目 录

第1章 无线通信移动信号建模导论 1

1.1 为什么写这本书？ 1

1.2 自由空间通信和移动通信的传播区别 1

1.3 移动信号处理 1

1.4 Lee模型发展历史 2

1.5 基本系统运行 3

1.6 移动射频信号：衰落信号 3

1.6.1 移动信号接收环境 3

1.6.2 信号衰落类型 4

1.6.3 衰落信号特性 4

1.6.4 平坦衰落 8

1.6.5 时延扩展引起的信号衰落——频率选择性衰落 9

1.6.6 多普勒扩展引起的信号衰落 10

1.6.7 短期衰落信号和长期衰落信号 10

1.7 频率复用引起的共道干扰 11

1.7.1 基本概念 11

1.7.2 仿真模型 13

1.7.3 仿真结果 14

1.8 传播衰落模型 17

1.8.1 瑞利衰落模型——短期衰落模型 17

1.8.2 对数衰落模型——长期衰落模型 18

1.8.3 无偏均值噪声估计 19

1.8.4 莱斯分布 21

1.9 三种基本传播机制 22

1.9.1 反射 22

1.9.2 衍射 26

1.9.3 散射 33

1.10 预测模型的应用 33

1.10.1 预测模型分类 33

1.10.2 不同大小区域的传播预测模型 34

1.10.3 一般环境下信号强度预测的考虑因素 34

1.10.4 预测干扰信号 36

1.11 总结 36

参考文献 36

附加文献 39

第2章 宏蜂窝预测模型I：区域-区域模型 40

2.1 自由空间损耗 40

2.2 平面地球模型 40

2.3 Young模型 41

2.4 布林顿（Bullington）组合 43

2.4.1 衰落、对流层传输折射和衍射 44

2.4.2 建筑和树木效应 44

2.5 Egli模型——杂波因子模型之一 46

2.6 JRC方法 47

2.7 整合地形的粗地球模型（TIREM） 48

2.7.1 TIREM简介 48

2.7.2 陆地传播公式总结 49

2.8 Carey模型 51

2.9 CCIR模型 51

2.9.1 模型描述 51

2.10 Blomquist-Ladell模型和Edwards-Durkin模型 53

2.11 Ibrahim-Parsons模型 55

2.11.1 经验公式的发现 55

2.11.2 两个建议模型 57

2.12 Okumara-Hata模型和COST 231 Hata模型 59

2.12.1 Okumura方法 59

2.12.2 COST 231 Hata模型 63

2.13 Walfisch-Bertoni模型 64

2.14 Ikegami模型 65

2.15 Walfisch-Ikegami模型 66

2.16 平坦边缘模型 69

2.17 ITU模型 70

2.17.1 ITU-R提案P.1546 71

2.17.2 ITU-R提案P.530-9 73

2.18 身体模型 74

2.18.1 模型1 74

2.18.2 模型2 74

2.19 总结 75

参考文献 75

第3章 宏蜂窝预测模型II：点-点模型 78

3.1 Lee模型 78

3.1.1 Lee宏蜂窝模型 78

3.1.2 Lee单断点模型——点-点模型 79

3.1.3 Lee模型变形 91

3.1.4 地形高度对信号强度预测的影响 93

3.1.5 地表形态对信号强度预测的影响 96

3.1.6 水增强 103

3.1.7 天线方向效应 108

3.1.8 预测数据文件 121

3.2 微调Lee模型 122

3.2.1 地形规范化方法 123

3.2.2 测量数据特性 124

3.2.3 无阻挡情形下测量曲线和预测曲线比较 125

3.2.4 阻挡路径的测量曲线与预测曲线比较 127

3.2.5 结论 132

3.3 改进Lee宏蜂窝预测模型 132

3.3.1 简介 132

3.3.2 算法 132

3.3.3 测量数据与预测数据 134

3.3.4 结论 137

3.4 Longley-Rice模型 137

3.4.1 点-点模型预测 137

3.4.2 区域模型预测 137

3.5 总结 140

3.5.1 模型实施方法 141

3.5.2 模型特征 142

参考文献 143

第4章 微蜂窝预测模型 146

4.1 简介 146

4.2 基本Lee微蜂窝预测模型 147

4.2.1 基本原理和算法 147

4.2.2 微蜂窝预测的输入数据 156

4.2.3 建筑对微蜂窝预测的影响 160

4.2.4 地形效应 162

4.2.5 四种情形的预测模型 165

4.2.6 测量数据的特性 166

4.2.7 模型有效性：测量与预测 168

4.2.8 整合其他属性于模型 173

4.3 微蜂窝预测模型和宏蜂窝预测模型的整合 175

4.3.1 两个模型的整合算法 175

4.3.2 测量数据处理 177

4.3.3 模型有效性：测量与预测 180

4.4 特定区域的模型调整 183

4.4.1 调整之前的Lee微蜂窝模型 183

4.4.2 Lee模型的调整算法 183

4.4.3 Lee模型验证 185

4.5 其他微蜂窝预测模型 186

4.5.1 简介 186

4.5.2 经验（路径损耗）模型 187

4.5.3 物理模型 190

4.5.4 非视距（NLOS）模型 192

4.5.5 ITU-R P.1411模型 194

4.6 总结 199

参考文献 200

第5章 室内（皮蜂窝）预测模型 203

5.1 简介 203

5.1.1 与其他模型的区别 203

5.1.2 室内射频系统的传播损伤和质量测量 203

5.1.3 Lee室内模型的闪光点 204

5.2 Lee室内预测模型 204

5.2.1 室内模型近中心距离的推导 204

5.2.2 单楼层（同一楼层）模型 209

5.2.3 确定室内路径损耗斜率 214

5.2.4 Lee模型的应用 214

5.2.5 测量数据的特征 214

5.2.6 模型验证（测量与预测） 216

5.2.7 覆盖与干扰之间的平衡 217

5.2.8 分析Lee室内预测模型 218

5.3 增强Lee室内模型 226

5.3.1 增强Lee模型的闪光点 226

5.3.2 研究不同情形的测量数据 226

5.3.3 测量数据与预测数据的比较 236

5.3.4 应用测量数据优化Lee模型 242

5.3.5 增强Lee室内模型的通用公式 247

5.4 路径损耗经验模型 249

5.4.1 Keenan-Motley模型（经验）与Lee模型的比较 250

5.4.2 爱立信断点模型（经验） 252

5.5 ITU模型 253

5.5.1 COST 231多墙模型（经验） 253

5.5.2 ITU-R 1238（经验） 254

5.6 物理模型——应用衍射几何理论（GTD） 255

5.6.1 室内射线跟踪模型（皮蜂窝） 255

5.6.2 FDTD 257

5.7 总结和结论 260

参考文献 261

第6章 Lee复合模型——三个模型的综合 266

6.1 引言 266

6.2 综合三个Lee模型 266

6.2.1 验证宏蜂窝模型 267

6.2.2 验证微蜂窝模型 268

6.2.3 验证建筑物内模型（皮蜂窝模型） 269

6.3 采用不同预测模型的系统设计 269

6.3.1 系统设计准备 269

6.3.2 设计参数和输入数据 269

6.3.3 系统覆盖 270

6.3.4 CDMA覆盖 272

6.3.5 采用新技术的特殊区域系统设计 274

6.4 Lee综合模型的用户菜单 284

6.4.1 Lee综合模型的整体系统设计流程图 284

6.4.2 室内蜂窝——Lee室内模型的点-点分析 286

6.4.3 微蜂窝——Lee微蜂窝模型的点-点分析 289

6.4.4 宏蜂窝——Lee宏蜂窝模型的点-点分析 291

6.5 如何应用预测工具 294

6.5.1 无线通信链路——信道 294

6.5.2 噪声、损耗和增益的类型 294

6.5.3 接收信号功率与噪声功率 295

6.5.4 计算链路预算所需的信息 296

6.5.5 链路预算分析 297

6.6 如何规划和设计好的无线系统 298

6.6.1 理解系统需求 299

6.6.2 选择正确预测模型 299

6.7 不同传输媒介的传播预测 300

6.7.1 卫星通信信号预测 300

6.7.2 水下通信信号预测 303

6.7.3 航空通信信号预测 304

6.7.4 动车通信信号预测 307

6.7.5 毫米波信号 308

6.8 总结和结论 308

参考文献 3092100433B

本书引据经典与展现前沿相结合，全面阐述了无线通信的传播预测模型，并涉及不同媒介传播及毫米波通信等前沿技术。全书共分6章，理论分析与实践数据相融合，对无线通信系统的Lee宏蜂窝、微蜂窝、室内蜂窝及其集成作了详细论述和分析比较，为无线网络的设计和管理提供了综合解决方案。 全书图文丰富、语言流畅，非常适合无线通信领域的工程技术人员及前沿技术研发工作者阅读。

简介

无线电波在空间或介质中传播具有折射、反射、散射、绕射以及吸收等特性。这些特性使无线电波随着传播距离的增加而逐渐衰减，如无线电波传播到越来越大的距离和空间区域，电波能量便越来越分散，造成扩散衰减；而在介质中传播，电波能量被介质消耗，造成吸收衰减和折射衰减等。

特性一

无线电波在真空中传播，称为在自由空间传播，它的传播特征为扩散衰减。衰减的定义为：距辐射源某传播距离处的功率密度同单位距离处的功率密度之比，其值反比于传播距离的平方。

特性二

在传播介质中，无线电波的传播特性不仅有扩散衰减，还有介质的折射和吸收造成的衰减。

通常指电磁波在各种介质中传播的一些典型方式。在地球上，无线电波的传播介质有地壳、海水、大气等。根据物理性质，可将地球介质由下而上地分为地壳高温电离层、地壳介质岩层、地壳表面导电层、大气对流层、高空电离层。不同频率的无线电波，在各层介质中传播的折射率n和吸收衰减常数ɑ各不相同。因而各种频段的无线电波在介质中传播均有其衰减较小的传播模式。适于通信的传播模式主要有以下九种。

地壳波导传播

以地壳表面导电层和地壳高温电离层为界面，以地壳介质岩层为介质形成地壳波导的传播模式。超长波或更长波段的电波可以在地壳波导中传播到千余公里。但由于深入地下数公里的天线难以建造，现在还不能实际应用于通信。

水下传播

无线电波在海水中传播的传播模式。电波在海水中的吸收衰减随频率升高而增大，目前仅用于超长波水下通信。

地表波传播

无线电波沿地壳表面传播的传播模式，又称地波传播。地面吸收衰减导致波阵面前倾，使单位距离吸收衰减率随传播距离的增大而增大。地面吸收衰减随频率升高而增大。地波传播用于中频（中波）以下频段。

电离层传播

利用电离层和地面对电磁波的一次或多次反射进行传播的传播模式，又称天波传播。电离层按高度由下而上地分为D、E、F1和F2等几个主要层次。各个层次中部的电子密度最大值由下而上逐层增加，而电子和中性气体分子的单位时间碰撞次数则逐层减少。电离层的高度和电子密度均随季节、昼夜和太阳黑子活动而变化。

无线电波只能在折射率n值随高度递减的区域开始折返地面，电波途径最高点处的折射率n值等于电波入射角θ₀的正弦函数。对应于某一折射角，存在一个最高频率，其传播途径的最高点可以达到F2层的最大电子密度区。此频率称为最高可用频率MUF。频率超过MUF的电波则穿透电离层不再返回地面。对应于最大入射角的最高可用频率的最大值约为30MHz。

由于电离层的吸收衰减，不同波段的无线电波各具有不同的特点，从而形成不同的传播模式。①短波段：电波可穿过D、E层到达F层，一般可满的条件，吸收衰减大致与频率的平方成反比，所以工作频率应尽量接近MUF。由于MUF随季节、昼夜和太阳黑子活动周期变化，工作频率必须相应地改变。此外，地壳表面导电层的上界面，对大入射角短波有良好的反射作用，可使下行天波转变为上行天波，这样就形成了多跳电离层传播模式。②中波段：昼间的D层有强烈的吸收作用，只有当夜间仅有E层存在时，才能形成电离层传播模式。③长波段和超长波段：电离层下缘满足条件ωV，昼间D层形成导电层反射面，夜间E层形成介质层反射面，并与地壳表面导电层构成大地-电离层波导的上下界面，其传播衰减主要来自电离层的吸收，衰减值随频率递增，超长波段的传播距离可达数千公里。

电离层散射传播

利用高度约85公里处电离层的不均匀性所产生的散射波进行通信的传播模式。工作频率为30～60MHz，传播距离为800～2000公里。

对流层散射传播

利用无线电波在大气湍流气团中产生的散射波进行超视距通信的传播模式。适用于超短波段，通信距离可达数百公里。

对流层视距传播

在低层大气中，利用直射波的传播模式，可分为广播通信和点对点通信两类。在大气折射率随高度增加而减小的正常分布情况下，直射波的传播途径向下弯曲，地球等效半径大于实际半径。当大气折射率在某高度区间出现随高度增加而增大的异常分布时，就会形成大气波导，使传播衰减远远小于正常的自由空间衰减值，短于厘米波段的直射波还会因为雨、雪、云、雾的吸收，雨滴的去极化和不均匀气团的散射，而受到影响。在收、发天线间不存在反射波屏蔽时，必须考虑地面反射波的影响。视距传播是超短波段和微波段的主要传播模式。用于广播通信和移动通信的传播距离一般可达60公里，用于微波接力通信的传播距离一般在50公里左右。

绕射传播

利用沿地壳表面的绕射波的传播模式。适用于超短波通信，也常用于广播和移动通信。

地空传播

无线电波穿透电离层的直射传播模式。电波穿过电离层会受到衰落、吸收、方向变化、传播时延、频率变化和极化面转动等的影响，这些影响随频率升高而迅速减弱。千兆赫以上的无线电波在穿过大气层时，受到氧分子和水分子吸收。在频率为60GHz处出现氧分子吸收峰值。水分子吸收则从频率为 15GHz才开始显著，并在频率为23GHz处出现一个吸收峰值。由于10MHz～20GHz的电波在自由空间传播所受的衰减影响较小，这个频率范围就形成一个无线电波的大气窗口，适于地空传播，是卫星通信、空间通信的唯一传播模式。

波段划分

在通信中根据无线电波的波长（或频率）把无线电波划分为各种不同的波段（或频段）。

各波段传播的特点

不同波长（或频率）的无线电波，传播特性往往不同，应用于通信的范围也不相同。

长波传播　距离300km以内主要是靠地波，远距离(2000km)传播主要靠天波。用长波通信时，在接收点的场强稳定，但由于表面波衰减慢，对其它收信台干扰大。长波受天电干扰的影响亦很严重。此外由于发射天线非常庞大，所以利用长波作为通信和广播的不多，仅在越洋通信、导航、气象预报等方面采用。

中波传播　白天天波衰减大，被电离层吸收，主要靠地波传播，夜晚天波参加传播，传播距离较地波远，它主要用于船舶与导航通信，波长为2000—200m的中波主要用于广播。

短波传播　有地波也有天波。但由于短波的频率较高．地面吸收强烈，地表面波衰减很快，短波的地波传播只有几十公里。天波在电离层中的损耗减少，常利用天波进行远距离通信和广播。但由于电离层不稳定，通信质量不佳，短波主要用于电话电报通信，广播及业余电台。

超短波传播　由于超短波频率很高，而地波的衰减很大，电波穿入电离层很深乃至穿出电离层，使电波不能反射回来，所以不能利用地表面波和天波的传播方式，主要用空间波传播。超短波主要用于调频广播、电视，雷达、导航传真、中继、移动通信等。电视频道之所以选在超短波(微波及分米波)波段上，主要原因是电视需要较宽的频带(我国规定为8Mllz)。如果载频选得比较低，例如选在短波波段，设中心频率f_o=20MHz，则相对带宽f/f_o=8/20=40%。这么宽的相对带宽会给发射机、天馈线系统、接收机以及信号传输带来许多困难，因此选超短波波段，提高载频以减小相对带宽。