歷史

針對無線信道的建模與仿真，前人已經(jīng)提出了許多方法。Clarke曾經(jīng)提出了經(jīng)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，之后Jakes提出了簡化的SOS模型，并被廣泛接受。然而Jakes模型存在明顯的不足：信道非平穩(wěn)，信道正交分量之間相關(guān)性強(qiáng)，不能用來構(gòu)建多徑頻率選擇性衰落信道等。因此，關(guān)于Jakes模型的改進(jìn)一直在進(jìn)行中。Pop和Beaulieu曾引入隨機(jī)平均分布相位，解決了信道非平穩(wěn)性問題，但仍不能生成多徑非相關(guān)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(guān)性，并且認(rèn)為此類模型適用于多徑瑞利衰落信道。

上面所述的信道仿真都是針對Clarke模型假設(shè)的各向同性傳播環(huán)境。事實上，無線信道大多處于復(fù)雜的傳播環(huán)境中，信道中的散射分量并非完全無方向性，而是常常具有各向異性的特點。采用AR模型可以反映出復(fù)雜環(huán)境對衰落信道二階統(tǒng)計特性產(chǎn)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(tài)進(jìn)行預(yù)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(jìn)行分析。最初，E.N.Gilbert和E.O.Elliott提出被廣泛分析和使用的應(yīng)用用于突發(fā)噪聲信道的Gilbert-Elliott模型，在此基礎(chǔ)上，人們研究了更加復(fù)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(tài)，利用信道的記憶性對下一時刻的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，當(dāng)信道為快衰落時需要大量的狀態(tài)和轉(zhuǎn)移概率，使得該模型有時也過于復(fù)雜。

定義及意義

無線傳播模型是為了更好的更準(zhǔn)確的研究無線傳播而設(shè)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(wǎng)小區(qū)規(guī)劃的基礎(chǔ)。模型的價值就是保證了精度，同時節(jié)省了人力、費用和時間。在規(guī)劃某-區(qū)域的蜂窩系統(tǒng)之前，選擇信號覆蓋區(qū)的蜂窩站址使其互不干擾，是一個重要的任務(wù)。如果不用預(yù)期方法，唯-的方法就是嘗試法，通過實際測量進(jìn)行。這就要進(jìn)行蜂窩站址覆蓋區(qū)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(yù)期方法并通過計算機(jī)計算，通過比較和評估計算機(jī)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(zhǔn)確與否關(guān)系到小區(qū)規(guī)劃是否合理，運營商是否以比較經(jīng)濟(jì)合理的投資滿足了用戶的需求。由于我國幅員遼闊，各省、市的無線傳播環(huán)境千差萬別。例如，處于丘陵地區(qū)的城市與處于平原地區(qū)的城市相比，其傳播環(huán)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(jù)經(jīng)驗而無視各地不同地形、地貌、建筑物、植被等參數(shù)的影響，必然會導(dǎo)致所建成的網(wǎng)絡(luò)或者存在覆蓋、質(zhì)量問題，或者所建基站過于密集，造成資源浪費。隨著我國移動通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，各運營商越來越重視傳播模型與本地區(qū)環(huán)境相匹配的問題。

一個優(yōu)秀的移動無線傳播模型要具有能夠根據(jù)不同的特征地貌輪廓，像平原、丘陵、山谷等，或者是不同的人造環(huán)境，例如開闊地、郊區(qū)、市區(qū)等，做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。這些環(huán)境因素涉及了傳播模型中的很多變量，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(tǒng)計方法，測量出大量的數(shù)據(jù)，對模型進(jìn)行校正。一個好的模型還應(yīng)該簡單易用。模型應(yīng)該表述清楚，不應(yīng)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(qū)域會得出不同的預(yù)期值。一個好的模型應(yīng)具有好的公認(rèn)度和可接受性。應(yīng)用不同的模型時，得到的結(jié)構(gòu)有可能不-致。良好的公認(rèn)度就顯得非常重要了。

無線傳播的方式

電磁波的傳播方式是多種多樣的，發(fā)射機(jī)天線發(fā)出的無線電波，可以從不同的路徑到達(dá)接收機(jī)，如圖所示。圖1中，直射波是指從發(fā)射天線直接到達(dá)接收天線的電波；反射波是指從發(fā)射機(jī)發(fā)出后經(jīng)過地面反射到達(dá)接收機(jī)的電波；地表面波是指從發(fā)射機(jī)發(fā)出的沿地球表面?zhèn)鞑サ碾姴�。總體上，可以將無線傳播歸結(jié)為反射、繞射和散射3種方式。

圖1 無線傳播

特點

極為隨機(jī)，難于分析，難于模擬；非視距、多徑、運動、造成衰落。

在無線通信系統(tǒng)中，電波遇到各種障礙物時會發(fā)生反射和散射現(xiàn)象，它對直射波會有干擾，即產(chǎn)生多徑衰落現(xiàn)象。

由于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(rèn)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(chǎn)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(kuò)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(zhì)、溫度和氣壓的影響，產(chǎn)生折射和吸收現(xiàn)象，對于900MHz及其以下的波段產(chǎn)生的折射尤為突出，將直接影響視線傳播的極限距離。

分類

對于傳播模型的研究，目前采用的研究方法主要有：對給定范圍內(nèi)平均接收場強(qiáng)進(jìn)行預(yù)測，估算特定位置附近場強(qiáng)的變化。用于預(yù)測平均場強(qiáng)并估計無線覆蓋范圍的傳播模型，由于它們描述的是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間長距離的場強(qiáng)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(nèi)的接收場強(qiáng)的快速波動的傳播模型，稱為是小尺度衰減模型。

5.1大尺度傳播模型

 聽語音

描述了長距離內(nèi)接收信號的強(qiáng)度的緩慢變化，這些變化是由發(fā)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(nèi)傳播模型

5.2小尺度模型

 聽語音

描述短距離或短時間內(nèi)接收信號強(qiáng)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(guī)劃中一般只考慮大尺度衰落，關(guān)心的是接收點信號場強(qiáng)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，用于傳輸技術(shù)的選擇和數(shù)字接收機(jī)的設(shè)計，在規(guī)劃中一般不予考慮。