無線傳播模型

無線傳播模型是為了更好的更準確的研究無線傳播而設計出來的一種模型。通信信道按傳輸媒介分為有線信道和無線信道。在無線信道中有長波地表面波傳播、短波電離層反射傳播、超短波和微波直射以及各種散射傳播。

信道根據特性參數隨外界各種因素的影響而變化的快慢，通常分為“恆參信道”和“變參信道”。

基本介紹

• 中文名：無線傳播模型
• 外文名：Wirelesspropagationmodel

歷史背景

針對無線信道的建模與仿真，前人已經提出了許多方法。Clarke曾經提出了經典的Clarke模型，針對此模型有不同的仿真模型。有正弦波疊加法，之後Jakes提出了簡化的SOS模型，並被廣泛接受。然而Jakes模型存在明顯的不足：信道非平穩，信道正交分量之間相關性強，不能用來構建多徑頻率選擇性衰落信道等。因此，關於Jakes模型的改進一直在進行中。Pop和Beaulieu曾引入隨機平均分布相位，解決了信道非平穩性問題，但仍不能生成多徑非相關信道。YahongR.Zheng和ChenshanXiao提出了幾種模型，大大改善了瑞利衰落信道正交分量間的非相關性，並且認為此類模型適用於多徑瑞利衰落信道。

上面所述的信道仿真都是針對Clarke模型假設的各向同性傳播環境。事實上，無線信道大多處於複雜的傳播環境中，信道中的散射分量並非完全無方向性，而是常常具有各向異性的特點。採用AR模型可以反映出複雜環境對衰落信道二階統計特性產生的重大影響。

從另一角度來考慮，可以利用信道的記憶性來對下一時刻信道的狀態進行預測，這就是Markov衰落信道模型。多年來，很多研究工作都利用了Markov模型，對各種實際衰落信道進行分析。最初，E.N.Gilbert和E.O.Elliott提出被廣泛分析和使用的套用用於突發噪聲信道的Gilbert-Elliott模型，在此基礎上，人們研究了更加複雜的信道模型，比如隱形Markov鏈。Markov模型將信道分為有限個狀態，利用信道的記憶性對下一時刻的狀態進行預測，當信道為快衰落時需要大量的狀態和轉移機率，使得該模型有時也過於複雜。

定義及意義

無線傳播模型是為了更好的更準確的研究無線傳播而設計出來的一種模型。

傳播模型是非常重要的。傳播模型是移動通信網小區規劃的基礎。模型的價值就是保證了精度，同時節省了人力、費用和時間。在規劃某-區域的蜂窩系統之前，選擇信號覆蓋區的蜂窩站址使其互不干擾，是一個重要的任務。如果不用預期方法，唯-的方法就是嘗試法，通過實際測量進行。這就要進行蜂窩站址覆蓋區的測量，在所建議的方案中，選擇最佳者。這種方法費錢，費力。利用高精度的預期方法並通過計算機計算，通過比較和評估計算機輸出的所有方案的性能，我們就能夠很容易地選出最佳蜂窩站址配置方案。因此，可以說傳播模型的準確與否關係到小區規劃是否合理，運營商是否以比較經濟合理的投資滿足了用戶的需求。由於我國幅員遼闊，各省、市的無線傳播環境千差萬別。例如，處於丘陵地區的城市與處於平原地區的城市相比，其傳播環境有很大不同，兩者的傳播模型也會存在較大差異。因此如果僅僅根據經驗而無視各地不同地形、地貌、建築物、植被等參數的影響，必然會導致所建成的網路或者存在覆蓋、質量問題，或者所建基站過於密集，造成資源浪費。隨著我國移動通信網路的飛速發展，各運營商越來越重視傳播模型與本地區環境相匹配的問題。

一個優秀的移動無線傳播模型要具有能夠根據不同的特徵地貌輪廓，像平原、丘陵、山谷等，或者是不同的人造環境，例如開闊地、郊區、市區等，做出適當的調整。這些環境因素涉及了傳播模型中的很多變數，它們都起著重要的作用。因此，一個良好的移動無線傳播模型是很難形成的。為了完善模型，就需要利用統計方法，測量出大量的數據，對模型進行校正。一個好的模型還應該簡單易用。模型應該表述清楚，不應該給用戶提供任何主觀判斷和解釋，因為主觀判斷和解釋往往在同-區域會得出不同的預期值。一個好的模型應具有好的公認度和可接受性。套用不同的模型時，得到的結構有可能不-致。良好的公認度就顯得非常重要了。

無線傳播方式

電磁波的傳播方式是多種多樣的，發射機天線發出的無線電波，可以從不同的路逕到達接收機，如圖1所示。圖1中，直射波是指從發射天線直接到達接收天線的電波；反射波是指從發射機發出後經過地面反射到達接收機的電波；地表面波是指從發射機發出的沿地球表面傳播的電波。總體上，可以將無線傳播歸結為反射、繞射和散射3種方式。

圖1 無線傳播

特點介紹

極為隨機，難於分析，難於模擬；非視距、多徑、運動、造成衰落。

在無線通信系統中，電波遇到各種障礙物時會發生反射和散射現象，它對直射波會有干擾，即產生多徑衰落現象。

由於在天線的周圍為無限大的真空，因此，直射波在傳播時，可以認為是在理想信道中傳播。在理想信道中傳播的電磁波在傳播時其能量不會被障礙物所吸收，也不會產生反射、散射和繞射。但電波傳播過程中仍會因為輻射能量的擴散而衰減。

在實際的移動通信中，電波在低層大氣中傳播，會受到大氣中不均勻的介質、溫度和氣壓的影響，產生折射和吸收現象，對於900MHz及其以下的波段產生的折射尤為突出，將直接影響視線傳播的極限距離。

分類

對於傳播模型的研究，採用的研究方法主要有：對給定範圍內平均接收場強進行預測，估算特定位置附近場強的變化。用於預測平均場強並估計無線覆蓋範圍的傳播模型，由於它們描述的是發射機與接收機之間長距離的場強變化，通常將這種模型稱為大尺度傳播模型；而描述短距離(幾個波長)或短時間(秒級)內的接收場強的快速波動的傳播模型，稱為是小尺度衰減模型。

大尺度模型

描述了長距離內接收信號的強度的緩慢變化，這些變化是由發射天線和接收天線之間傳播路徑上的障礙物遮擋造成的。

主要的模型代表由：Lee模型、Okumura-Hata模型、COST231-Hata模型、Walfisch-Ikegami模型、室內傳播模型

小尺度模型

描述短距離或短時間內接收信號強度快速變化的模型。

主要的模型代表：AGWN模型、Raleigh時變信道模型、倫琴衰落模型。

在規劃中一般只考慮大尺度衰落，關心的是接收點信號場強的平均值，因此只用到大尺度傳播模型，而小尺度衰落一般用在理論研究中，用於傳輸技術的選擇和數字接收機的設計，在規劃中一般不予考慮。