無線傳播模型基本理論

1、1Module und Variations_E中國移動通信集團設計院有限公司無線所中國移動通信集團設計院有限公司無線所2008年年3月月2中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司第一節(jié) 無線電波傳播-衰落衰落影響：衰落影響： 接收電平下降，影接收電平下降，影響接收靈敏度響接收靈敏度 傳播時延變化，影傳播時延變化，影響同步響同步 波形畸變，產(chǎn)生誤波形畸變，產(chǎn)生誤碼碼發(fā)射數(shù)據(jù)發(fā)射數(shù)據(jù)-40-35-30-25-20-15-10-50dB接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)3中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司衰落組成陸地移動通信中的任何一次通信，其衰落都必然陸地移動通信中的

2、任何一次通信，其衰落都必然包含這三種成分，傳播模型的研究對象是中尺度包含這三種成分，傳播模型的研究對象是中尺度的慢衰落變化的慢衰落變化 幅度衰減較大的路徑損耗幅度衰減較大的路徑損耗大尺度衰落大尺度衰落 伴隨中等幅度衰減的具有對數(shù)正態(tài)分布特性的慢變化成分，俗伴隨中等幅度衰減的具有對數(shù)正態(tài)分布特性的慢變化成分，俗稱陰影衰落稱陰影衰落中尺度衰落中尺度衰落 多徑衰落，又稱快衰落多徑衰落，又稱快衰落小尺度衰落小尺度衰落4中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司快衰落和慢衰落距離距離(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落慢衰落在幾十個波長

3、的長度上呈現(xiàn)比較慢的變化趨勢、快衰落慢衰落在幾十個波長的長度上呈現(xiàn)比較慢的變化趨勢、快衰落則是疊加在其上的快變化成分則是疊加在其上的快變化成分5中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司第二節(jié) 傳播模型介紹 傳播模型表征的是在某種特定環(huán)境或傳播路徑下電波的傳播傳播模型表征的是在某種特定環(huán)境或傳播路徑下電波的傳播損耗情況損耗情況 。其主要研究對象是傳播路徑上障礙物陰影效應帶來。其主要研究對象是傳播路徑上障礙物陰影效應帶來的慢衰落影響。的慢衰落影響。在傳播模型研究方面主要有如下兩種流派：在傳播模型研究方面主要有如下兩種流派： 直接應用電磁理論計算的確定性模型直接應用電磁理論計算的

4、確定性模型 基于大量測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計模型，又稱為經(jīng)驗模型基于大量測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計模型，又稱為經(jīng)驗模型6中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司傳播模型介紹兩種模型的比較兩種模型的比較 確定性模型適合室內(nèi)或微小區(qū)的模型預測，但由于其應用比較確定性模型適合室內(nèi)或微小區(qū)的模型預測，但由于其應用比較復雜，計算量很大，所以目前較少使用，比較有代表性如射線跟復雜，計算量很大，所以目前較少使用，比較有代表性如射線跟蹤法；蹤法； 統(tǒng)計模型適用于宏蜂窩信號的預測，它的研究歷史悠久，是一統(tǒng)計模型適用于宏蜂窩信號的預測，它的研究歷史悠久，是一種比較成熟的技術，它得到了包括國際電聯(lián)（種比較成熟的技術，

5、它得到了包括國際電聯(lián)（ITUITU）、）、歐洲電信標歐洲電信標準化組織（準化組織（ETSIETSI）以及許多著名通信廠商的認可與采用，目前比以及許多著名通信廠商的認可與采用，目前比較著名的，應用較廣泛的模型大多是統(tǒng)計模型，比如較著名的，應用較廣泛的模型大多是統(tǒng)計模型，比如 OkumuraOkumura模型、模型、HataHata模型、模型、Egli Egli 模型。模型。7中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司傳播模型分類 平坦地面宏蜂窩電波傳播模型平坦地面宏蜂窩電波傳播模型 Okumura-HataOkumura-Hata COST 231 COST 231 Gener

6、al Model General Model 丘陵與山地丘陵與山地 EgliEgli 微蜂窩電波傳播模型微蜂窩電波傳播模型 Walfish-IkegamiWalfish-Ikegami Ray-Tracing Ray-Tracing 室內(nèi)覆蓋電波傳播模型室內(nèi)覆蓋電波傳播模型8中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司傳播模型介紹其中：其中： L(Urban) L(Urban)為平坦市區(qū)的中值傳播損耗（為平坦市區(qū)的中值傳播損耗（dBdB） F F為頻率，范圍為頻率，范圍150150MHz-1500MHzMHz-1500MHz HbHb為基站天線高度，范圍為基站天線高度，范圍30

7、-20030-200mm HmHm為移動臺天線高度，范圍為移動臺天線高度，范圍1-101-10mm d d為傳播距離，范圍為傳播距離，范圍1-201-20kmkm a(Hm)a(Hm)為移動臺天線修正因子為移動臺天線修正因子Okumura-Okumura-Hata Hata 模型模型)(log)log55. 69 .44(log82.13log16.2655.69)(HmadHbHbFUrbanL9中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司傳播模型介紹其中其中: : L(Urban)L(Urban)為平坦市區(qū)的中值傳播損耗（為平坦市區(qū)的中值傳播損耗（dBdB）F F為頻率，范

8、圍為頻率，范圍15001500MHz-2000MHzMHz-2000MHzHbHb為基站天線高度，范圍為基站天線高度，范圍30-20030-200mmHmHm為移動臺天線高度，范圍為移動臺天線高度，范圍1-101-10mmd d為傳播距離，范圍為傳播距離，范圍1-201-20kmkma(Hm)a(Hm)為移動臺天線修正因子為移動臺天線修正因子Cm = 0dBCm = 0dB，對于中小城市、郊區(qū)對于中小城市、郊區(qū)Cm = 3dBCm = 3dB，對于大城市對于大城市Cost231Cost231- -HataHata模型模型CmHmadHbHbFUrbanL)(log)log55. 69 .44(

9、log82.13log9 .333 .46)(10中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司傳播模型介紹Ploss=K1+K2logd+K3(Hms)+K4log(Hms)+K5log(Heff)+Ploss=K1+K2logd+K3(Hms)+K4log(Hms)+K5log(Heff)+ K6log(Heff)log(d)+K7diffn+Kclutter K6log(Heff)log(d)+K7diffn+Kclutter 其中其中: : Ploss Ploss： 路徑損耗路徑損耗 ( (dB) dB) d d： 基站到移動臺之間的距離（基站到移動臺之間的距離（kmkm

10、） Hms Hms： 移動臺所在地面上的高度（移動臺所在地面上的高度（mm）。）。 Heff Heff： 基站天線的有效高度（基站天線的有效高度（mm）。）。 Diffn Diffn： 使用使用Epstein PetersonEpstein Peterson、DeygoutDeygout或或BullingtonBullington的等效刃形的等效刃形衍射方法計算的衍射損耗。衍射方法計算的衍射損耗。規(guī)劃軟件中標準宏小區(qū)傳播模型規(guī)劃軟件中標準宏小區(qū)傳播模型11中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司傳播模型介紹k1 & k2k1 & k2：截距和斜率截距和斜率K

11、3K3：移動天線的高度因數(shù)移動天線的高度因數(shù)K4K4：HmsHms的的Okumura HataOkumura Hata的的Multiplying FactorMultiplying FactorK5K5：有效天線高度增益有效天線高度增益 K6K6：Log (Heff)Log(d)Log (Heff)Log(d)。這是這是log(Heff)log(d)log(Heff)log(d)值的值的Okumura HataOkumura Hata類型的類型的Multiplying FactorMultiplying FactorK7K7：衍射系數(shù)衍射系數(shù)Clutter_LossClutter_Loss：地

12、物損耗參數(shù)地物損耗參數(shù)參數(shù)含義參數(shù)含義12中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司第二節(jié) 模型校正的必要性統(tǒng)計模型的先天不足統(tǒng)計模型的先天不足每一個模型的提出都與提出人每一個模型的提出都與提出人/ /廠商所在的地區(qū)有關系，每一個廠商所在的地區(qū)有關系，每一個模型都只是客觀上反映了進行模型修正的這些地區(qū)，而事實上模型都只是客觀上反映了進行模型修正的這些地區(qū)，而事實上由于各個地區(qū)，各個不同的城市，其地物地貌有著很大的不同，由于各個地區(qū)，各個不同的城市，其地物地貌有著很大的不同，特別在我國，地域廣闊，地理類型多樣，各地的地形地貌千差特別在我國，地域廣闊，地理類型多樣，各地的地形地貌

13、千差萬別，這就決定了當要把一個模型應用到其他地區(qū)時，必須對萬別，這就決定了當要把一個模型應用到其他地區(qū)時，必須對模型的一些參數(shù)進行修改，也就是需要模型校正工作。模型的一些參數(shù)進行修改，也就是需要模型校正工作。13中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司第二節(jié) 模型校正的必要性未經(jīng)校正的模型預測誤差普遍在未經(jīng)校正的模型預測誤差普遍在2020dBdB左右，校正后的模型預測誤差大部分左右，校正后的模型預測誤差大部分都在都在1010dBdB以內(nèi)。以內(nèi)。 14中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司第二節(jié) 模型校正的必要性模型校正的意義模型校正的意義有利于對一個新

14、的服務覆蓋地區(qū)的信號進行仿真預測有利于對一個新的服務覆蓋地區(qū)的信號進行仿真預測可以大大降低進行實際路測所需的時間、人力和資金可以大大降低進行實際路測所需的時間、人力和資金可以為網(wǎng)絡規(guī)劃提供有力的依據(jù)可以為網(wǎng)絡規(guī)劃提供有力的依據(jù)可以對現(xiàn)有網(wǎng)絡的信號覆蓋情況進行分析，為網(wǎng)絡的優(yōu)化提供可以對現(xiàn)有網(wǎng)絡的信號覆蓋情況進行分析，為網(wǎng)絡的優(yōu)化提供重要的參考依據(jù)重要的參考依據(jù)可以節(jié)省大量的基站建設、運行維護成本可以節(jié)省大量的基站建設、運行維護成本可以提高網(wǎng)絡的服務質(zhì)量可以提高網(wǎng)絡的服務質(zhì)量15中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司第三節(jié) 模型校正的原理利用隨機過程的理論分析移動通信的傳播

15、可以表示為利用隨機過程的理論分析移動通信的傳播可以表示為其中：其中：x x為距離，為距離，r(x)r(x)為接收信號為接收信號, ,ro(x) ro(x) 為瑞利衰落為瑞利衰落, ,m(x) m(x) 為本地均值，也就是長期衰落和空間傳播損耗的合成為本地均值，也就是長期衰落和空間傳播損耗的合成)()()(xrxmxro16中國移動通信集團設計院有限公司中國移動通信集團設計院有限公司第三節(jié) 模型校正的原理m(x) m(x) 可以表示為：可以表示為：其中其中2 2L L為平均采樣區(qū)間長度，也叫本征長度為平均采樣區(qū)間長度，也叫本征長度根據(jù)著名的李氏定理，當根據(jù)著名的李氏定理，當2 2L L取取4040個波長，采樣點為個波長，采樣點為30305050個個時，能有效時，能有效 “ “消除快衰落、保留