移動通信電波傳播的大尺度路徑損耗特性

1、第六章、移動通信的電波傳播第六章、移動通信的電波傳播 無線移動信道是極其隨機的無線電波的傳播通道，因此，分析移動信道的特性常常會變得很困難。傳統(tǒng)的研究移動通信電波傳播特性的方法是基于實際測量，研究電波傳播的場強均值（平均值）隨傳播距離的變化特性或電波傳播的衰減均值（即損耗平均值）隨距離的變化特性，此即電波傳播的大尺度路徑損耗特性。移動通信電波傳播的大尺度路徑損耗特性對于研究和預測場強的覆蓋特性非常有用。2022-2-241第1節(jié)、移動通信電波傳播特點v特點：特點：移動臺在行進中通話，由移動所帶來的隨機性移動臺在行進中通話，由移動所帶來的隨機性移動臺天線架設高度很低移動臺天線架設高度很低v同時存

2、在多徑衰落和地形衰落同時存在多徑衰落和地形衰落v信號場強小很多，通信質量受到環(huán)境噪聲和多徑衰信號場強小很多，通信質量受到環(huán)境噪聲和多徑衰落的嚴重影響落的嚴重影響v移動臺的速度也會對信號電平的衰落帶來影響移動臺的速度也會對信號電平的衰落帶來影響。v統(tǒng)計方法的應用統(tǒng)計方法的應用2022-2-242典型的移動信道電波傳播路徑典型的移動信道電波傳播路徑在移動通信中，電波主要以空間波和表面波的方式傳播在移動通信中，電波主要以空間波和表面波的方式傳播2022-2-2432022-2-244多徑衰落是快速的微觀變化，又稱小尺度衰落或簡單衰落，用來描述一小段時間內或與波長相比很小的一段傳播距離內信號在幅度、相

3、位或多徑延遲上的快速波動；地形衰落是緩慢的宏觀變化，又稱大尺度衰落或陰影效應，這兩種衰落疊加在一起。繞射損耗繞射損耗v繞射：當接收機和發(fā)射機之間的無線路徑被尖利繞射：當接收機和發(fā)射機之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時發(fā)生繞射。由阻擋表面產(chǎn)生的二次的邊緣阻擋時發(fā)生繞射。由阻擋表面產(chǎn)生的二次波散布于空間，甚至于阻擋體的背面。波散布于空間，甚至于阻擋體的背面。v繞射損耗繞射損耗 ：各種障礙物對電波傳播所引起的損耗。：各種障礙物對電波傳播所引起的損耗。v傳播余隙傳播余隙 ：設障礙物與發(fā)射點、接收點的相對位：設障礙物與發(fā)射點、接收點的相對位置如圖所示，圖中置如圖所示，圖中x x表示障礙物頂點表示障礙物頂點

4、P P至直線至直線TRTR之之間的垂直距離，在傳播理論中間的垂直距離，在傳播理論中x x稱為傳播余隙。稱為傳播余隙。 2022-2-245傳播余隙傳播余隙2022-2-2462022-2-247v障礙物引起的繞射損耗與傳播余隙之間的障礙物引起的繞射損耗與傳播余隙之間的關系如圖所示。其中關系如圖所示。其中x1 1稱菲涅爾半徑（第稱菲涅爾半徑（第一菲涅爾半徑）。一菲涅爾半徑）。v結論：當橫坐標結論：當橫坐標x/x10.510.5時，則障礙物對直時，則障礙物對直射波的傳播基本上沒有影響。當射波的傳播基本上沒有影響。當x=0=0時，時，TRTR直射線從障礙物頂點擦過時，繞射損耗約直射線從障礙物頂點擦過

5、時，繞射損耗約6dB6dB；當；當x00時，時，TRTR直射線低于障礙物頂點，直射線低于障礙物頂點，損耗急劇增加。損耗急劇增加。 2022-2-248反射損耗反射損耗v電波在傳輸過程中，遇到兩種不同介質的光滑電波在傳輸過程中，遇到兩種不同介質的光滑界面時，就會發(fā)生反射現(xiàn)象。界面時，就會發(fā)生反射現(xiàn)象。 v圖中給出了從發(fā)射天線到接收天線的電波由反圖中給出了從發(fā)射天線到接收天線的電波由反射波和直射波組成的情況。反射波與直射波的射波和直射波組成的情況。反射波與直射波的行距差為：行距差為：v兩路信號到達接收天線的時間差換算成相位差兩路信號到達接收天線的時間差換算成相位差為：為： dhhcbadRT2dT

6、t2202022-2-249直射波和反射波直射波和反射波2022-2-2410散射損耗散射損耗v散射：當波穿行的介質中存在小于波長的物散射：當波穿行的介質中存在小于波長的物體并且單位體積內阻擋體的個數(shù)非常巨大時，體并且單位體積內阻擋體的個數(shù)非常巨大時，發(fā)生散射。發(fā)生散射。v散射波產(chǎn)生于粗糙表面，小物體或其他不規(guī)散射波產(chǎn)生于粗糙表面，小物體或其他不規(guī)則物體。在實際的通信系統(tǒng)中，樹葉、街道則物體。在實際的通信系統(tǒng)中，樹葉、街道標志和燈柱等會引發(fā)散射。標志和燈柱等會引發(fā)散射。2022-2-2411第2節(jié)、地形特征和傳播環(huán)境的分類和定義v我國地域廣闊，地形復雜，但大致可分為兩類，即“準平坦地形”和“不

7、規(guī)則地形”。準平坦地形：在傳播路徑的地形剖面圖上，地形表面起伏高度在20 以下，而且其起伏是緩慢的，峰點和谷點之間的距離必須大于波動表面的高度，在以公里計的距離內，其平均地面高度差仍在20 以內。不規(guī)則地形：除準平坦地形以外的其他地形。2022-2-2412一、地形特征和傳播環(huán)境的分類一、地形特征和傳播環(huán)境的分類1. 地形特征的分類和定義地形特征的分類和定義準平坦地形不規(guī)則地形孤立山岳丘陵地形傾斜地形水陸混合路徑除準平坦地形以外除準平坦地形以外的其它地形的其它地形在傳播路徑的地形剖面圖上，地在傳播路徑的地形剖面圖上，地形表面起伏高度在形表面起伏高度在20m以下，而且以下，而且其起伏是緩慢的，峰

8、點和谷點之其起伏是緩慢的，峰點和谷點之間的距離必須大于波動表面的高間的距離必須大于波動表面的高度，在以公里計的距離內，其平度，在以公里計的距離內，其平均地面高度差仍在均地面高度差仍在20m以內。以內。2022-2-2413各類地形的定義各類地形的定義地形地形 h (m)水面或非常平坦的地形水面或非常平坦的地形05平坦地形平坦地形510準平坦地形準平坦地形1020小土崗式起伏地形小土崗式起伏地形2040丘陵地形丘陵地形4080小山區(qū)小山區(qū)80150山區(qū)山區(qū)150300陡峭山區(qū)陡峭山區(qū)300700特別陡峭山區(qū)特別陡峭山區(qū)7002022-2-2414v通常傳播環(huán)境分成三類：開闊區(qū)：在電波傳播方向上沒

9、有高大的樹木或建筑物等障礙物的開闊地帶，或者在電波傳播方向上300400m 以內沒有任何阻擋的小片場地，如農田、廣場等。郊區(qū)：在移動臺附近有不太密集的12層樓房和稀疏的小樹林，包括農村或城市郊公路網(wǎng)等。市區(qū)：在此區(qū)域內，有擁擠的兩層以上的建筑物或密集的高樓大廈，除此之外的區(qū)域均稱為過渡區(qū)域。2022-2-2415天線有效高度的定義天線有效高度的定義移動臺天線的有效高度：天線在當?shù)氐孛嬉陨系母叨?。移動臺天線的有效高度：天線在當?shù)氐孛嬉陨系母叨取?hb平均高度平均高度基站天線基站天線15km3kmhm移動臺移動臺天線天線基站天線的有效高度：沿通信方向，距發(fā)射天線基站天線的有效高度：沿通信方向，距發(fā)

10、射天線3 15km 范圍內平均地面以上的高度。范圍內平均地面以上的高度。2022-2-2416v移動通信中天線有效高度移動臺天線有效高度 hm：天線在當?shù)氐孛嬉陨系母叨取；咎炀€有效高度 hb：沿通信方向，距發(fā)射天線315 km范圍內平均地面以上的高度。2022-2-2417地形衰落地形衰落/慢衰落：接收信號場強中值隨時間、慢衰落：接收信號場強中值隨時間、地點以及移動體的移動速度作比較平緩的變化的地點以及移動體的移動速度作比較平緩的變化的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。原因：移動體移動過程中，電波傳播路徑的隨機原因：移動體移動過程中，電波傳播路徑的隨機變化。變化。 建筑物和地形起伏的陰影效應建筑物和地形起伏的陰影

11、效應 大氣折射狀況的平緩變化大氣折射狀況的平緩變化第第3節(jié)、移動通信電波傳播的大尺度節(jié)、移動通信電波傳播的大尺度路徑損耗特性路徑損耗特性2022-2-2418v慢衰落的速度與頻率無關，僅取決于移動體慢衰落的速度與頻率無關，僅取決于移動體的移動速度的移動速度v衰落深度隨頻率而變化衰落深度隨頻率而變化高頻信號容易穿透建筑物高頻信號容易穿透建筑物低頻信號繞射能力強低頻信號繞射能力強慢衰落特性慢衰落特性2022-2-2419場強中值的變化服從對數(shù)正態(tài)分布場強中值的變化服從對數(shù)正態(tài)分布當同時考慮位置分布和時間分布的影響時當同時考慮位置分布和時間分布的影響時 xxxxexp22222lglg2lgexp2

12、lg22tL2022-2-2420場強中值隨位置分布和時間分布的標準差場強中值隨位置分布和時間分布的標準差頻頻 L(d B) t(d B)率率準平準平坦坦地形地形不規(guī)不規(guī)則則地形，地形， hDMHz城城市市郊區(qū)郊區(qū)50150300Km50100150175508910陸陸地地2571503.55.54791113海海面面9142045067.5111518混混379119006.58141821合合2022-2-2421h10%90%基站天線基站天線10Km接收機接收機D：收、發(fā)天線之間的距離；：收、發(fā)天線之間的距離； h：地形波動高度。沿通信方向，距接收點：地形波動高度。沿通信方向，距接收點

13、10km范圍內，范圍內， 分別有分別有10%和和90%的地段超過的高度之差。的地段超過的高度之差。2022-2-2422vLongley-RiceLongley-Rice模型模型：應用于：應用于f f為為40MHz40MHz到到100GHz100GHz之間，不同種類之間，不同種類的地形中點對點的通信系統(tǒng)?？梢宰龅近c到點方式的預測和的地形中點對點的通信系統(tǒng)?？梢宰龅近c到點方式的預測和區(qū)域預測。區(qū)域預測。vDurkinDurkin模型模型：建立訪問服務區(qū)的地形數(shù)據(jù)庫，可看成是二維：建立訪問服務區(qū)的地形數(shù)據(jù)庫，可看成是二維陣列，然后計算沿徑向的路徑損耗，最后仿真的接收機位置陣列，然后計算沿徑向的路徑

14、損耗，最后仿真的接收機位置可被重復地移動到服務區(qū)不同的位置來推導出信號場強輪廓?？杀恢貜偷匾苿拥椒諈^(qū)不同的位置來推導出信號場強輪廓。vOkumuraOkumura模型模型：應用最廣泛。：應用最廣泛。vHataHata模型模型：根據(jù)：根據(jù)OkumuraOkumura曲線圖所作的經(jīng)驗公式，頻率范圍從曲線圖所作的經(jīng)驗公式，頻率范圍從150MHz150MHz到到1500MHz1500MHz。以市區(qū)傳播損耗為標準，其他地區(qū)在此。以市區(qū)傳播損耗為標準，其他地區(qū)在此基礎上進行修正?；A上進行修正。vWalfishWalfish和和BertoniBertoni模型模型v寬帶寬帶PCSPCS微蜂窩模型微蜂窩模

15、型2022-2-2423第第4節(jié)、移動通信場強均值和傳輸節(jié)、移動通信場強均值和傳輸損耗預測模型損耗預測模型1 1奧村奧村(Okumura)(Okumura)模型模型vOMOM模型（模型（OkumuraOkumura模型）：由奧村等人，在日本東京，模型）：由奧村等人，在日本東京，使用不同的頻率，不同的天線高度，選擇不同的距離使用不同的頻率，不同的天線高度，選擇不同的距離進行一系列測試，最后繪成經(jīng)驗曲線構成的模型。進行一系列測試，最后繪成經(jīng)驗曲線構成的模型。 v思路：思路：將城市視為將城市視為“準平滑地形準平滑地形”，給出城市場強中，給出城市場強中值。對于郊區(qū)，開闊區(qū)的場強中值，則以城市場強中值。

16、對于郊區(qū)，開闊區(qū)的場強中值，則以城市場強中值為基礎進行修正。對于值為基礎進行修正。對于“不規(guī)劃地形不規(guī)劃地形”也給出了相也給出了相應的修正因子。由于這種模型給出的修正因子較多，應的修正因子。由于這種模型給出的修正因子較多，可以在掌握詳細地形，地物的情況下，得到更加準確可以在掌握詳細地形，地物的情況下，得到更加準確的預測結果。的預測結果。2022-2-2424 Okumura模型為預測城區(qū)接收信號場強使用最模型為預測城區(qū)接收信號場強使用最廣泛的模型。應用頻率在廣泛的模型。應用頻率在150MHz1920MHz之之間間( (可擴展到可擴展到3GHz），距離為），距離為1km100km之間，之間，天線

17、高度在天線高度在30m1000m之間。之間。 特點：以準平坦地形大城市市區(qū)的中值場強或路特點：以準平坦地形大城市市區(qū)的中值場強或路徑損耗為參考，對其他傳播環(huán)境和地形條件等因徑損耗為參考，對其他傳播環(huán)境和地形條件等因素分別以校正因子的形式進行修正。素分別以校正因子的形式進行修正。v適用范圍適用范圍2022-2-2425（1）準平坦地形大城市市區(qū)的中值場強隨距離的衰減特性）準平坦地形大城市市區(qū)的中值場強隨距離的衰減特性f=150MHz發(fā)射天線：半波發(fā)射天線：半波偶極子天線偶極子天線有效輻射功率：有效輻射功率：1kWhm=1.5m2022-2-2426f=450MHz發(fā)射天線：半波發(fā)射天線：半波偶極

18、子天線偶極子天線有效輻射功率：有效輻射功率：1kWhm=1.5m2022-2-2427f=900MHz發(fā)射天線：半波發(fā)射天線：半波偶極子天線偶極子天線有效輻射功率：有效輻射功率：1kWhm=1.5m2022-2-2428（2）中值路徑損耗與距離和頻率的關系）中值路徑損耗與距離和頻率的關系),(50dfALdBLmbs其中，其中， 準平坦地形中值路徑損耗；準平坦地形中值路徑損耗； 自由空間的路徑損耗；自由空間的路徑損耗； 準平坦地形相對于自由空間的中值準平坦地形相對于自由空間的中值損耗。損耗。 50LbsLmA中值路徑損耗模型：中值路徑損耗模型：2022-2-24292022-2-2430（3）

19、有關中值路徑損耗的各種校正因子）有關中值路徑損耗的各種校正因子 基站天線有效高度增益因子基站天線有效高度增益因子 移動天線有效高度增益因子移動天線有效高度增益因子 dhHbb,a) 天線有效高度增益因子：天線有效高度增益因子：注意：天線有效高度增益為嚴格的高度函數(shù)，與天注意：天線有效高度增益為嚴格的高度函數(shù)，與天 線類型無關。線類型無關。fhHmm,2022-2-2431f=1502000MHz2022-2-2432與頻率和傳播環(huán)與頻率和傳播環(huán)境有關境有關2022-2-2433b) 郊區(qū)和開闊區(qū)校正因子郊區(qū)和開闊區(qū)校正因子Ks,Q0,Qr：注意：注意：1 1）校正因子表現(xiàn)為增益）校正因子表現(xiàn)為

20、增益 2 2）計算損耗時，需減去上述因子）計算損耗時，需減去上述因子 3 3）若計算出的損耗小于自由空間的損耗，）若計算出的損耗小于自由空間的損耗， 則以自由空間的為準。則以自由空間的為準。2022-2-24342022-2-2435c) 道路走向校正因子道路走向校正因子Kp,Kv：注意：注意：1 1）道路走向與通信方向平行和垂直時，）道路走向與通信方向平行和垂直時， 接收的場強中值相差較大接收的場強中值相差較大 2 2）道路走向因子是通信距離的函數(shù)，與）道路走向因子是通信距離的函數(shù)，與 頻率無關頻率無關2022-2-2436v在縱向街道上衰耗較小，橫向街道上衰耗較在縱向街道上衰耗較小，橫向街

21、道上衰耗較大。也就是說，在縱向街道上的場強中值高大。也就是說，在縱向街道上的場強中值高于基準場強中值，在橫向街道上的場強中值于基準場強中值，在橫向街道上的場強中值低于基準場強中值。低于基準場強中值。 v縱向修正因子縱向修正因子k kal al和橫向修正因子和橫向修正因子k kacac如圖如圖3-163-16所所示。示。 2022-2-24372022-2-2438d) 道路寬度校正因子道路寬度校正因子Wf：有效道路寬度有效道路寬度W: :sinWW 2022-2-24392022-2-2440e) 不規(guī)則地形校正因子不規(guī)則地形校正因子Kh, KA, Kis, Ki：2022-2-2441202

22、2-2-24421）表現(xiàn)為增益）表現(xiàn)為增益2）和水面與基站）和水面與基站和移動臺的相對和移動臺的相對位置有關位置有關2022-2-2443h07. 02022-2-2444f） 建筑物的影響建筑物的影響影響因素：影響因素： 建筑物的高度，傳播方向和直射波到達的建筑物的高度，傳播方向和直射波到達的角度。角度。pbLLL0式中式中,L ,Lb b為實際路徑衰耗中值，為實際路徑衰耗中值，L L0 0在街心的衰耗在街心的衰耗中值，中值，L Lp p為建筑物的穿透衰耗。為建筑物的穿透衰耗。建筑物的穿透衰耗：建筑物的穿透衰耗：2022-2-24452022-2-24462022-2-2447建筑物的穿透衰

23、耗特點：建筑物的穿透衰耗特點：v一般來說波長越短，穿透能力越強。各個建筑一般來說波長越短，穿透能力越強。各個建筑物對電波的吸收也是不同的。不同的材料，結物對電波的吸收也是不同的。不同的材料，結構和樓房層數(shù)，其吸收衰耗的數(shù)據(jù)都不一樣。構和樓房層數(shù)，其吸收衰耗的數(shù)據(jù)都不一樣。例如，磚石的吸收較小，鋼筋混凝土的大些，例如，磚石的吸收較小，鋼筋混凝土的大些，鋼結構的最大。鋼結構的最大。v如果移動臺要在室內使用，在計算傳播衰耗和如果移動臺要在室內使用，在計算傳播衰耗和場強時，需要把建筑物的穿透衰耗也計算進去，場強時，需要把建筑物的穿透衰耗也計算進去，才能保持良好的可通率。才能保持良好的可通率。 2022

24、-2-2448g) g)植被衰耗植被衰耗v樹木、植被對電波有吸收作用。在傳播路徑樹木、植被對電波有吸收作用。在傳播路徑上，由樹木、植被引起的附加衰耗不僅取決上，由樹木、植被引起的附加衰耗不僅取決于樹木的高度、種類、形狀、分布密度、空于樹木的高度、種類、形狀、分布密度、空氣濕度及季節(jié)變化，還取決于工作頻率、天氣濕度及季節(jié)變化，還取決于工作頻率、天線極化、通過樹木的路徑長度等多方面因素。線極化、通過樹木的路徑長度等多方面因素。v一般來說，垂直極化波比水平極化波的衰耗一般來說，垂直極化波比水平極化波的衰耗稍大些。稍大些。 2022-2-24491)1)傳播路徑全部在稠密森林的內部傳播路徑全部在稠密森

25、林的內部 2022-2-24502)2)傳播路徑全部接近樹頂?shù)钠骄叨葌鞑ヂ窂饺拷咏鼧漤數(shù)钠骄叨?收、發(fā)天線位于樹木的收、發(fā)天線位于樹木的頂部，且相距頂部，且相距1km以上以上2022-2-24513)3)傳播路徑部分穿過稠密的樹林傳播路徑部分穿過稠密的樹林 2022-2-24524)4)傳播路徑穿過或臨近中等稠密的樹林，傳播路徑穿過或臨近中等稠密的樹林，天線高度低于樹頂高度天線高度低于樹頂高度 2022-2-24535)5)樹葉的影響樹葉的影響 2022-2-24542022-2-2455h)h)隧道中的傳播衰耗隧道中的傳播衰耗 v空間電波在隧道中傳播時，由于隧道壁的空間電波在隧道中傳播

26、時，由于隧道壁的吸收及電波的干涉作用而受到較大的衰耗。吸收及電波的干涉作用而受到較大的衰耗。v電波在隧道中的衰耗還與工作頻率有關，電波在隧道中的衰耗還與工作頻率有關，頻率越高，衰耗越小。當隧道出現(xiàn)分支或頻率越高，衰耗越小。當隧道出現(xiàn)分支或轉彎時，衰耗會急劇增加，彎曲度越大，轉彎時，衰耗會急劇增加，彎曲度越大，衰耗越嚴重。衰耗越嚴重。2022-2-2456電波在隧道中的傳播特性：電波在隧道中的傳播特性：1 1）隧道構成了波導）隧道構成了波導2 2）損耗隨頻率升高而減?。p耗隨頻率升高而減小2022-2-2457v解決電波在隧道中的電波傳播問題，通常可解決電波在隧道中的電波傳播問題，通?？刹捎脙煞N

27、措施：采用兩種措施： 在較高頻段（數(shù)百兆赫），使用強方向性天線，在較高頻段（數(shù)百兆赫），使用強方向性天線，把電磁波集中射入隧道中內，但傳播距離也不能把電磁波集中射入隧道中內，但傳播距離也不能很長。很長。 在隧道中，縱向沿隧道壁鋪設導波線在隧道中，縱向沿隧道壁鋪設導波線( (通常為泄通常為泄漏電纜漏電纜) )，使電磁波沿著導波線在隧道中傳播，從，使電磁波沿著導波線在隧道中傳播，從而減小傳播衰耗。而減小傳播衰耗。 2022-2-2458（4）中值路徑損耗的預測）中值路徑損耗的預測 其中，其中， 基站天線高度增益因子基站天線高度增益因子 移動天線高度增益因子移動天線高度增益因子 dhHbb,a) 準

28、平坦地形大城市市區(qū)的中值路徑損耗：準平坦地形大城市市區(qū)的中值路徑損耗：fhHmm,fhHdhHLLmmbbM,502022-2-2459 其中，其中， 郊區(qū)校準因子郊區(qū)校準因子 丘陵地形校準因子丘陵地形校準因子 斜坡地形校準因子斜坡地形校準因子 水陸混合路徑校準因子水陸混合路徑校準因子 sKb) 不同環(huán)境及不同地形條件下的中值路徑不同環(huán)境及不同地形條件下的中值路徑損耗：損耗：isAhsmmbbMKKKKfhHdhHLL,50hKAKisK2022-2-2460例例1 1：計算準平滑地形，城市地區(qū)的路徑衰耗中值，：計算準平滑地形，城市地區(qū)的路徑衰耗中值，已知：已知：h hb b=200m,h=2

29、00m,hm m=3m, d=10km, f=900MHz=3m, d=10km, f=900MHz 解：首先求得自由空間的傳播衰耗中值解：首先求得自由空間的傳播衰耗中值L Lbsbs為：為： fdLbslg20lg2045.32900lg2010lg2045.32)(5 .111dB查圖可求得查圖可求得Am(f,d)Am(f,d)，即，即)(30)10,900(),(dBAdfAmm利用公式就可以計算出準平滑地形，城市利用公式就可以計算出準平滑地形，城市街道地區(qū)的傳播衰耗中值：街道地區(qū)的傳播衰耗中值： )(5 .141305 .111),(dBdfALLmbsT2022-2-2461若若h

30、hb b=50m,h=50m,hm m=2m=2m，其他條件不變，求損耗中值。，其他條件不變，求損耗中值。)(12)10,50(),(dBHdhHbbb)(2)900,2(),(dBHfhHmmm),(),(),(fhHdhHdfALLmmbbmbsT查圖查圖, ,得得在上題結果的基礎上，要再加入基站和移動臺的高在上題結果的基礎上，要再加入基站和移動臺的高度增益因子。度增益因子。則修正后的路徑衰耗中值為：則修正后的路徑衰耗中值為：)900,2()10,50(5 .141mbHH)(5 .155)2()12(5 .141dB2022-2-2462例例2 2：某一移動電話系統(tǒng)，工作頻率為：某一移動

31、電話系統(tǒng)，工作頻率為450MHZ450MHZ，基地，基地站天線高度為站天線高度為70m70m，移，移 動臺天線高度為動臺天線高度為1.5m1.5m，在市區(qū)，在市區(qū)工作，傳播路徑為準平滑地形，通信距離為工作，傳播路徑為準平滑地形，通信距離為20km20km，求傳播路徑的衰耗中值？求傳播路徑的衰耗中值？ 解：解： 求自由空間的傳播衰耗求自由空間的傳播衰耗L Lbsbs)(lg20)(lg2045.32MHZfkmdLbs)(450lg20)(20lg2045.32MHZkm )(5 .111dB由圖由圖, ,查得：查得： )(5 .30)20,450().(dBAdfAmm由圖，查得：由圖，查得：

32、由圖，查得：由圖，查得：)( 3)450, 5 . 1 (),(dBHfhHmmm 計算準平滑地形市區(qū)的衰耗中值計算準平滑地形市區(qū)的衰耗中值 )(10)20,70(),(dBHdhHbbb2022-2-2463所以準平滑地形市區(qū)衰耗中值為：所以準平滑地形市區(qū)衰耗中值為： ),(),(),(fhHdhHdfALLmmbbmbsT)3()10(5 .305 .111)(155dB 計算任意地形地物情況下的衰耗中值計算任意地形地物情況下的衰耗中值 根據(jù)已知條件可知：根據(jù)已知條件可知： 0TK)(155 dBLKLLTTTA2022-2-2464例例3 3：若上題改為在郊區(qū)工作，傳播路徑是正斜坡，：若

33、上題改為在郊區(qū)工作，傳播路徑是正斜坡，且且Q Qm m=15mr=15mr，其它條件不變，再求傳播路徑的衰耗，其它條件不變，再求傳播路徑的衰耗中值？中值？ 解：根據(jù)已知條件，由圖查得解：根據(jù)已知條件，由圖查得 ：)(5 . 8dBKmr由圖查得：斜坡修正因子由圖查得：斜坡修正因子)(5 . 4dBKsp)(13 dBKKKspmrT所以地形地物修正因子所以地形地物修正因子K KT T為：為：因此傳播路徑衰耗中值因此傳播路徑衰耗中值L LA A為：為：)(14313155dBKLLTTA郊區(qū)修正因子郊區(qū)修正因子2022-2-24652 2HataHata模型模型HataHata對對Okumura

34、Okumura提出的基本中值場強曲線進行了公式化提出的基本中值場強曲線進行了公式化處理后所得的基本傳輸損耗的計算公式如下：處理后所得的基本傳輸損耗的計算公式如下：式中，式中，d d為收發(fā)天線之間的距離（為收發(fā)天線之間的距離（kmkm）；）；f f為工作頻率（為工作頻率（MHzMHz） h hb b為基站天線有效高度（為基站天線有效高度（m m）；）；h hm m為移動臺天線高度（為移動臺天線高度（m m） 為移動臺天線高度校正因子。為移動臺天線高度校正因子。 )(mhdhhhfLbmbblg)lg55. 69 .44()(lg82.13lg16.2655.69(市區(qū)）4 . 5)28lg(2)

35、(2fLLbb市區(qū)郊區(qū)）98.40lg33.18)(lg78. 42ffLLbb（市區(qū)）（開闊區(qū)）2022-2-2466此公式適用范圍為：此公式適用范圍為： 150MHz150MHzf f1500MHz,30m1500MHz,30mh hb b200m,200m, 1m 1mh hm m10m10m，1km1kmd d20km20km，準平滑地形。，準平滑地形。)(mh由下式計算：由下式計算：大城市大城市中、小城市)(30097. 4)75.11(lg2 . 3)(3001 . 1)54. 1(lg29. 8)(8 . 0lg56. 1)7 . 0lg1 . 1 ()(22dBMHzfhdBM

36、HzfhdBfhfhmmmm2022-2-24673、COST231-Hata模型模型vCOST231-Hata模型是歐洲研究委員會（COST231）在Hata模型的基礎上修正得到的，其傳輸損耗的計算公式為：f頻率，MHz；D距離，km；hb基站天線的有效高度，m；hm移動臺天線的有效高度，m； 移動臺高度修正因子，在不同的環(huán)境中的修正值不同；C傳播環(huán)境的校正因子，在中型城市及郊區(qū)取0；在密集大城區(qū)取3。2022-2-246846.33(44.96.55lg)lg33.9lg() 13.82lgpbmbLhdfhhC()mh4.Egli模型中的路徑損耗均值預測模型中的路徑損耗均值預測v對于不規(guī)

37、則地形上的電波傳播，Okumura模式僅適用于UHF頻段，在VHF頻段，應使用Egli模型的經(jīng)驗公式：2022-2-2469dhhfLMlg40lg20lg20117215. CCIR（現(xiàn)為（現(xiàn)為ITUR）公式）公式vCCIR模型在Okummura模型的基礎上給出了反映自由空間損耗和地形引入的路徑損耗聯(lián)合效果的經(jīng)驗公式。2022-2-2470BdhhahfdBLtereteclog)log55. 696.44()(log82.13log16.2655.69)()8 . 0log56. 1 ()7 . 0log1 . 1 ()(crecrefhfha)log(2530百分比被建筑物覆蓋的區(qū)域的B

38、6. Walfish和和Bertoni模型模型v由Walfish和Bertoni開發(fā)的模型，考慮了屋頂和建筑物高度的影響，使用繞射來預測街道的平均信號場強。2022-2-2471DhhAdBLlog38)log(182 .147)(0dhhdhhdAmbmb)2(2tanlog20log92log51227. Walfish-Ikegami模型模型vWalfish-Ikegami模型用于高樓林立地區(qū)的中到大型蜂窩的半確定性模型，Walfish-Ikegami模型也稱為WIM模型。v其適用范圍為頻率f在8002000MHz之間，基站天線高度 為450m，移動臺天線高度 為13m，距離d為0.02

39、5km。2022-2-24728. Lee模型模型v類似于Okummura模型，Lee模型是基于特定環(huán)境的測量，該測量業(yè)已在北美的一些城市進行過，Lee根據(jù)所接收的信號功率 與相對一英里處截獲的信號功率 得出通用的路徑損耗公式為：2022-2-2473)lg()lg(00ffnrrPPror9. PlaNET通用模型通用模型v在PlaNET中定義Okummura-Hata模型有兩種方法。第一種方法是從Model Editor菜單中選擇Okummura-Hata模型，然后，引入與郊區(qū)、開闊區(qū)域和移動臺高度等相應的修正因子。第二種方法是使用PlaNET中的通用模型，它的系數(shù)由Hata公式確定。Pl

40、aNET通用模型由下面的方程確定：2022-2-2474nDiffractiokhkdkkPPeffTXRX4321loglognorientatiocluttermeffeffkkhkdhk65loglog10.10.微蜂窩系統(tǒng)的覆蓋區(qū)預測模型微蜂窩系統(tǒng)的覆蓋區(qū)預測模型vOkumura-HataOkumura-Hata模型適用于基站天線高度高于其周模型適用于基站天線高度高于其周圍屋頂?shù)暮攴涓C系統(tǒng)，因為在宏蜂窩中，基站天圍屋頂?shù)暮攴涓C系統(tǒng)，因為在宏蜂窩中，基站天線都安裝在高于屋頂?shù)奈恢茫瑐鞑ヂ窂綋p耗主要線都安裝在高于屋頂?shù)奈恢?，傳播路徑損耗主要由移動臺附近的屋頂繞射和散射決定。由移動臺附近的屋

41、頂繞射和散射決定。v在微蜂窩系統(tǒng)中，基站天線高度通常低于屋頂，在微蜂窩系統(tǒng)中，基站天線高度通常低于屋頂，電波傳播由其周圍建筑物的繞射和散射決定。即電波傳播由其周圍建筑物的繞射和散射決定。即主要射線傳播是在類似于槽形波導的街道峽谷中主要射線傳播是在類似于槽形波導的街道峽谷中進行，可用進行，可用COST-231-Walfish-IkegamiCOST-231-Walfish-Ikegami模型模型做微做微蜂窩系統(tǒng)傳播損耗預測。蜂窩系統(tǒng)傳播損耗預測。v在做微蜂窩覆蓋區(qū)預測時，必須有詳細的街道及在做微蜂窩覆蓋區(qū)預測時，必須有詳細的街道及建筑物的數(shù)據(jù)，不能采用統(tǒng)計近似值。建筑物的數(shù)據(jù)，不能采用統(tǒng)計近似值

42、。2022-2-2475v微蜂窩覆蓋區(qū)預測計算模型分為兩部分：微蜂窩覆蓋區(qū)預測計算模型分為兩部分：視距視距傳播傳播和和非視距傳播非視距傳播。v微蜂窩覆蓋區(qū)預測計算的適用條件為：微蜂窩覆蓋區(qū)預測計算的適用條件為： f f：8008002000MHz2000MHz；h hb b：4 450m50m； h hm m：1 13m3m；d d：0.020.025km5km2022-2-2476第5節(jié)、路徑損耗與場強的關系v路徑損耗均值也稱為衰減均值。在研究電波的傳播特性的時候，使用場強比較方便，但在工程上，討論路徑損耗均值將更具有普遍意義。因此，我們有必要了解LM和場強之間的關系。v K值應包括饋線和接

43、收機之間的失配損耗。2022-2-2477MtttLLKRGPmdBvElg10120)/(第6節(jié)、室內電波傳播特性室內電波傳播特性v室內無線信道與傳統(tǒng)的無線信道相比，具有兩個明顯的特點：其一，傳輸功率較小，室內覆蓋面積小得多；其次，收發(fā)機間的傳播環(huán)境變換更大。v室內環(huán)境會由于墻壁、天花板、地板的一次或多次反射，使得到達接收站的信號不是單一路徑傳播來的，而是從許多路徑傳播來的眾多反射波的合成，這就是所謂的多徑效應。如圖6.18所視為室內環(huán)境反射示意圖。2022-2-2478幾種室內電波傳播的經(jīng)驗模型v分隔損耗（同樓層）模型分隔損耗（同樓層）模型v樓層間分隔損耗模型樓層間分隔損耗模型v對數(shù)距離路

44、徑損耗模型對數(shù)距離路徑損耗模型vEricssonEricsson多重斷點模型多重斷點模型v衰減因子模型衰減因子模型2022-2-24791、對數(shù)距離路徑損耗模型對數(shù)距離路徑損耗模型v研究表明，室內路徑損耗（同樓層）遵從公式：2022-2-2480)(log10)()(0100dBXddndBdLdBdL 建筑物建筑物 頻率（頻率（MHz） n (dB) 零售商店零售商店 914 2.2 8.7 蔬菜店蔬菜店 914 1.8 5.2 辦公室，硬分隔辦公室，硬分隔 1500 3.0 7.0辦公室，軟分隔辦公室，軟分隔 900 2.4 9.6 辦公室，軟分隔辦公室，軟分隔 1900 2.6 14.1

45、 室內走廊室內走廊 9003.0 7.02、Ericsson多重斷點模型多重斷點模型vEricsson多重斷點模型有四個斷點，并考慮了路徑損耗的上下邊界，模型假定在d0=1m處衰減為30dB，這對于頻率為900MHz的單位增益天線是準確的。vEricsson多重斷點模型沒有考慮對數(shù)正態(tài)陰影部分，它提供特定地形路徑損耗范圍的特定限度。2022-2-24813、衰減因子模型衰減因子模型v建筑物樓層間損耗主要是由建筑物外部面積和材料及建筑物的類型決定，建筑物窗口的數(shù)量也會影響樓層間的損耗。常采用經(jīng)驗性的衰減因子模型為：2022-2-2482)(log10)()(0100dBFAFddndBdLdBd

46、Lsf4、Chan傳播模型傳播模型vChan模型適用于室內微蜂窩區(qū)的場強預測，該模型認為電波在室內傳播時的路徑損耗L近似于電波在自由空間直接傳播時的路徑損耗Lp加上室內墻壁的穿透損耗2022-2-2483wKmMHzwpLdfLLL)log(20)log(2045.325、馬特內馬特內-馬恩納模型馬恩納模型v馬特內-馬恩納模型用于模擬室內路徑損耗。這是一個試驗模型，用以考慮從發(fā)射擊到接收機的路徑中，由墻壁和地板造成的損耗。模型預測的路徑損耗如下：2022-2-2484fiJjfiwjJjwjpicoLNLNxdLL110)log(106、多墻模型多墻模型v為了更好的符合測量，馬特內和馬恩納模型

47、可以通過用包括關于穿過地板數(shù)目的非線性函數(shù)來修正。路徑損耗為：2022-2-2485JjwwEffcppicodBLNNLLLLjjf1)()(12dBbNNEfff第7節(jié)、射線跟蹤法v當電波的頻率較高，因而波長與傳播路徑上的物體的尺寸相比要小得多，此時電波的傳播可以用幾何光學來近似，即認為電波沿直線傳播。v射線跟蹤法無論應用到什么領域，都是基于幾何光學理論，通過模擬射線(光線)的傳播路徑,主要考慮直射波、在建筑物垂直面上的反射波、在建筑物垂直棱上的衍射波、在建筑物水平棱上的衍射波以及高階的反射/衍射波（其中二階反射/衍射波的影響相當大）等來確定反射、折射和陰影等。v接收點的場強可表示為2022-2-2486 )()()()(0mikiijiritiiDTRsLGGEEiirEE1、射線跟蹤法中的繞射理論射線跟蹤法中的繞射理論v引入繞射理論的必要性電波射線遇到一個光滑表面的阻擋時，就會發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象。反射射線的軌跡遵循shell定律，折射射線的軌跡遵循折射定理。幾何光學（GO）理論只研究高頻電磁場的直射、反射和折射射線，而在與這些射線邊界相對