無(wú)線傳播理論

無(wú)線傳播理論

學(xué)習(xí)完本課程，您將能夠：掌握無(wú)線電波傳播原理，為后續(xù)的鏈路預(yù)算等做理論準(zhǔn)備。課程目標(biāo)Page2內(nèi)容介紹第一章無(wú)線電波基本原理第二章無(wú)線電波傳播特性第三章無(wú)線電波傳播模型Page3基本原理－無(wú)線頻譜不同的頻段內(nèi)的頻率具有不同的傳播特性FrequencyClassificationDesignation3-30Hz

30-300HzExtremelyLowFrequencyELF300-3000HzVoiceFrequencyVF3-30KHzVery-lowFrequencyVLF30-300KHzLowFrequencyLF300-3000KHzMediumFrequencyMF3-30MHzHighFrequencyHF30-300MHzVeryHighFrequencyVHF300-3000MHzUltraHighFrequencyUHF3-30GHzSuperHighFrequencySHF30-300GHzExtremelyHighFrequencyEHF300-3000GHz

Page4電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)振子電波傳輸方向磁場(chǎng)磁場(chǎng)基本原理－電磁波的傳播無(wú)線電波在空間傳播時(shí)，其電場(chǎng)方向是按一定的規(guī)律而變化的，這種現(xiàn)象稱為無(wú)線電波的極化。無(wú)線電波的電場(chǎng)方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場(chǎng)方向垂直于地面，為垂直極化波如果電波的電場(chǎng)方向與地面平行，為水平極化波Page5基本原理－電磁波的傳播池塘中的波紋：能量從源點(diǎn)向四周傳播，并逐漸減弱電磁波的傳播與此類似，不同之處（當(dāng)輻射源是各向同性的理想點(diǎn)源時(shí)）：在三維空間以球面波的形式傳播傳播介質(zhì)不同，空氣、障礙物、反射物Page6直射波及地面反射波（最一般的傳播形式）對(duì)流層反射波（傳播具有很大的隨機(jī)性）山體繞射波（陰影區(qū)域信號(hào)來(lái)源）電離層反射波（超視距通訊途徑）基本原理－傳播途徑Page7①建筑物反射波②繞射波③直達(dá)波④地面反射波基本原理－傳播路徑Page8內(nèi)容介紹第一章無(wú)線電波基本原理第二章無(wú)線電波傳播特性第三章無(wú)線電波傳播模型Page9無(wú)線傳播環(huán)境電波傳播受地形結(jié)構(gòu)和人為環(huán)境的影響，無(wú)線傳播環(huán)境直接決定傳播模型的選取。影響環(huán)境的主要因素：自然地形（高山、丘陵、平原、水域）人工建筑的數(shù)量、分布、材料特性該區(qū)域植被特征天氣狀況Page10RTTR地形分類準(zhǔn)平滑地形表面起伏平緩，起伏高度小于等于20米的地形不規(guī)則地形除了準(zhǔn)平滑地形之外的其余地形，可按狀態(tài)分為：丘陵地形、孤立山岳、傾斜地形、水陸混合地形等Page11距離(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落信號(hào)衰落Page12快衰落的類型空間選擇性衰落在不同地點(diǎn)（空間）衰落特性不一樣一般是由于物體反射形成時(shí)間選擇性衰落在不同時(shí)間衰落特性不一樣主要是快速移動(dòng)用戶引起的多普勒頻移造成頻率選擇性衰落在不同頻率衰落特性不一樣主要由寬帶信號(hào)的時(shí)間色散引起Page13克服快衰落的手段－分集技術(shù)空間選擇性衰落空間分集：采用主、分集天線接收。主、分集天線的接收信號(hào)不具有同時(shí)衰減的特性?；窘邮諜C(jī)對(duì)一定時(shí)間范圍內(nèi)不同時(shí)延信號(hào)的均衡能力也是一種空間分集的形式。分集天線水平距離大于12倍波長(zhǎng)極化分集：兩接收天線極化方向正交發(fā)射分集：克服大尺度衰落（由于周圍環(huán)境地段和地物的差別而導(dǎo)致的陰影區(qū)引起）Page14克服快衰落的手段－分集技術(shù)時(shí)間選擇性衰落時(shí)間分集－符號(hào)交織、檢錯(cuò)、糾錯(cuò)編碼、RAKE接收技術(shù)頻率選擇性衰落頻率分集－GSM體制采用跳頻、CDMA體制采用擴(kuò)頻Page15分集接收合并技術(shù)最大比合并在接收端由N個(gè)分集支路，經(jīng)過(guò)相位調(diào)整后，按照適當(dāng)?shù)脑鲆嫦禂?shù)，同相相加，在送入檢測(cè)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)等增益合并在接收端由N個(gè)分集支路，經(jīng)過(guò)相位調(diào)整后，按照相等的增益系數(shù)，同相相加，在送入檢測(cè)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)選擇性合并在N個(gè)分集支路中選擇具有最大信噪比的支路作為輸出Page16解決均衡、RAKE技術(shù)電波時(shí)延擴(kuò)展起源于反射，主要指到達(dá)接收機(jī)的主信號(hào)和其他多徑信號(hào)在空間傳輸時(shí)間差異而帶來(lái)的同頻干擾問(wèn)題，當(dāng)多徑信號(hào)不能被接收機(jī)區(qū)分時(shí)就產(chǎn)生同信道干擾（CCI），對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)，多徑時(shí)延必須大于一個(gè)碼片周期(0.26μs)才能被識(shí)別Page17Doppler效應(yīng)的例子：火車經(jīng)過(guò)你的身邊V：移動(dòng)臺(tái)速度：信號(hào)到達(dá)角度Doppler頻移移動(dòng)通信中的Doppler頻移Page18TR繞射損耗電磁波在繞射點(diǎn)四處擴(kuò)散繞射波覆蓋除障礙物外的所有方向擴(kuò)散損耗最為嚴(yán)重計(jì)算公式復(fù)雜，隨不同繞射常數(shù)變化Page19XdBmWdBm穿透損耗=X-W=BdB電磁波穿透墻體的反射和折射穿透損耗（1）室內(nèi)信號(hào)取決于建筑物的穿透損耗室內(nèi)窗口處與室內(nèi)中部信號(hào)差別較大建筑物材質(zhì)對(duì)穿透損耗影響較大電磁波的入射角對(duì)穿透損耗影響較大Page20TR穿透損耗（2）物體阻擋/穿透損耗為：隔墻阻擋：5－20dB樓層阻擋：＞20dB，室內(nèi)損耗值是樓層高度的函數(shù)，-1.9dB/層家具和其它障礙物的阻擋：2－15dB厚玻璃：6－10dB火車車廂的穿透損耗為：15－30dB電梯的穿透損耗：30dB左右茂密樹(shù)葉損耗：10dBPage21內(nèi)容介紹第一章無(wú)線電波基本原理第二章無(wú)線電波傳播特性第三章無(wú)線電波傳播模型Page22常用傳播模型自由空間傳播模型Okumura(奧村)/Hata模型COST231-Hata模型COST231Walfish-Ikegami模型Keenan-Motley模型計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算模型Page23自由空間傳播模型自由空間傳播模型適用于具有各向同性傳播介質(zhì)（如真空）的無(wú)線環(huán)境，是理論模型。該環(huán)境在現(xiàn)實(shí)中并不存在，但空氣介質(zhì)近似于各向同性介質(zhì)。Lo=91.48+20lgd,forf=900MHzLo=97.51+20lgd,forf=1800MHzLo=98.84+20lgd,forf=2100MHzPage24適用范圍： 頻率范圍f: 150~1500MHz 基站天線高度Hb:30~200m 移動(dòng)臺(tái)高度Hm: 1~10m 距離d: 1~20kmOkumura-Hata模型宏蜂窩模型基站天線高度高于周圍建筑物1km以內(nèi)預(yù)測(cè)不適用頻率超過(guò)1500MHz以上時(shí)不適用Page25適用范圍： 頻率范圍f: 1500~2000MHz 基站天線高度Hb:30~200m 移動(dòng)臺(tái)高度Hm: 1~10m 距離d: 1~20kmCOST231-Hata模型宏蜂窩模型基站天線高度高于周圍建筑物1km以內(nèi)預(yù)測(cè)不適用頻率超過(guò)2000MHz或低于1500MHz時(shí)不適用Page26適用范圍： 頻率范圍f: 800~2000MHz 基站天線高度Hbase: 4~50m 移動(dòng)臺(tái)高度Hmobile: 1~3m 距離d: 0.02~5km

建筑物高度Hroof(m)

路面寬度w(m)

建筑物間距b(m)

相對(duì)直射波方向的街道走向α()COST231Walfish-Ikegami模型市區(qū)環(huán)境，宏蜂窩或微蜂窩郊區(qū)環(huán)境或鄉(xiāng)村環(huán)境不適用Page27Keenan-Motley模型在自由空間傳播模型的基礎(chǔ)上增加了墻壁和地板的穿透損耗

P－墻壁損耗參考值，W－墻壁數(shù)目主要適用室內(nèi)環(huán)境沒(méi)有考慮到多徑的影響Page28Pathloss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff)+K6lg(Heff)lg(d)+K7+KclutterPathloss：路徑損耗(dB)K1： 與頻率相關(guān)的常數(shù)K2： 距離衰減常數(shù)K3、K4：移動(dòng)臺(tái)天線高度修正系數(shù)K5、K6：基站天線高度修正系數(shù)K7： 繞射修正系數(shù)Kclutter：地物衰減修正系數(shù)d： 基站與移動(dòng)臺(tái)之間的距離(km)Hms、Heff：移動(dòng)臺(tái)天線和基站天線的有效高度(m)ASSET規(guī)劃軟件模型K參數(shù)參考值K1152/1800MUrbanK244.90K3-2.55K40.00K5-13.82K6-6.55K7-0.80計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算模型Page29計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算模型Pathloss：路徑損耗(dB)K1： 偏置常數(shù)K2： 距離衰減常數(shù)K3： 基站天線高度修正系數(shù)K4： 繞射計(jì)算的乘數(shù)（必須為正數(shù)）K5： log(HTxeff)log(d)的乘數(shù)K6： 移動(dòng)臺(tái)天線高度修正系數(shù)Kclutter： 地物衰減修正系數(shù)d： 基站與移動(dòng)臺(tái)之間的距離(m)Hmeffs、Heff：移動(dòng)臺(tái)天線和基站天線的有效高度(m)U-net規(guī)劃軟件模型K參數(shù)參考值K1-52.92K268.6K35.83K41K5-6.55K60Pathloss=K1+K2logd+K3log(Heff)+K4Diffraction +K5log(d)log(Heff)+K6(Hmeff)+Kclutterf(clutter)Page30理論傳播模型射線跟蹤模型－Volcano傳播模型利用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算，計(jì)算每一條從發(fā)射機(jī)經(jīng)過(guò)傳播路徑到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)，并加以合成要求高精度的電子地圖－精度5米以上Page31小結(jié)本章主要講述了無(wú)線電波的相關(guān)知識(shí)，