無(wú)線移動(dòng)通信信道

無(wú)線移動(dòng)通信信道第1頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五了解電磁波的傳播特性掌握計(jì)算路徑損耗的方法了解各個(gè)傳播模型的分類及工作環(huán)境學(xué)習(xí)完本課程，您需要：目標(biāo)第三章無(wú)線移動(dòng)通信信道2第2頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五內(nèi)容介紹3.1概述3.2VHF、UHF頻段的電波傳播特性3.3陰影效應(yīng)3.4移動(dòng)信道的多徑傳播特性

3.5多普勒頻移3.6電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型與中值路徑損耗預(yù)測(cè)3第3頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

無(wú)線移動(dòng)信道是一種很不良好的信道。視距、衰落、多徑和隨機(jī)變化是移動(dòng)信道的基本特征。無(wú)線移動(dòng)信道是指基站天線、移動(dòng)用戶天線和兩副天線之間的傳播路徑載有信息的無(wú)線電波在無(wú)線移動(dòng)信道中的傳播損耗，不但會(huì)隨傳播距離的增加而增大；同時(shí)會(huì)產(chǎn)生陰影效應(yīng)和多徑傳播，使電波的包絡(luò)產(chǎn)生大幅度起伏且隨機(jī)變化，這就是電波的衰落。3.1概述4第4頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五衰落既有慢衰落，同時(shí)產(chǎn)生快衰落；多徑時(shí)延擴(kuò)展（多徑效應(yīng)），使信道對(duì)信號(hào)產(chǎn)生頻率選擇性衰落，使信號(hào)發(fā)生波形畸變而引起符號(hào)間干擾(ISI)

多普勒效應(yīng)(由移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)引起)在移動(dòng)通信中普遍存在。多普勒效應(yīng)使信道對(duì)信號(hào)產(chǎn)生隨機(jī)調(diào)頻和頻譜擴(kuò)展，對(duì)信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰落，使數(shù)字信號(hào)誤碼性能變壞。3.1概述5第5頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

對(duì)接收點(diǎn)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的預(yù)測(cè)估算，是通信工程設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。由于移動(dòng)信道傳播特性的隨機(jī)變化，不可能用一兩個(gè)公式對(duì)其進(jìn)行計(jì)算；必須依據(jù)實(shí)際環(huán)境，選用不同的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)估算，再經(jīng)實(shí)際電測(cè)才能確定。3.1概述

6第6頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.1概述

絕對(duì)功率的dB表示：dBm

射頻（RF）信號(hào)的絕對(duì)功率常用dBm、dBW表示，它與mW、W的換算關(guān)系如下：例如信號(hào)功率為xW，利用dBm表示時(shí)其大小為：例如：1W等于30dBm，等于0dBW。功率單位簡(jiǎn)介7第7頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五功率單位簡(jiǎn)介3.1概述

相對(duì)功率的dB表示：dBc

射頻信號(hào)的相對(duì)功率常用dB和dBc兩種形式表示，其區(qū)別在于：dB是任意兩個(gè)功率的比值的對(duì)數(shù)表示形式，而dBc是某一頻點(diǎn)輸出功率和載頻輸出功率的比值的對(duì)數(shù)表示形式天線和天線增益 天線增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天線相對(duì)于無(wú)方向天線的功率能量密度之比，dBd是指相對(duì)于半波振子Dipole的功率能量密度之比，半波振子的增益為2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi8第8頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.2VHF、UHF頻段的電波傳播特性當(dāng)前陸地移動(dòng)通信主要使用的頻段為VHF(30~300MHz)和UHF(300~3000MHz)，即150MHz，450MHz、900MHz和1800MHz。移動(dòng)通信中的傳播方式主要有直射波、反射波、地表面波等傳播方式，由于地表面波的傳播損耗隨著頻率的增高而增大，且傳播距離有限。9第9頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.2VHF、UHF頻段的電波傳播特性

圖3-1典型的移動(dòng)信道電波傳播路徑10第10頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.2.1自由空間電波傳播方式自由空間電波傳播是指天線周圍為無(wú)限大真空時(shí)的電波傳播，它是理想傳播條件。電波在自由空間傳播時(shí)，可以認(rèn)為是直射波傳播，其能量既不會(huì)被障礙物所吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。11第11頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

雖然電波在自由空間里傳播不受阻擋，不產(chǎn)生反射、折射、繞射、散射和吸收，但是，當(dāng)電波經(jīng)過(guò)一段路徑傳播之后，能量仍會(huì)受到衰減，這是由于輻射能量的擴(kuò)散而引起的。

3.2.1自由空間電波傳播方式12第12頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五自由空間傳播損耗公式式中，d是距離的千米數(shù)，f是頻率的兆赫數(shù)。以dB計(jì)，得3.2.1自由空間電波傳播方式由上式可見(jiàn)，自由空間中電波傳播損耗（亦稱衰減）只與工作頻率f和傳播距離d有關(guān)，當(dāng)f或d增大一倍時(shí)，［Lbs］將分別增加6dB。記住此公式13第13頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.2.2視距傳播的極限距離由于地球是球形的，凸起的地表面會(huì)擋住視線。視線所能到達(dá)的最遠(yuǎn)距離稱為視線距離d0圖3-2視距傳播的極限距離

14第14頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五已知地球半徑為R

=

6370km，設(shè)發(fā)射天線和接收天線高度分別為hT和hR（單位為m），理論上可得視距傳播的極限距離d0為由此可見(jiàn)，視距決定于收、發(fā)天線的高度。天線架設(shè)越高，視線距離越遠(yuǎn)。3.2.2視距傳播的極限距離15第15頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.2.2視距傳播的極限距離實(shí)際上，當(dāng)考慮了空氣的不均勻性對(duì)電波傳播軌跡的影響后，在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下，等效地球半徑R

=

8500km，可得修正后的視距傳播的極限距離d0為16第16頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.2.3繞射損耗在實(shí)際情況下，除了考慮在自由空間中的視距傳輸損耗外，還應(yīng)考慮各種障礙物對(duì)電波傳輸所引起的損耗，通常將這種損耗稱為繞射損耗電波傳播的損耗的計(jì)算=自由空間傳播的損耗+繞射損耗17第17頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.2.4反射波電波在傳輸過(guò)程中，遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象。圖3-3所示為從發(fā)射天線到接收天線的電波由反射波和直射波組成的二徑傳播模型。圖3-3反射波和直射波18第18頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，影響傳播的三種最基本的傳播機(jī)制為反射、繞射和散射。當(dāng)電波遇到比波長(zhǎng)大得多的物體時(shí)發(fā)生反射，反射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面。當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間不存在視距路徑，圍繞阻擋體也產(chǎn)生波的彎曲，稱為繞射。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(shí)際的通信系統(tǒng)中，樹(shù)葉、街道標(biāo)志和燈柱等都會(huì)發(fā)生散射。3.2.4反射波19第19頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.3陰影效應(yīng)當(dāng)電波在傳播路徑上遇到起伏地形、建筑物、植被（高大的樹(shù)林）等障礙物的阻擋時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)的陰影。移動(dòng)臺(tái)在運(yùn)動(dòng)中通過(guò)不同障礙物的陰影時(shí)，接收信號(hào)強(qiáng)度就下降，構(gòu)成接收天線處場(chǎng)強(qiáng)中值的變化，從而引起衰落，稱為陰影衰落20第20頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五由于這種衰落的變化速率較慢，又稱為慢衰落（長(zhǎng)期衰落）。慢衰落是以較大的空間尺度來(lái)度量的衰落，屬于大尺度衰落。慢衰落速率主要決定于傳播環(huán)境，即移動(dòng)臺(tái)周圍地形，包括山丘起伏，建筑物的分布與高度，街道走向，基站天線的位置與高度，移動(dòng)臺(tái)行進(jìn)速度等，而與頻率無(wú)關(guān)。3.3陰影效應(yīng)21第21頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.3陰影效應(yīng)慢衰落的深度，即接收信號(hào)局部中值電平變化的幅度取決于信號(hào)頻率與障礙物狀況。頻率較高的信號(hào)比頻率較低的信號(hào)容易穿透建筑物，而頻率較低的信號(hào)比頻率較高的信號(hào)更具有較強(qiáng)的繞射能力。慢衰落的特性是與環(huán)境特征密切相關(guān)的，可用電場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法找出其統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

22第22頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五陸地移動(dòng)信道的主要特征是多徑傳播。傳播過(guò)程中會(huì)遇到各種建筑物、樹(shù)木、植被以及起伏的地形，會(huì)引起電波的反射，如右圖所示。3.4移動(dòng)信道的多徑傳播特性

23第23頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五這樣，到達(dá)移動(dòng)臺(tái)天線的信號(hào)不是單一路徑來(lái)的，而是許多路徑來(lái)的眾多反射波的合成。由于電波通過(guò)各個(gè)路徑的距離不同，因而各條反射波到達(dá)時(shí)間不同，相位也就不同。不同相位的多個(gè)信號(hào)在接收端疊加，有時(shí)同相疊加而增強(qiáng)，有時(shí)反相疊加而減弱。這樣，接收信號(hào)的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了衰落。這種衰落是由于多徑現(xiàn)象所引起的，稱為多徑衰落(快衰落：時(shí)域擴(kuò)展)。3.4移動(dòng)信道的多徑傳播特性

24第24頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五圖多徑時(shí)散示例多徑效應(yīng)在時(shí)域上將造成數(shù)字信號(hào)波形的展寬，為了說(shuō)明它對(duì)移動(dòng)通信的影響，首先看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子25第25頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五假設(shè)基站發(fā)射一個(gè)極短的脈沖信號(hào)Si(t)=a0δ(t)，經(jīng)過(guò)多徑信道后，移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)呈現(xiàn)為一串脈沖，結(jié)果使脈沖寬度被展寬了。這種因多徑傳播造成信號(hào)時(shí)間擴(kuò)散的現(xiàn)象，稱為多徑時(shí)散。多徑效應(yīng)26第26頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一般情況下，接收到的信號(hào)為N個(gè)不同路徑傳來(lái)的信號(hào)之和，即式中，ai是第i條路徑的衰減系數(shù)；τi(t)為第i條路徑的相對(duì)延時(shí)差。

27第27頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.5多普勒頻移當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在運(yùn)動(dòng)中通信時(shí)，接收信號(hào)頻率會(huì)發(fā)生變化，稱為多普勒效應(yīng)。由此引起的附加頻移稱為多普勒頻移（DopplerShift），造成多普勒頻展，多普勒頻移可用下式表示28第28頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五式中，是入射電波與移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向的夾角（見(jiàn)下圖），v是運(yùn)動(dòng)速度，是波長(zhǎng)。式中，與入射角度無(wú)關(guān)，是fD的最大值，稱為最大多普勒頻移。3.5多普勒頻移29第29頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五多徑效應(yīng)導(dǎo)致信號(hào)時(shí)域展寬；頻率選擇性衰落(信號(hào)中不同頻率分量衰落不一致，引起信號(hào)波形失真)多普勒效應(yīng)導(dǎo)致信號(hào)頻域展寬；時(shí)間選擇性衰落信號(hào)在時(shí)域或頻域的展寬，使得本來(lái)分開(kāi)的波形在時(shí)間上或在頻譜上會(huì)產(chǎn)生交疊，使信號(hào)產(chǎn)生衰落失真

重要提示30第30頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.6相關(guān)帶寬從頻域觀點(diǎn)而言，多徑時(shí)散現(xiàn)象將導(dǎo)致頻率選擇性衰落，即信道對(duì)不同頻率成分有不同的響應(yīng)。若信號(hào)帶寬過(guò)大，就會(huì)引起嚴(yán)重的失真。為了說(shuō)明這一問(wèn)題，先討論兩條射線的情況，即如圖所示的雙射線信道。為分析簡(jiǎn)便，不計(jì)信道的固定衰減，用“1”表示第一條射線，信號(hào)為Si(t);用“2”表示另一條射線，其信號(hào)為rSi(t)ejωΔ(t)，這里r為一比例常數(shù)。于是，接收信號(hào)為兩者之和，即31第31頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五雙射線信道等效網(wǎng)絡(luò)32第32頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五雙射線信道等效網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為信道的幅頻特性為由上式可知，當(dāng)ωΔ(t)=2nπ時(shí)(n為整數(shù))，雙徑信號(hào)同相疊加，信號(hào)出現(xiàn)峰點(diǎn)；而當(dāng)ωΔ(t)=(2n+1)π時(shí)，雙徑信號(hào)反相相消，信號(hào)出現(xiàn)谷點(diǎn)。根據(jù)式畫出的幅頻特性如圖所示。33第33頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五雙射線信道的幅頻特性34第34頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五由圖可見(jiàn)，其相鄰兩個(gè)谷點(diǎn)的相位差為則或Δφ=Δω×Δ(t)=2π由此可見(jiàn)，兩相鄰場(chǎng)強(qiáng)為最小值的頻率間隔是與相對(duì)多徑時(shí)延差Δ(t)成反比的，通常稱Bc為多徑時(shí)散的相關(guān)帶寬。若所傳輸?shù)男盘?hào)帶寬較寬，以至與Bc可比擬時(shí)，則所傳輸?shù)男盘?hào)將產(chǎn)生明顯的畸變。

35第35頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五式中，Δ為時(shí)延擴(kuò)展。實(shí)際上，移動(dòng)信道中的傳播路徑通常不止兩條，而是多條，且由于移動(dòng)臺(tái)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，相對(duì)多徑時(shí)延差Δ(t)也是隨時(shí)間而變化的，因而合成信號(hào)振幅的谷點(diǎn)和峰點(diǎn)在頻率軸上的位置也將隨時(shí)間而變化，使信道的傳遞函數(shù)呈現(xiàn)復(fù)雜情況，這就很難準(zhǔn)確地分析相關(guān)帶寬的大小。工程上，對(duì)于角度調(diào)制信號(hào)，相關(guān)帶寬可按下式估算：36第36頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五根據(jù)衰落與頻率的關(guān)系，將衰落分為兩種：頻率選擇性衰落和非頻率選擇性衰落，后者又稱為平坦衰落

頻率選擇性衰落是指?jìng)鬏斝诺缹?duì)信號(hào)不同的頻率成分有不同的隨機(jī)響應(yīng)，信號(hào)中不同頻率分量衰落不一致，引起信號(hào)波形失真

非頻率選擇性衰落是指信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸信道后，各頻率分量的衰落是相關(guān)的具有一致性，衰落波形不失真37第37頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五是否發(fā)生頻率選擇性衰落或非頻率選擇性衰落要由信道和信號(hào)兩方面來(lái)決定，對(duì)于移動(dòng)信道來(lái)說(shuō)，存在一個(gè)固有的相關(guān)帶寬當(dāng)信號(hào)帶寬小于相關(guān)帶寬時(shí)，發(fā)生非頻率選擇性衰落（平坦衰落），波形不失真當(dāng)信號(hào)的帶寬大于相關(guān)帶寬時(shí)，發(fā)生頻率選擇性衰落，引起波形失真，造成碼間干擾38第38頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五對(duì)移動(dòng)信道而言當(dāng)碼元速率較低，信號(hào)的帶寬小于相關(guān)帶寬，衰落為平坦衰落反之，若速率較高，信號(hào)帶寬大于相關(guān)帶寬，衰落為頻率選擇性衰落，引起波形失真，造成碼間干擾（ISI）39第39頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.7衰落特性的特征量1、衰落速率和衰落深度

衰落率，定義為信號(hào)包絡(luò)在單位時(shí)間內(nèi)以正斜率通過(guò)中值電平的次數(shù)

衰落深度即信號(hào)的有效值與該次衰落的信號(hào)最小值的差值2、電平通過(guò)率和平均衰落持續(xù)時(shí)間

電平通過(guò)率定義為信號(hào)包絡(luò)單位時(shí)間內(nèi)以正斜率通過(guò)某一規(guī)定電平R的平均次數(shù)，描述衰落次數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律

平均衰落持續(xù)時(shí)間，定義為信號(hào)包絡(luò)低于某個(gè)給定電平值的概率與該電平所對(duì)應(yīng)的電平通過(guò)率之比40第40頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.8電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型與中值路徑損耗預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)無(wú)線通信系統(tǒng)時(shí)，首要的問(wèn)題是在給定條件下如何算出接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)，或接收信號(hào)中值。這些給定條件包括發(fā)射機(jī)天線高度、位置、工作頻率、接收天線高度、收發(fā)信機(jī)之間距離等。這就是電波傳播的路徑損耗預(yù)測(cè)問(wèn)題，又稱為信號(hào)中值預(yù)測(cè)。采用電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型計(jì)算無(wú)線路徑的傳播損耗，確定無(wú)線蜂窩小區(qū)的服務(wù)覆蓋區(qū)41第41頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.8電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型與中值路徑損耗預(yù)測(cè)研究無(wú)線移動(dòng)通信信道的基本方法理論分析電磁場(chǎng)理論和統(tǒng)計(jì)理論分析+數(shù)學(xué)模型現(xiàn)場(chǎng)電波實(shí)測(cè)計(jì)算機(jī)模擬42第42頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.8電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型與中值路徑損耗預(yù)測(cè)對(duì)無(wú)線電波傳播特性的研究，將導(dǎo)致以下兩種應(yīng)用成果電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型的建立在設(shè)計(jì)無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，很好的掌握在基站周圍所有地點(diǎn)處接收信號(hào)的平均強(qiáng)度及其變化特點(diǎn)，以便為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的研究以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)為實(shí)現(xiàn)信道仿真提供基礎(chǔ)43第43頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.8電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型與中值路徑損耗預(yù)測(cè)3.8.1地形、地物分類3.8.2

中等起伏地形上傳播損耗的中值3.8.3任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值3.8.4電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型3.8.5微蜂窩系統(tǒng)的覆蓋區(qū)預(yù)測(cè)模式44第44頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.8.1地形、地物分類

1.地形的分類與定義為了計(jì)算移動(dòng)信道中信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度中值(或傳播損耗中值)，可將地形分為兩大類，即中等起伏地形和不規(guī)則地形，并以中等起伏地形作傳播基準(zhǔn)。所謂中等起伏地形，是指在傳播路徑的地形剖面圖上，地面起伏高度不超過(guò)20m，且起伏緩慢，峰點(diǎn)與谷點(diǎn)之間的水平距離大于起伏高度。其它地形如丘陵、孤立山岳、斜坡和水陸混合地形等統(tǒng)稱為不規(guī)則地形。45第45頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五基站天線有效高度(hb)46第46頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五hb=hts-hga

移動(dòng)臺(tái)天線的有效高度hm總是指天線在當(dāng)?shù)氐孛娴母叨扔捎谔炀€架設(shè)在高度不同地形上，天線的有效高度是不一樣的。(例如，把20m的天線架設(shè)在地面上和架設(shè)在幾十層的高樓頂上，通信效果自然不同。)因此，必須合理規(guī)定天線的有效高度，其計(jì)算方法參見(jiàn)圖。若基站天線頂點(diǎn)的海拔高度為hts，從天線設(shè)置地點(diǎn)開(kāi)始，沿著電波傳播方向的3km到15km之內(nèi)的地面平均海拔高度為hga，則定義基站天線的有效高度hb為47第47頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

2.地物(或地區(qū))分類不同地物環(huán)境其傳播條件不同，按照地物的密集程度不同可分為三類地區(qū)：①開(kāi)闊地。在電波傳播的路徑上無(wú)高大樹(shù)木、建筑物等障礙物，呈開(kāi)闊狀地面，如農(nóng)田、荒野、廣場(chǎng)、沙漠和戈壁灘等。②郊區(qū)。在靠近移動(dòng)臺(tái)近處有些障礙物但不稠密，例如，有少量的低層房屋或小樹(shù)林等。③市區(qū)。有較密集的建筑物和高層樓房。自然，上述三種地區(qū)之間都有過(guò)渡區(qū)，但在了解以上三類地區(qū)的傳播情況之后，對(duì)過(guò)渡區(qū)的傳播情況就可以大致地作出估計(jì)。48第48頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.8.2中等起伏地形上傳播損耗的中值

1.市區(qū)傳播損耗的中值

在計(jì)算各種地形、地物上的傳播損耗時(shí)，均以中等起伏地上市區(qū)的損耗中值或場(chǎng)強(qiáng)中值作為基準(zhǔn)，因而把它稱作基準(zhǔn)中值或基本中值。由電波傳播理論可知，傳播損耗取決于傳播距離d、工作頻率f、基站天線高度hb和移動(dòng)臺(tái)天線高度hm等。在大量實(shí)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，可作出傳播損耗基本中值的預(yù)測(cè)曲線。下圖給出了典型中等起伏地上市區(qū)的基本中值A(chǔ)m(f,d)與頻率、距離的關(guān)系曲線。49第49頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五圖上，縱坐標(biāo)刻度以dB計(jì)，是以自由空間的傳播損耗為0dB的相對(duì)值。換言之，曲線上讀出的是基本損耗中值大于自由空間傳播損耗的數(shù)值。由圖可見(jiàn)，隨著頻率升高和距離增大，市區(qū)傳播基本損耗中值都將增加。圖中曲線是在基準(zhǔn)天線高度情況下測(cè)得的，即基站天線高度hb=200m，移動(dòng)臺(tái)天線高度hm=3m。

50第50頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五中等起伏地上市區(qū)基本損耗中值51第51頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五如果基站天線的高度不是200m,則損耗中值的差異用基站天線高度增益因子Hb(hb,d)表示。下圖（a）給出了不同通信距離d時(shí)，Hb(hb,d)與hb的關(guān)系。顯然，當(dāng)hb＞200m時(shí)，Hb(hb,d)＞0dB；反之，當(dāng)hb＜200m時(shí)，Hb(hb,d)＜0dB。52第52頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

天線高度增益因子(a)基站Hb(hb,d);(b)移動(dòng)臺(tái)Hm(hm,f)53第53頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五同理，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)天線高度不是3m時(shí)，需用移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子Hm(hm,f)加以修正，參見(jiàn)上圖(b)。當(dāng)hm

＞3m時(shí)，Hm(hm,f)＞0dB；反之，當(dāng)hm＜3m時(shí)，Hm(hm,f)＜0dB。由圖3-24(b)還可見(jiàn)，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)天線高度大于5m以上時(shí)，其高度增益因子Hm(hm,f)不僅與天線高度、頻率有關(guān)，而且還與環(huán)境條件有關(guān)。例如，在中小城市，因建筑物的平均高度較低，故其屏蔽作用較小，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)天線高度大于4m時(shí)，隨天線高度增加，天線高度增益因子明顯增大；若移動(dòng)臺(tái)天線高度在1～4m范圍內(nèi)，Hm(hm,f)受環(huán)境條件的影響較小，移動(dòng)臺(tái)天線高度增高一倍時(shí)，Hm(hm,f)變化約為3dB。54第54頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

2.郊區(qū)和開(kāi)闊地?fù)p耗的中值郊區(qū)的建筑物一般是分散、低矮的，故電波傳播條件優(yōu)于市區(qū)。郊區(qū)場(chǎng)強(qiáng)中值與基準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)中值之差稱為郊區(qū)修正因子，記作Kmr，它與頻率和距離的關(guān)系如下圖所示。由圖可知，郊區(qū)場(chǎng)強(qiáng)中值大于市區(qū)場(chǎng)強(qiáng)中值。或者說(shuō)，郊區(qū)的傳播損耗中值比市區(qū)傳播損耗中值要小。55第55頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五郊區(qū)修正因子56第56頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五下圖給出的是開(kāi)闊地、準(zhǔn)開(kāi)闊地(開(kāi)闊地與郊區(qū)間的過(guò)渡區(qū))的場(chǎng)強(qiáng)中值相對(duì)于基準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)中值的修正曲線。Qo表示開(kāi)闊地修正因子,Qr表示準(zhǔn)開(kāi)闊地修正因子。顯然，開(kāi)闊地的傳播條件優(yōu)于市區(qū)、郊區(qū)及準(zhǔn)開(kāi)闊地，在相同條件下，開(kāi)闊地上場(chǎng)強(qiáng)中值比市區(qū)高近20dB。為了求出郊區(qū)、開(kāi)闊地及準(zhǔn)開(kāi)闊地的損耗中值，應(yīng)先求出相應(yīng)的市區(qū)傳播損耗中值，然后再減去由圖查得的相對(duì)應(yīng)的修正因子即可。57第57頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

開(kāi)闊地、準(zhǔn)開(kāi)闊地修正因子58第58頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.不規(guī)則地形上傳播損耗的中值（略）

1.丘陵地的修正因子Kh2.孤立山岳修正因子Kjs

3.斜波地形修正因子Ksp

4.水陸混合路徑修正因子Ks59第59頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.8.3任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值1.中等起伏地市區(qū)中接收信號(hào)的功率中值PP中等起伏地市區(qū)接收信號(hào)的功率中值PP可由下式確定：［PP］=［P0］-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm,f)式中，P0為自由空間傳播條件下的接收信號(hào)的功率，即60第60頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五式中：PT——發(fā)射機(jī)送至天線的發(fā)射功率；λ——工作波長(zhǎng)；d——收發(fā)天線間的距離；Gb——基站天線增益；Gm——移動(dòng)臺(tái)天線增益。61第61頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五Am(f,d)是中等起伏地市區(qū)的基本損耗中值，即假定自由空間損耗為0dB，基站天線高度為200m,移動(dòng)臺(tái)天線高度為3m的情況下得到的損耗中值

Hb(hb,d)是基站天線高度增益因子，它是以基站天線高度200m為基準(zhǔn)得到的相對(duì)增益。Hm(hm,f)是移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子，它是以移動(dòng)臺(tái)天線高度3m為基準(zhǔn)得到的相對(duì)增益62第62頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.任意地形地區(qū)接收信號(hào)的功率中值PPc

PPc=[PP]+KT任意地形地區(qū)的傳播損耗中值

LA=LT-KT

式中，LT為中等起伏地市區(qū)傳播損耗中值，即

LT=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)地形地物修正因子KT

：

KT=Kmr+Q0+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+Ks63第63頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五【示例】某一移動(dòng)信道，工作頻段為450MHz，基站天線高度為50m，天線增益為6dB，移動(dòng)臺(tái)天線高度為3m，天線增益為0dB；在市區(qū)工作，傳播路徑為中等起伏地，通信距離為10km。試求：

(1)傳播路徑損耗中值；

(2)若基站發(fā)射機(jī)送至天線的信號(hào)功率為10W，求移動(dòng)臺(tái)天線得到的信號(hào)功率中值。64第64頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五解(1)根據(jù)已知條件，KT=0,LA=LT

自由空間傳播損耗［Lfs］=

32.44+20lgf+20lgd=

32.44+20lg450+20lg10=

105.5dB65第65頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

查得市區(qū)基本損耗中值

Am(f,d)=27dB基站天線高度增益因子

Hb(hb,d)=-12dB移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子

Hm(hm,f)=0dB

可得傳播路徑損耗中值為

LA=LT=105.5+27+12=144.5dB66第66頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五解(2)［PP］=［P0］-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm,f)=[PT]-[Lfs]+[Gb]+[Gm]-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm,f)=[PT]+[Gb]+[Gm]-[LT]=10lg10+6+0-144.5=-128.5dBW=-98.5dBm67第67頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1、室外傳播模型Okumra-Hata模型COST-231Hata模型CCIR模型LEE模型COST-231WI模型Hata模型是廣泛使用的一種中值路徑損耗預(yù)測(cè)的傳播模型，適用于宏蜂窩。Okumra-Hata模型，150~1500MHz，主要用于900MHzCOST-231Hata，是將頻率擴(kuò)展到2GHz的Hata模型擴(kuò)展版本3.8.4移動(dòng)信道的電波傳播損耗預(yù)測(cè)傳播模型68第68頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五Hata根據(jù)Okumura模型中的各種圖表曲線歸納出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，稱為Hata模型。這種模型仍然保留了Okumura模型的風(fēng)格，以市區(qū)傳播損耗為標(biāo)準(zhǔn)，其他地區(qū)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修正。69第69頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（1）Okumura-Hata模型

Hata將市區(qū)的傳播損耗表示為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的公式和一個(gè)應(yīng)用于其他不同環(huán)境的附加校正公式

在市區(qū)的中值路徑損耗的標(biāo)準(zhǔn)公式為L(zhǎng)p(dB)=69.55+26.16lgfc-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)lgd+Ccell+Cterrain（

dB）式中：fc是在150~1500MHz內(nèi)的工作頻率；hb是基站發(fā)射機(jī)的有效天線高度（單位為m，適用范圍30~200m），其定義為天線相對(duì)海平面高度hts減去距離從3km到15km之間的平均地面高度hga;hm是移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)的有效天線高度（單位為m，適用范圍1~10m）;d是收發(fā)天線之間的距離（單位為km，適用范圍1~10km）；a(hm)是移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)的有效天線高度的修正因子。70第70頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五對(duì)于中小城市，a(hs)的表達(dá)式為

a(hm)=(1.1lgfc-0.7)hm-(1.56lgfc-0.8)dB對(duì)于大城市、郊區(qū)、鄉(xiāng)村a(hs)的表達(dá)式為

a(hm)=8.29(lg1.54hm)2-1.1dBfc≤300MHz

a(hm)=3.2(lg11.754hm)2-4.97dBfc≥300MHzCcell為小區(qū)類型校正因子；Cterrain為地形校正因子

71第71頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五郊區(qū)

Ccell=-2［lg(fc/28)］2-5.4dB鄉(xiāng)村

Ccell=-4.78(lgfc)2-18.33lgfc-40.94dB

城市

Ccell=0dB

72第72頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（2）COST-231Hata模型

是Hata模型的擴(kuò)展版本應(yīng)用頻率1500~2000MHz

小區(qū)半徑大于1km的宏蜂窩系統(tǒng)發(fā)射天線在30m~200m之間接收天線在1m~10m之間COST-231Hata模型路徑損耗計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為：

L=46.3+33.9fc-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)lgd+Ccell+Cterrain+CMdBCM為大城市中心校正因子：中等城市和郊區(qū)CM

=0dB；大城市中心CM

=3dB（兩種Hata模型的主要區(qū)別：頻率衰減因子不同）73第73頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（3）CCIR模型

CCIR模型反應(yīng)了自由空間路徑損耗和地形引入的路徑損耗聯(lián)合效果的經(jīng)驗(yàn)公式L(dB)=69.55+26.16lgfc-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)lgd-B（dB）該公式為Okumura-Hata模型在城市傳播環(huán)境下的應(yīng)用，其校正因子：

B=30-20lg(被建筑物覆蓋的區(qū)域的百分比)如15%的區(qū)域被建筑物覆蓋：

B=30-20lg15（4）LEE模型（略）74第74頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（5）COST-231WI模型

COST-231WI模型基于Walfisch-Bertoni模型和Ikegami模型，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)加以完善而提出了COST-231模型。這種模型考慮到了自由空間損耗、沿傳播路徑的繞射損耗以及移動(dòng)臺(tái)與周圍建筑屋頂之間的損耗。COST-231WI模型已被用于微小區(qū)的實(shí)際工程設(shè)計(jì)。

800MHz~2000MHz4m<=hb<=50m1m<=hm<=3m0.02km<=d<=5km75第75頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

1)視距傳播LOS路徑損耗計(jì)算公式為

L=42.6+26lgd+20lgf

式中損耗L以dB計(jì)算，距離d以km計(jì)算，頻率f

以MHz計(jì)算(下面公式中的參量單位與該式相同)2)非視距傳播路徑損耗計(jì)算公式為

L=L0+Lrts+Lmsd

式中，L0是自由空間傳播損耗；Lrts是屋頂至街道的繞射及散射損耗；Lmsd是多重屏障的繞射損耗。76第76頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

式中：w為街道寬度(m)；Δhm=hroof-hm為建筑物高度hroof與移動(dòng)臺(tái)天線高度hm之差(m)；Lori是考慮到街道方向的實(shí)驗(yàn)修正值，且0≤φ<35°35°≤φ<55°55°≤φ<90°式中的φ是入射電波與街道走向之間的夾角。

77第77頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五式中，b為沿傳播路徑建筑物之間的距離(m)；Lbsh和Ka表示由于基站天線高度降低而增加的路徑損耗；Kd和Kf為L(zhǎng)msd與距離d和頻率f相關(guān)的修正因子，與傳播環(huán)境有關(guān)。以上參數(shù)的值如下：hb>hroofhb≤hroof

hb>hroof

hb≤hroof且d≥0.5kmhb≤hroof且d≥0.5km78第78頁(yè)，共86頁(yè)，2023年，2月20日，星期五hb>hroof

hb≤hroof

中等城市及具有中等密度樹(shù)木的郊區(qū)大城市以上式中的hb和hroof分別為基站天線和建筑物屋頂?shù)母叨?m)，Δhb為兩者之差：

Δhb=hb-hroof79第79