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86. 无线通信中的信号衰减模型有哪些？86、无线通信中的信号衰减模型有哪些？在当今高度依赖无线通信的时代，我们能够随时随地与他人保持联系、获取信息，这都得益于无线通信技术的不断发展。
然而，在无线通信中，信号在传输过程中不可避免地会发生衰减，这会影响通信的质量和可靠性。
为了更好地理解和预测信号衰减的情况，科学家们提出了多种信号衰减模型。
首先，我们来了解一下自由空间传播模型。
这是一种相对简单但基础的模型，它假设信号在没有任何障碍物的理想自由空间中传播。
在这种情况下，信号的衰减与传输距离的平方成正比，与信号的频率也有关系。
自由空间传播模型适用于卫星通信等长距离、无障碍的通信场景。
比如说，当我们通过卫星电视接收信号时，就可以用这个模型来大致估计信号的衰减情况。
路径损耗模型是另一个常见的信号衰减模型。
它考虑了信号在实际环境中传播时，由于建筑物、地形、植被等因素造成的损耗。
路径损耗模型通常比自由空间传播模型更复杂，因为它需要考虑更多的实际因素。
比如在城市环境中，高楼大厦会阻挡信号，导致信号强度大幅下降；在山区，地形的起伏也会对信号传播产生影响。
阴影衰落模型则关注的是由于大型障碍物（如山丘、建筑物等）造成的信号阴影效应。
这种模型认为，即使在同一地点，信号强度也会因为障碍物的遮挡而出现随机的波动。
这种波动通常用对数正态分布来描述。
想象一下，当你在一个高楼林立的城市街道行走时，有时会突然发现手机信号变弱，这可能就是受到了阴影衰落的影响。
多径衰落模型是无线通信中一个非常重要的模型。
当信号在传播过程中遇到多个反射和散射体时，会产生多个路径的信号，这些信号在接收端叠加，可能导致信号幅度和相位的快速变化，从而引起多径衰落。
多径衰落分为快衰落和慢衰落两种情况。
快衰落通常发生在移动速度较快的情况下，比如在行驶的汽车中；慢衰落则与环境的长期变化有关。
瑞利衰落模型是多径衰落模型中的一种常见形式。
它假设信号的多径分量是相互独立的，并且没有直射路径。
（
（
（（
例：已知基站处天线增益为10dB, 发射功率为10W, 移动台接
路径损耗：表示信号衰减，定义为有效发射功率和接收功（1）远场预测
的天线的远场
S偏振P偏振
上述两种情况下，对于理想导体界面有：
S偏振：反射电场与入射电场大小相等，相位连续。
P偏振：反射电场与入射电场大小相等，相位相差半个波长。
（
不同无线环境下的路径损耗指数：
数正态分布，即
）
参考距离d0、路径损耗指数n和标准方差 ，系统地描述了具有特定距离的位置的路径损耗模型。
该模型可用于无线系统设计和分析过
为 处的接收功率，
为使用路径损耗模型对 的估计值。
那么测量与估计值的均方差之和为 ∑
,使该值最小。
）利用（*）式计算 ： = 10nlog /
=-3n, =-10n, =-14.77n
=6525-2887.8n+327.15n 2
距离处，载波频。
无线信道的衰落特性无线通信近年来移动通信技术飞速发展，经历了三个发展阶段，第一代模拟系统仅提供语音服务，不能传输数据；第二代数字移动通信系统的数据传输速率也只有9.6Kbit/s，最高可达32kbit/s；第三代移动通信系统数据传输速率可达到2Mbit/s。
随着第三代移动通信(3G)陆续在各国投入商业运营，必将给人们的生活带来更多的方便。
过去所采用的一些成熟的无线技术，例如窄带信道中的调制技术，由于其速率的限制，已渐渐被宽带信道调制技术所代替，对宽带信道的传输性能及调制技术的研究已经达到前所未有的高度。
无线通信的发展目标是使用者能够在任意地点、任何时间与任何人实现即时通信。
无线电波的传播无线信道的电波传输特性与传播环境—地貌、人工建筑、气候特征、电磁干扰情况、通信体移动速度和使用的频段等密切相关。
无线通信系统的通信能力和服务质量、无线通信设备要采用的无线传输技术都与无线移动信道性能的好坏密切相关。
电磁波在空中传播时，墙壁、地面、建筑物和其他物体会对电磁波形成反射、散射、折射和衍射等现象。
无线移动信号的损耗包括自由空间传播损耗与弥散、阴影衰落和多径效应。
无线电波在理想的空间中传播时，电磁波的能量不会被障碍物吸收，也不存在电波的反射、折射、绕射、色散和吸收等现象，但是随着传播距离的增大，电磁能量在扩散过程中产生球面波扩散损耗；由于电波传播遇到的障碍物等阻挡，形成电波阴影区，阴影区的电场强度减弱的现象称为阴影效应。
引起的衰落幅度服从对数正态分布（正态衰落或高斯衰落）；由于移动传播环境的多径传播引起的衰落称为多径衰落。
当接收信号中无主导信号时，衰落振幅服从瑞利分布。
当接收信号中有主导信号时，衰落振幅服从莱斯分布。
多径衰落使信号电平起伏不定，严重时将影响通话质量。
无线电波的衰落作用使得到达接收端的信号的功率变小。
在发射机和接收机之间的存在的任何障碍物都会引起信号功率的衰减。
发送和接收信号模型在频率范围为0.3GHz~3GHz的UHF频段和频率范围为3GHz~30GHz的SHF 频段，电波的传播特性良好，天线尺寸也比较小，很适合无线通信。
路径损耗、阴影衰落和多径衰落转载▼路径损耗（path loss）是由发射功率的辐射扩散及信道的传输特性造成的。
在路径损耗模型中一般认为对于相同的收发距离，路径损耗也相同。
阴影（shadowing）效应是发射机和接收机之间的障碍物造成的，这些障碍物通过吸收、反射、散射和绕射等方式衰落信号功率，严重时甚至会阻断信号。
多径衰落即接收机所接收到的信号是通过不同的直射、反射、折射等路径到达接收机。
由于电波通过各个路径的距离不同，因而各条路径中发射波的到达时间、相位都不相同。
不同相位的多个信号在接收端叠加，如果同相叠加则会使信号幅度增强，而反相叠加则会削弱信号幅度。
这样，接收信号的幅度将会发生急剧变化，就会产生衰落。
路径损耗引起长距离上（100m～1000m）接收功率的变化，而阴影引起障碍物尺度距离上（室外环境是10m～100m，室内更小）功率的变化。
两者在相对较大的距离上引起功率变化，故称其为大尺度传播效应（largescale propagation effect）。
多径信号干扰也会引起接收功率的变化，但这种变化发生在波长数量级距离上，这个距离较短，所以称为小尺度传播效应（smallscale propagation effects）。
多径信号的时延扩展可以导致频率选择性衰落（frequency-selective fading），即针对信号的中不同的频率万分，无线传输信道会呈现不同的随机响应，由于信号中不同频率分量的衰落是不一致的，所以经过衰落之后，信号波形就会发生畸变。
由此可以看到，当信号的速率较高，信号宽带超过无线信道的相干带宽时，信号通过无线信道后各频率分量的变化是不一样的，引起信号波形的失真，造成符号间的干扰，此时就认为发生了频率选择性衰落；反之，当信号的传输速率较低，信道带宽小于相干带宽时，信号通过无线信道后各频率分量都受到相同的衰落，因而衰落波形不会失真，没有符号间干扰，则认为信号只是经历了平衰落，即非频率选择性衰落。
第二章 思考题与习题1 无线电波传播共有哪几种主要方式？各有什么特点？答：典型的电波传播方式有直射、反射、折射、绕射、散射等。
当电波的直射路径上无障碍物时，电波直接到达接收天线；当电波的直射路径上存在障碍物时，电波会绕过障碍物遮挡向前传播形成绕射波；当电波在平坦地面上传播时，因大地和大气是不同的介质而使入射波在界面上产生反射波；当电波入射到粗糙表面时，反射能量由于散射而散布于所有方向，形成散射波。
2 自由空间传播的特点是什么？答：自由空间传播是指空间周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。
电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。
电波在自由空间传播时，媒质的相对介电常数和相对导磁率都等于1，传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强忽略不计。
自由空间中电波传播损耗为32.4420lg (km)20lg (MHz)fs L d f =++，其中，d 为T-R 间距离，f 为电波频率。
其规律是:与2d 成反比→距离越远，衰减越大；与2f 成反→频率越高，衰减越大。
3 设发射机天线高度为40m ，接收机天线高度为3 m ，工作频率为1800MHz ，收发天线增益均为1，工作在市区。
试画出两径模型在1km 至20km 范围的接收天线处的场强。
（可用总场强对0E 的分贝数表示）解：因为）（ϕ∆-+=j Re 1E E 0又因为18001501;f MHz MHz R =>=-所以有 此时接收到的场强为)1(Re1E E ])37(1)43(1[20022d d d j j e E +-+-∆--=+=πϕ）（ 用分贝表示为km d km e E E d d d j 201)1lg(10])37(1)43(1[2022<<-=+-+-π用Matlab 画出变化曲线。
由式（2-29）可知，其规律是: —与4d 成反比→比自由空间衰减快得多。
ITU-R P.1238-5建议书用于规划频率范围在900 MHz到100 GHz内的室内无线电通信系统和无线局域网的传播数据和预测方法（ITU-R第211/3号课题）（1997-1999-2001-2003-2005-2007年）范围本建议书介绍了在900 MHz 至100 GHz频率范围内的室内传播的指导原则，主要内容如下：–路径损耗模型；–时延扩展模型；–极化和天线辐射图的效应；–发射机和接收机选址的效应；–建材装修和家具的效应；–室内物体移动的效应。
考虑到a）正在开发将在室内工作的许多短距离（工作范围短于1 km）的个人通信应用；b）正如许多现有产品和热门的研究活动所表明的那样，无线局域网（RLAN）和无线专用交换机（WPBX）需求很旺盛；c）希望设立无线局域网标准，可与无线和有线通信都兼容；d）采用非常低功率的短距离系统在移动和个人环境下提供业务有许多优点；e）在建筑物内的传播特性和在同一区域内许多用户引起的干扰这两方面的知识，对系统的有效设计是非常重要的；f）用于系统初步规划和干扰估算的通用（即与位置无关）模型和用于某些细致评估的定型（或具体地点）模型都是需要的；注意到a）ITU-R P.1411建议书为频率范围在300 MHz到100 GHz的室外短距离电波传播提供了指导，并且该建议也应该作为同时存在室内和室外传播条件的那些情况下的参考文件。
建议1 对工作于900 MHz到100 GHz之间的室内无线电系统的传播特性进行评估时，采用附件1中的资料和方法。
附件 11 引言室内无线电系统的传播预测在某些方面是与室外系统有区别的。
跟室外系统中一样，根本目的是保证在所要求的区域内有效覆盖（或在点对点系统情况下保证有可靠的传播路径）和避免干扰，包括系统内的干扰以及其他系统的干扰。
然而，在室内情况下，覆盖的范围是由建筑物的几何形状明确地限定的，而且建筑物本身的各边界将对传播有影响。
除了一建筑物的同一层上的频率要重复使用外，经常还希望在同一建筑物的各层之间要频率共用。
电波传播中信号增强技术的应用分析在当今信息高度发达的时代，电波信号的传播质量对于通信、广播、导航等众多领域的正常运行至关重要。
然而，由于各种因素的影响，电波在传播过程中往往会出现信号衰减、干扰等问题，从而影响信息的准确传输。
为了解决这些问题，信号增强技术应运而生，并在实际应用中发挥着重要作用。
电波传播的基本原理要理解信号增强技术，首先需要了解电波传播的基本原理。
电波是以电磁波的形式在空间中传播的，其传播方式主要包括地波传播、天波传播和视线传播等。
地波传播主要适用于低频和长波信号，能够沿着地球表面传播较远的距离，但信号容易受到地面障碍物和电磁干扰的影响。
天波传播则利用电离层的反射和折射，适用于中波和短波信号，可以实现远距离通信，但信号的稳定性和可靠性相对较差。
视线传播则主要用于微波和毫米波信号，需要在收发端之间存在直视路径，信号传播距离相对较短，但具有较高的带宽和传输速率。
电波在传播过程中会受到多种因素的影响，导致信号强度减弱。
这些因素包括路径损耗、多径衰落、阴影衰落和干扰等。
路径损耗是由于电波在空间传播过程中的扩散和吸收导致的能量衰减，与传播距离的平方成正比。
多径衰落是由于信号经过不同路径到达接收端时，由于相位和幅度的差异而产生的信号衰落现象。
阴影衰落则是由于建筑物、山脉等障碍物阻挡信号传播而造成的信号衰减。
干扰则包括来自其他无线电设备的同频干扰、邻频干扰和互调干扰等，会严重影响信号的质量。
信号增强技术的分类为了提高电波传播中的信号质量，人们研发了多种信号增强技术。
这些技术可以大致分为以下几类：1、功率增强技术功率增强技术是通过增加发射端的发射功率来提高信号强度。
这种方法简单直接，但也存在一些局限性，如增加了能耗、可能对其他频段造成干扰等。
2、天线技术天线是电波信号的发射和接收装置，通过优化天线的设计和布局可以有效地增强信号。
例如，采用高增益天线可以提高信号的发射和接收效率；使用智能天线技术可以根据信号的来向自适应地调整天线的方向和波束形状，从而提高信号的接收质量。
