信号中尺度变化，要采用高斯统计描述 通过起伏地形和高度随机变化的成排建筑物的传播呈现的慢衰落统计特性，或小范围内取平均的变化，这给路径损耗上加上了一个随机变化 阴影遮挡2 阴影衰落使预测的路径损耗产生相当大的变化 阴影变化产生原因是移动台和基站之间大的地形特征： 如宏小区中的建筑物和丘陵，有效变化尺度为几百个波长 微蜂窝中的象车辆这样较小的物体，有效变化尺度在几十个波长左右 阴影遮挡3 围绕一条以基站为圆心的圆形路线上收集数据时，在正态概率纸上画出的用分贝表示的平均接收功率时是一线性分布 因此称阴影衰落为对数正态－阴影传播机制 因为这种衰落的时间长度比快衰落更长，也称为慢衰落 典型的平均接收功率的分布 阴影遮挡4 对数正态－阴影传播机制 基站发射的信号遇到地形、地物等阴影的影响，在信号到达接收天线时，是多次反射绕射信号的叠加； 每次反射、绕射都给相应信号带来一定程度的衰减，因此可以把这些信号都建模成随机变量； 中心极限定律指出，多个随机变量的和呈正态分布； 因此多个信号叠加得到的接收信号可以建模成均值为0的正态分布。 阴影遮挡5 接收信号强度的概率曲线的斜率和对数正态阴影的均方差（标准差） 有关； 对数正态阴影的均方差与测试面积有关。 当测试面积覆盖到几公里时，均方差通常是10dB左右；在考虑的面积减小时，均方差有所下降。 均方差的典型值为5～12dB左右。 阴影变化随频率有所增加 当环境变得开阔时有所下降 对数正态阴影衰落 在接收信号电平的变化中，包络电平为r(t), 平均包络电平为 ，即 平均包络电平 称为本地平均。它代表在特定地点处几十个波长上取中值后在小范围内取平均后的包络电平值。 平均包络电平 是一随机变量，表示阴影遮挡效应。 平均功率电平 ，也称为均方包络，其中功率 对数正态分布的概率密度1 实验研究表明 和 服从对数正态分布 对数正态的概率密度2 对数正态分布中的均值 称为区域均值 区域均值是在一个大到足以包含了所要求考虑的阴影范围的区域上取平均的结果 区域均值由基站和移动台之间的传播路径损耗所决定 的均值为 的方差为 其中 、 是正态分布的均值和方差 dB表示的正态概率密度1 利用随机变量的变换 得到以单位dB表示的正态分布的概率密度 其中 dB表示的正态概率密度2 平均包络电平 和平均功率电平 是两个物理含义不同的随机变量。 两者的标准差 是相同的 宏蜂窝应用中，标准差范围从5～12dB，典型值是8dB。 微蜂窝应用中，标准差范围从4～13dB 阴影衰落的标准差随频率而轻微增加，如1800MHz比900MHz高0.8dB。 阴影衰落标准差随都市化程度或散射体密度的增加而减小。郊区环境比市区环境高1.3～1.8dB dB表示的正态概率密度3 将均值 归一化为0，标准差 归一化为1的话，可以将以dB表示的正态概率密度变换为标准正态分布N(0,1)的概率密度函数 dB表示的正态概率分布函数 高斯随机变量的累积分布函数可以通过对概率密度的积分得到 或者用补余误差函数来表示 阴影遮挡和路径损耗的结合1 如果把路径损耗和阴影变化结合起来，在离基站距离d处的几十个波长间隔上的平均接收功率为 阴影变化电平是具有0dB均值的正态分布，与所在位置有关。 在同样距离d的另一些位置上测量平均功率的话，虽然不同的障碍物起作用，但是各测量信号的集合仍呈现出正态分布 阴影遮挡和路径损耗的结合2 阴影变化电平 是具有0dB均值正态分布的随机变量，因此需要研究该随机变量变成负值以致使 变得很小而危害通信系统的性能。 由 的累积分布函数得到 小于或等于某给定值 的概率为 阴影遮挡和路径损耗的结合3 由正态概率积分表可以查得 假设阴影标准差 ，上表对应的x值就分别为 x＝-13.16dB, 有5％地方的 等于或比该值更差； x＝-10.25dB, 有10％地方的 等于或比该值更差； x＝-6.734dB, 有20％地方的 等于或比该值更差； 阴影遮挡对系统设计的影响 在设计一个移动通信系统时，通常采用相应的辅助软件来计算