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无线信道的一个典型特征是衰落现象：信号幅度在时间和频率上的波动。加性噪声是信号恶化的最普遍来源，衰落是另一种来源，其在无线信道中引起的是非加性的信号扰动。衰落也可由多径传播或障碍物遮蔽引起。
衰落大致分为两种：大尺度衰落和小尺度衰落。当移动设备长距离移动时（小区大小距离）会产生大尺度衰落。它由信号的路径损耗（关于距离的 func）和大型障碍物形成的阴影所引起的。小尺度衰落是当移动设备在较短距离内移动时，由多条路径的相消或相长干涉引起的信号电平快速波动。

1 大尺度衰落#

1.1 一般路径损耗模型#

自由空间传播模型用于预测视距环境中信号接收的强度。常用于卫星通信系统。

其中：
$P_t$ 为发射功率，单位：W
$d$ 表示发射机与接收机的距离，单位：m
各向异性天线时，发射天线增益为 $G_t$，接收天线增益为 $G_t$
$L$ 为与传播环境无关的系统损耗系统，表示实际硬件系统中的总体衰减
假设系统硬件没有损耗，则自由空间路径损耗为：

根据距离和天线增益不同，自由空间路径损耗如图所示：

若没有天线增益，则公式可以简化为：

对数距离路径损耗模型如下：

其中，$d_0$ 是一个参考距离，不同的传播环境中参考距离不同。例如，大范围覆盖的蜂窝系统（半径大于 10km），通常设置 $d_0$ 为 $1km$；对于小区半径为 $1km$ 或具有极小半径的微蜂窝系统，可以分别设置为 $100m$ 或 $1m$。
路径损耗指数 $n$ 由传播环境决定。

环境	路径损耗指数（n）
自由空间	2
市区蜂窝	2.7~3.5
市区蜂窝阴影	3-5
建筑物内视距传输	1.6-1.8
建筑物内障碍物组队	4-6
工厂内障碍物阻挡	2-3
对数距离路径损耗模型图如下：
由于周围环境会随着接收机的实际位置不同而改变，即使发射机到接收机之间的距离相同，每条路径也有不同的路径损耗。在设计更真实的环境时，对数正态阴影模型更加实用。令 $X_{\sigma}$ 表示均值为 $0$，标准差为 $\sigma$ 的高斯随机变量，对数正态阴影衰落模型为：

此时示意图为：

1.2 Okumura/Hata 模型#

在预测城市地区路径损耗的所有模型中，Okumura 模型是被采用最多的一种，主要适用于载波范围在 500-1500MHz，小区半径为 1-100km，天线高度为 30-1000m 的移动通信系统。Okumura 模型中路径损耗可以表示为：

其中，$A_{\mathrm {MU}}\left (f,d\right)$ 为频率为 $f$ 处的中等起伏衰减因子，$G_{AREA}$ 为具体地区的传播环境增益。
HATA 模型将 Okumura 模型扩展到了各种传播环境，包括城市、郊区、开阔地，为当今最常用的路径损耗模型。对于发射天线高度为 $h_{Tx}[m]$, 载波频率为 $f_c [MHz]$，距离为 $d [m]$，在市区中 Hata 模型的路径损耗为：

其中，$C_{Rx}$ 为与接收天线相关的系数，取决于覆盖范围的大小。
对于中等大小的覆盖范围，$C_{Rx}$ 取值为：

其中 $h_{Rx}[m]$ 为接收天线的高度。
对于大的覆盖范围，$C_{Rx}$ 取决于载波频率：

对于郊区，Hata 模型为：

对于开阔地，模型为：