无线传播理论与模型.ppt

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1、无线传播理论与模型现在学习的是第1页，共57页无线传播理论与模型无线传播理论与模型 摘要 本章首先介绍无线传播理论，着重介绍了自由空间传播模型，电场与功率的关系，以及三种基本传播机制。然后介绍无线传播模型，包括传播模型概述和分类，并分别介绍宏小区、微小区和室内传播模型。最后介绍了传播模型在蜂窝技术中的应用。现在学习的是第2页，共57页学习目标掌握无线传播理论基本知识掌握传播模型的作用，记住几种常用模型的名称和适用范围。理解链路预算的基本参数和计算方法。了解一些产品在覆盖规划中如何应用学习完本课程，您应该能够：现在学习的是第3页，共57页无线传播理论无线传播理论概述概述电磁波传播的机理是多种多样

2、的，但总体上可以归结为反射、绕射和散射。大多数蜂窝无线系统运作在城区，发射机和接收机之间一般不存在直接视距路径，且存在高层建筑，因此产生了绕射损耗。此外由于不同物体的多路径反射，经过不同长度路径的电磁波相互作用产生了多径损耗，同时也存在随着发射机和接收机之间距离的不断增加而引起电磁强度的衰减。对传播模型的研究，传统上集中于给定范围内平均接收场强的预测，和特定位置附近场强的变化。对于预测平均场强并用于估计无线覆盖范围的传播模型，由于它们描述的是发射机和接收机之间（TR）长距离（几百米或几千米）上的场强变化，所以被称为大尺度传播模型。另一方面，描述短距离（几个波长）或短时间（秒级）内的接收场强的快

3、速波动的传播模型，称为小尺度衰减模型。现在学习的是第4页，共57页当移动台在极小的范围内移动时，可能引起瞬时接收场强的快速波动，即小尺度衰减。其原因是接收信号为不同方向信号的合成。由于相位变化的随机性，其合成信号变化范围很大。在小尺度衰减中，当接收机移动距离与波长相当时，其接收场强可以发生3或4个数量级（30dB或40dB）的变化。当移动台远离发射机时，当地平均场强逐渐减弱，该平均接收场强由大尺度传播模型预测。典型地，当地平均接收场强由从5 到40 范围内信号测量平均值计算得到，对于频段从1GHz到2GHz的蜂窝系统，相应测量在1米到10米范围内。无线传播理论无线传播理论概述概述现在学习的是第

4、5页，共57页无线传播理论概述300-3000GHzEHFExtremely HighFrequency30-300GHzSHFSuper High Frequency3-30GHzUHFUltra High Frequency300-3000MHzVHFVery High Frequency30-300MHzHFHigh Frequency3-30MHzMFMedium Frequency300-3000KHzLFLow Frequency30-300KHzVLFVery-low Frequency3-30KHzVFVoice Frequency300-3000HzELFExtremely

5、LowFrequency30-300Hz3-30HzDesignationClassificationFrequency不同频段内的频率具有不同的传播特性现在学习的是第6页，共57页无线电波分布在3Hz到3000GHz之间，在这个频谱内划分为12个带，如上表。在不同的频段内的频率具有不同的传播特性。频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远；而且频率越低，绕射能力越强，建筑物内覆盖效果越好。但是，低频段频率资源紧张，系统容量有限，因此主要应用于广播、电视、寻呼等系统。高频段频率资源丰富，系统容量大；但是频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近；而且频率越高，绕射能力越弱，建筑物内覆盖效果越差。而且频率越

6、高，技术难度越大，系统的成本也相应提高。移动通信系统选择所用频段要综合考虑覆盖效果和容量。UHF频段与其他频段相比，在覆盖效果和容量之间折衷的比较好，因此被广泛应用于移动通信领域。当然，随着人们对移动通信的需求越来越多，需要的容量越来越大，移动通信系统必然要向高频段发展。无线传播理论概述现在学习的是第7页，共57页自由空间传播模型用于预测接收机和发射机之间是完全无阻挡的视距路径时的接收信号场强。卫星通信和微波视距无线链路是典型的自由空间传播。与大多数大尺度无线电波传播模型类似，自由空间模型预测接收功率的衰减为TR距离的函数（幂函数）。自由空间中距发射机d处天线的接收功率由Friis公式给出：公

7、式（1）其中，Pt为发射功率；P r(d)是接收功率，为TR距离的函数；Gt是发射天线增益；Gr是接收天线增益；d是TR间距离，单位为米；L是与传播无关的系统损耗因子；为波长，单位米。天线增益与它的有效截面相关，即：公式（2）自由空间传播模型LdGGPdPrttr222)4()(24eAG 现在学习的是第8页，共57页自由空间传播模型有效截面Ae 与天线的物理尺寸相关，则与载频相关：公式（3）其中，f为载频Hz；Wc为载频，rad/s；c为光速，m/s。Pt和Pr 必须有相同单位，Gt和Gr为无量纲量。综合损耗L（L 1）通常归因于传输线衰减、滤波损耗和天线损耗，L1则表明系统硬件中无损耗。由

8、自由空间公式1可知，接收功率随TR距离的平方衰减，即接收功率衰减与距离的关系为20dB/10倍程。ccfc2现在学习的是第9页，共57页各方向具有相同单位增益的理想全向天线，通常作为无线通信系统的参考天线。等效各向同性辐射功率（EIRP）定义为：公式（4）表示同全向天线相比，可由发射机获得的在最大天线增益方向上的最大发射功率。实际上用有效发射功率（ERP）代替EIRP，来表示同半波偶极子天线相比的最大发射功率。由于偶极子天线具有1.64的增益（比全向天线高2.15dB），因此对于同一传输系统，ERP比EIRP低2.15dB。实际上，天线增益是以dBi为单位与全向天线相比的dB增益或以dBd为单

9、位与半波偶极子天线相比的dB增益。自由空间传播模型ttGPEIRP 现在学习的是第10页，共57页路径损耗，表示信号衰减，单位为dB的正值，定义为有效发射功率和接收功率之间的差值，可以包括也可以不包括天线增益。当包括天线增益时，自由空间路径损耗为：公式（5）当不包括天线增益时，设定天线增益具有单位增益。其路径损耗为：公式（6）自由空间传播模型222)4(log10log10)(dGGPPdBPLrtrt222)4(log10log10)(dPPdBPLrt现在学习的是第11页，共57页Friis自由空间模型仅当d为发射天线远场值时使用。天线的远场定义为超过远场距离 的地区，与发射天线截面的最大

10、线性尺寸和载波波长有关：其中，D为天线的最大物理尺寸。此外对于远地地区，必须满足：和fdfdfdDdffd自由空间传播模型22Ddf现在学习的是第12页，共57页显而易见公式1不包括d0的情况。为此，大尺度传播模型使用近地距离 作为接收功率的参考点。当 时，接收功率 与 的 相关。可由公式（1）预测或由测量的平均值得到。参考距离必须选择在远场区，即 ，同时 小于移动通信系统中所用的实际距离。这样，使用公式（1），当距离大于 时，自由空间中接收功率为 公式（8）在移动无线系统中，经常发现 在几平方公里的典型覆盖区内，要发生几个数量级的变化。因为接收电平的动态范围非常大，经常以dBm或dBW为单位

11、来表示接受电平。公式（8）可以表示成以dBm或dBW为单位，只要公式两边均乘以10。例如，如果 单位为dBm，接收功率为：公式（9）其中，单位为瓦。自由空间传播模型0d0dd)(dPr0drP)(0dPrfdd 00d0dfrrddddddPdP0200 )()(rPrPfrrdddddWdPdBmdP000 log20001.0)(log10)()(0dPr现在学习的是第13页，共57页在实际使用低增益天线，12GHz地区的系统中，参考距离 在室内环境典型值取为1m，室外环境取为100m或1km，这样公式（8）和公式（9）中的分子为10的倍数。这就使以dB为单位的路径损耗计算很容易。0d自由

12、空间传播模型现在学习的是第14页，共57页陆地移动通信中的无线信号 基站发出的无线电信号的传播路径损耗受地面地形地物的影响很大，基站越高信号传得越远。无线电波传播极其复杂，受到反射、绕射和散射等多径传播的影响，有时会引起严重的信号衰落。无线电波传播还和频率相关，频率越高，传播路径损耗越大，绕射能力越弱，传播的距离也越近。现在学习的是第15页，共57页在移动通信中，影响传播的三种最基本的机制为反射、绕射和散射。接收功率（或它的反面，路径损耗）是基于反射、散射和绕射的大尺度传播模型预测的最重要的参数。这三种传播机制也描述了小尺度衰弱和多径传播。当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生发射，发射发生于地

13、球表面、建筑物和墙壁表面。当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。由阻挡表面产生的二次波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。当接收机和发射机之间不存在视距路径，围绕阻挡体也产生波弯曲。在高频波段，绕射与反射一样，依赖于物体的形状，以及绕射点入射波振幅、相位和极化的情况。当电磁波穿行的介质中存在小于或等于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。散射波产生于粗糙表面、小物体或其它不规则物体。在实际通信系统中，树叶、街道标志和灯柱都会引发散射。无线信号三种基本传播机制现在学习的是第16页，共57页1反射（无线电波遇到远大于波长的障碍物表面无线电波遇到远大于波长的障碍物

14、表面）电波在不同性质的介质交界处，会有一部分发生反射，一部分通过。如果平面波入射到理想电介质的表面，则一部分能量进入第二个介质中，一部分能量反射回到第一介质，没有能量损耗。如果第二介质为理想发射体，则所有能量被反射回第一介质，无能量损耗。反射波和传输波的电场强度取决于费涅尔（Fresnel）反射系数。反射系数为材料的函数，并与极性、入射角和频率有关。一般来说，电磁波为极化波，即在空间相互垂直的方向上同时存在电场分量。极化波在数学上可表示成两个空间相互垂直成分的和，例如水平和垂直，左手环和右手环成分等。对一定的极性，可通过叠加计算反射场。无线信号三种基本传播机制现在学习的是第17页，共57页2绕

15、射（遇到尖角或薄边的阻挡物遇到尖角或薄边的阻挡物）绕射使得无线电信号绕地球曲线表面传播，能够传播到阻挡物后面。尽管接收机移动到阻挡体的阴影区时，接收场强衰减非常迅速，但绕射场依然存在并常常具有足够的强度。绕射现象可由Huygens原理解释，它说明波前上的所有点可作为产生次级波的点源，这些次级波组合起来形成传播方向上新的波源。绕射由次级波的传播进入阴影区而形成。阴影区绕射波场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和。无线信号三种基本传播机制现在学习的是第18页，共57页3散射（遇到大量尺寸远小于波长的颗粒遇到大量尺寸远小于波长的颗粒）在实际移动无线环境中，接收信号比单独绕射和反射模型预测的要强。这是因为

16、当电波遇到粗糙表面时，反射能量由于散射而散布于所有方向。像树、街道标志和灯柱这样的物体在所有的方向上散射能量，这就给接收机提供了额外的能量。远大于波长的平滑表面可建模成反射面，对于粗糙表面，反射系数需乘以一个散射损耗系数，以代表减弱的反射场。物体表面粗糙程度可以使用瑞利（Rayleigh）准则来判断，如果平面上最大的突起高度h小于hc，则认为表面为光滑的，反之则为粗糙的。无线信号三种基本传播机制现在学习的是第19页，共57页传播途径直射波及地面反射波（最一般的传播形式）对流层反射波（传播具有很大的随机性）电离层反射波（超视距通讯途径）山体绕射波（阴影区域信号来源）无线电波可通过多种方式从发射天

17、线传播到接收天线：直射波或地面反射波、绕射波、对流层反射波、电离层反射波。如图所示。还有了一种：表面波的传播方式，主要利用左边这两种。现在学习的是第20页，共57页就电波传播而言，发射机同接收机间最简单的方式是自由空间传播。自由空间指该区域是各向同性（沿各个轴特性一样）且同类（均匀结构）。另一种方式是地面反射波。直射波和反射波叠加的结果可能使信号加强，也可能使信号减弱，即所谓的多径效应。绕射波是建筑物内部等阴影区域信号的主要来源。绕射波的强度受传播环境影响很大，且频率越高，绕射信号越弱。第三种方式即对流层反射波，产生于对流层。对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。它的反射系数随高度增加而

18、减少。这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲。对流层方式应用于波长小于10米（即频率大于30MHz）的无线通信中。第四种方式是经电离层反射传播。当电波波长小于1米（频率大于300MHz）时，电离层是反射体。从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，因此这种传播用于长距离通信。同对流层一样，电离层也具有连续波动的特性。传播途径现在学习的是第21页，共57页城区的电波传播 很少有直射波能直接到达移动台，大部分情况，接收的信号主要是反射波、绕射波和散射波的叠加 现在学习的是第22页，共57页传播途径建筑物反射波绕射波直射波地面反射波现在学习的是第23页，共57页在一个典型的蜂窝移动通信环境中，移动台总是比基

19、站天线矮很多，接收机与发射机之间的直达路径被建筑物或其他物体所阻碍。所以，在蜂窝基站与移动台之间的通信不是通过直达路径，而是通过许多其他路径完成的。在UHF频段，从发射机到接收机的电磁波的主要传播模式是散射，即从建筑物平面反射或从人工、自然物体折射。慢衰落由障碍物阻挡造成阴影效应，接收信号强度下降，但该场强中值随地理改变变化缓慢，故称慢衰落。又称为阴影衰落。慢衰落的场强中值服从对数正态分布，且与位置/地点相关快衰落合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大，称为快衰落，衰落的速度取决于移动台的速度。深衰落点在空间上的分布是近似的相隔半个波长。因其场强服从瑞利分布，又称为瑞利衰落，衰落的振幅、

20、相位、角度随机。无线传播环境 两种衰落现在学习的是第24页，共57页无线传播环境 两种衰落距离(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落现在学习的是第25页，共57页快衰落又可以细分为以下3类：（1）、时间选择性衰落：用户的快速移动在频域上产生多普勒效应而引起频率扩散，从而引起时间选择性衰落。（2）、空间选择性衰落：不同的地点，不同的传输路径衰落特性不一样。（3）、频率选择性衰落：不同的频率衰落特性不一样，引起时延扩散，从而引起频率选择性衰落。为减少快衰落对无线通信的影响，常用方法有空间分集，频率分集，时间分集等。无线传播环境 两种衰落现在学习的是第26页，共57页 抗

21、快衰落措施抗快衰落措施分集分集（1）、时间分集 符号交织、检错、纠错编码（2）、空间分集 采用主、分集天线接收（3）、频率分集 450M的宽带通信本身就是频率分集（4）、RAKE接收利用RAKE接收机接收多个不相关多径无线传播环境抵抗信号快衰落现在学习的是第27页，共57页对于快衰落，基站采取的措施是采用时间分集、空间分集（极化分集）和频率分集的办法。时间分集主要靠符号交织、检错和纠错编码等方法，不同编码所具备的抗衰落特性不一样，这也是当今移动通信研究的前沿课题。空间分集主要采用主分集天线接收的办法来解决，基站的接收机对主分集通道分别接收到的的信号进行处理，一般采取最大似然法。这种主分集接收的

22、效果由主分集天线接收的不相关性所保证（所谓不相关性是指，主集天线接收到的信号与分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性，这也就要求采用空间分集时主分集天线之间的间距大于10倍的无线信号波长（对于GSM，900M要求天线间距大于4米，1800M要求天线间距大于2米），或者采用极化分集的办法保证主分集天线接收到的信号不具有相同的衰减特性。而对于移动台（手机）而言，因为只有一根天线，因而不具有这种空间分集功能。无线传播环境抵抗信号快衰落现在学习的是第28页，共57页基站接收机对一定时间范围（时间窗）内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。450M通信中，软切换时，移动台与多个基站同时联系，从中

23、选取最好的信号，这同样是一种空间分集的形式。频率分集主要采取扩频方式来解决，在GSM移动通信中，简单地采用跳频这种扩频方式来获得跳频增益；在450M移动通信中，由于每个信道都工作在较宽频段（窄带450M为1.25MHz），本身就是一种扩频通信。无线传播环境抵抗信号快衰落现在学习的是第29页，共57页多径衰落当接收机在可引起反射、绕射的复杂环境下移动时，在不到一个波长范围内会出现几十分贝的电平变化和激烈的相位摆动 无线传播环境多径衰落现在学习的是第30页，共57页 电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接决定传播模型的选取。影响无线传播环境的主要因素：影响无线传播环境的主要因素：(1

24、)、自然地形（高山、丘陵、平原、水域）人工建筑的数量、分布、材料特性(人为环境)该区域植被特征 天气状况 自然和人为的电磁噪声状况 (2)、人为环境:市区、郊区、农村影响无线传播环境的因素现在学习的是第31页，共57页自由空间传播的路径损耗自由空间传播路径损耗可写为：MHZKmfsfddBL10log20log2045.32)(10 传播距离越远，路径损耗越大；电波的频率越高，路径损耗也越大现在学习的是第32页，共57页在研究传播时，特定收信机功率接收的信号电平是一个主要特性。由于传播路径和地形干扰，传播信号减小。这种信号强度减小称为传播损耗。（1）、自由空间传播衰耗：Ploss=32.4+2

25、0lgfMHz+20lgdkm；频率一定时，可描述为：Ploss=L0+10 X lgd；X=2 路径损耗斜率,实际环境中取35。（2）、平坦地形传播损耗：Ploss=L0+10X lgd-20lghb-20lghm；X=4 路径损耗斜率 hb：基站天线高度 hm：移动台天线高度 上式中，f为频率，d为距离（公里）。上式与距离d成正比，当d增加一倍，自由空间路径损耗增加6分贝。同时，当减小波长（提高频率f），路径损耗增大。我们可以通过增大辐射和接收天线增益来补偿这些损耗。传播中的损耗现在学习的是第33页，共57页 绕射损耗电磁波在绕射点四处扩散；绕射波函盖除障碍物外的所有方向；波长越长，绕射能

26、力越“强 ”；建筑物后面的信号主要是通过绕射得到，因此波长越长，信号越“强 ”。传播中的损耗现在学习的是第34页，共57页（4）、穿透损耗 穿透损耗主要取决于建筑物的材料、厚度和入射角度。穿透损耗代表信号穿透建筑物的能力，不同结构的建筑物对信号的影响非常大。同一建筑物对长波长产生的穿透损耗大于短波长。室内信号取决于建筑物的穿透损耗；室内窗口处与室内中部信号差别较大；建筑物材质对穿透损耗影响较大；电磁波的入射角对穿透损耗影响较大；XdBmWdBm穿透损耗=X-W=B dB 0 0 0 0dDw 1w 2E1E2电磁波穿透墙体的反射和折射传播中的损耗现在学习的是第35页，共57页常用穿透损耗（80

27、0M）：隔墙阻挡：520dB,楼层阻挡：20dB室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层家具和其它障碍物的阻挡：215dB厚玻璃：610dB火车车厢的穿透损耗为：1530dB梯的穿透损耗：30dB左右茂密树叶损耗：10dB传播中的损耗现在学习的是第36页，共57页（5）、反射损耗（800M）表6.3-1各种环境反射损耗值：水面反射损耗很小，所以在水面较多的地方要注意控制电波的传播。地面性质水面稻田田野城市、山地、森林等效地面反射系数0.910.60.8 0.30.50.10.2反射损耗（dB）01246101420传播中的损耗现在学习的是第37页，共57页问题 快衰落服从什么分布？慢衰落服

28、从什么分布？现在学习的是第38页，共57页从基站发出的无线电信号不仅存在大气层中传播遇到的路径损耗，而且还受到地面传播路径损耗的影响，而地面传播损耗受地面地形地物的影响很大。移动台天线高度较低，一般非常接近地平面，这是产生这一附加传播损耗的原因之。一般来说，地面的质地和粗糙度往往导致能量耗散，减小移动台和基站的接收信号强度。这种类型的损耗和自由空间损耗相结合，共同构成了传播路径损耗。移动无线电信号还受到各种各样的散射和多径现象的影响它们能引起严重的信号衰落，这些影响源于移动无线电通信媒介。移动无线电信号衰落包括长时限衰落和短时限衰落，这是统计上的分类。长时限衰落一般由沿传播路径上地形地物的较小

29、规模变化引起。短时限衰落一般由各种信号散射体固定的和运动的）的反射引起。这类衰落称为“多径”衰落。对在这样复杂环境中传播信号的变化进行精确特征描述，是一项非常间距的任务。下面介绍的各种模型，就是通过大量的实测数据，或者精确的电磁理论计算，预测了当地无线信号的变化。无线传播模型概述无线传播模型概述现在学习的是第39页，共57页传播模型意义传播模型意义 传播模型用于预期地形和人为环境对无线传播理论中路径损耗的影响；传播模型是覆盖规划的基础，好的模型可以保证规划的精确度；无线传播模型受系统工作频率的影响，不同的传播模型有不同的工作频率范围；而且有室内传播模型和室外传播模型之分；运用传播模型时，要注意

30、各项参数的单位取值；现在学习的是第40页，共57页传播模型的分类传播模型的分类根据无线传播模型的性质，可以分为下面几类：1 1经验模型经验模型；2 2半经验或半确定性模型半经验或半确定性模型；3 3确定性模型确定性模型。经验模型是根据大量的测试结果统计分析后导出的公式。用经验模型预测路径损耗的方法很简单，不需要相关环境的精确信息，但是不能提供非常精确的路径损耗估算值。确定性模型是对具体的现场环境直接应用电磁理论计算的方法，环境的描述从地形地物数据库中得到，在环境描述中可以找到不同的精度等级。在确定性模型中，已使用的几种技术通常基于射线跟踪的方法：几何绕射理论、物理光学，以及不经常用的精确方法，

31、如积分方程法或时域有限差分法。在市区、山区和室内环境情况中，确定性的无线传播预测是一种极其复杂的电磁问题。半经验或半确定性模型是基于把确定性方法用于一般的市区或室内环境中导出的等式。有时候，为了改善它们和实验结果的一致性，则根据实验结果对等式进行修正，得到的等式是天线周围地区某个规定特性的函数。现在学习的是第41页，共57页根据传播模型的应用环境对它们进行分类。通常考虑三类环境(小区)：宏小区(宏蜂窝)、微小区(或微蜂窝）、微微小区(或微微蜂窝）。1宏小区:宏小区是面积很大的区域，覆盖半径约130km，基站发射天线通常架设在周围建筑物上方。通常，在收发之间没有直达射线。2微小区:微小区的覆盖半

32、径在0.11km之间，覆盖面积不一定是圆的。发射天线的高度可以和周围建筑物的高度相同或者略高于或低于。通常，根据收发天线和环境障碍物的相对位置分成两类情况：LOS（视距）情况和NLOS（非视距）情况。3微微小区:微微小区的典型半径是在0.010.1km之间。微微小区可以分为两类：室内和室外。发射天线在屋顶下面或者在建筑物内。无论在室内还是在室外情况中，通常要分别考虑LOS和NLOS这两种情况。一般，三种类型模型和三种小区类型之间有相互适应的关系。如经验模型和半经验模型对具有均匀特性的宏小区是适合的，半经验公式还适用于均匀的微小区，模型所考虑的参数能很好地表征整个环境。确定性模型适用于微小区和微

33、微小区，不管它们的形状如何，但对宏小区是不能适用的，因为这种环境所需的CPU时间使这些技术效率变得低下。传播模型的分类传播模型的分类现在学习的是第42页，共57页一般规划软件模型Lp=K1+K2lgd+K3(hm)+K4lg(hm)+K5lg(Heff)+K6lg(Heff)lgdK7diffn+KclutterK1与频率(MHz)有关的常数 K2 与距离(km)有关的常数K3,K4移动台天线高度(m)修正系数 K5,K6基站天线高度(m)修正系数K7绕射修正系数 Kclutter地物衰减修正系数d基站和移动台之间的距离(km)hm,Heff移动台天线和基站天线有 效高度(m)现在学习的是第4

34、3页，共57页几种常见传播模型经典模型是科学家通过CW测试数据逐步拟合出来的Walfisch-lkegami模型适合于城区与密集城区；Hata模型不太适合于城区和密集城区：对于郊区、城区等无线环境，该模型输出的路径损耗只是截距不一样，斜率差不多，而且它们随着距离不同，路径损耗是一条直线，而Walfisch-lkegami模型，路径损耗与距离不是线性关系，在距离较近处，斜率大。模型 适用范围Okumura-Hata 宏蜂窝预测,150-1500 MHz,距离1-20kmCost231-Hata适用于1500-2000 MHz,宏蜂窝预测Walfish-Ikegami 适用于800-2000MHz

35、 城区、密集市区环境预测Keenan-Motley适用于800-2000MHz 室内环境预测规划软件中使用 适用于400-2000MHz 宏蜂窝预测现在学习的是第44页，共57页Okumura-Hata模型是Hata在Okumura大量测试数据的基础上用公式拟合得到的。由于使用Okumura模型，需要查找其给出的各种曲线，不利于计算机预测。Hata根据Okumura的基本中值场强预测曲线，通过曲线拟合，提出了传播损耗的经验公式，即Okumura-Hata模型。这个模型时作了下列三点假设，以求简化：1作为两个全向天线之间的传播损耗处理；2作为准平滑地形而不是不规则地形处理；3以城市市区的传播损耗

36、公式作为标准，其他地区采用校正公式进行修正。宏小区传播模型宏小区传播模型Okumura-Hata模型现在学习的是第45页，共57页适用条件：1f为1501500MHz；2基站天线有效高度hb为30200米；3移动台天线高度hm为110米；4通信距离为135km；传播损耗公式如下：公式说明：d单位为km；f的单位为MHz；Lb城为城市市区的基本传播损耗中值；hb、hm基站、移动台天线有效高度，单位为米；基站天线有效高度计算：设基站天线离地面的高度为hs，基站地面的海拔高度为hg，移动台天线离地面的高度为hm，移动台所在位置的地面海拔高度为hmg，则基站天线的有效高度hb=hs+hg-hmg，移动

37、台天线的有效高度为hm。注：基站天线有效高度计算有多种方法，如：基站周围510公里的范围内的地面海拔高度的平均；基站周围510公里的范围内的地面海拔高度的地形拟合线；等等；不同的计算方法一方面与所使用的传播模型有关，另外也与计算精度要求有关。)(lglg55.69.44()(lg82.13lg16.2655.69dhhahfLbmbb城Okumura-Hata模型现在学习的是第46页，共57页COST-231-Hata模型也是以Okumura等人的测试结果为依据，通过对较高频段的Okumura传播曲线进行分析得到的公式。适用条件：1f为15002000MHz；2基站天线有效高度 为30200米

38、；3移动台天线高度 为110米；4通信距离为135km。传播损耗公式：公式说明：d单位为km，f的单位为MHz；Lb城为城市市区的基本传播损耗中值；hb、hm基站、移动台天线有效高度，单位为米；基站天线有效高度计算：设基站天线离地面的高度为hs，基站地面的海拔高度为hg，移动台天线离地面的高度为hm，移动台所在位置的地面海拔高度为hmg，则基站天线的有效高度hb=hs+hg-hmg，移动台天线的有效高度为hm。COST-231-Hata模型mbmbbCdhhahfLlg)lg55.69.44()(lg82.13lg9.333.46城现在学习的是第47页，共57页宏蜂窝模型的基础是：基站到移动台

39、间的传播损耗由移动台周围的环境决定，但在1km之内，基站周围的建筑物和街道走向严重地影响了基站到移动台间的传播损耗，因而前面提到的宏蜂窝模型不适合1km内的预测。COST-231-Walfish-Ikegami模型可以适用于20m5km范围的传播损耗预测，既可用作宏蜂窝模型，也可用作微蜂窝模型。在作微蜂窝覆盖预测时，必须有详细的街道及建筑物的数据，不能采用统计近似值。适用条件：f为15002000MHz。传播损耗公式：1低基站天线情况：在街道形成的峡谷中的传播特性和自由空间的传播特性是有差别的。如果在街道峡谷内存在一自由的视距（LOS）路径的话，则COST-231-Walfish-Ikegam

40、i模型)()(lg20lg266.42MHzkmbfdL现在学习的是第48页，共57页2高基站天线情况：在这种情况下，COST-231-Walfish-Ikegami模式由3项组成，他对于非视距（NLOS）路径情况是成立的。公式说明：L0 自由空间传输损耗，计算基站到最后屋顶之间的自由空间损耗；Lrts最后的屋顶至街道的绕射及散射损耗，计算街道内的绕射和反射；Lmsd多重屏前向绕射损耗（multi-screen diffraction loss）,计算屋顶上方的多次绕射；Lori街道方向因子；街道宽度（m）；f 计算频率（MHz）;单位为m；单位为度；COST-231-Walfish-Ikeg

41、ami模型msdrtsbLLLL0Mobileh现在学习的是第49页，共57页Hate模型、COST-231模型对比 须输入 频率 距离 天线有效高度 地形地貌（城市、郊区、农村、等）RSSI,dBm-120-110-100-90-80-70-60-5003691215182124273033Distance from Cell Site,kmFieldStrength,dBuV/m+90+80+70+60+50+40+30+20蓝色线表示路测结果 灰色线表示Hata 模型预测结果Hata ModelPL(dB)=69.55+26.16 log(F)-13.82 log(H)+(44.9-6.

42、55 log(H)*log(D)+CHata ModelPL：路径损耗F：频率，单位MHz(150-1500 MHz)D：距离，单位kmH：基站天线有效高度，单位mC：环境校正因子；取值：密集城区：0 dB城区：-5 dB郊区：-10 dB农村：-17 dBCOST-231PL(dB)=46.3+33.9*logF-13.82*logH+(44.9-6.55*logH)*log D+CCOST-231PL：路径损耗F：频率，单位MHz(1500-2000 MHz)D：距离，单位kmH：基站天线有效高度，单位mC：环境校正因子；取值：密集城区：-2 dB城区：-5 dB郊区：-8 dB农村：-1

43、0 dB开阔地：-26 dB现在学习的是第50页，共57页微小区传播模型微小区传播模型双射线模型双射线传播模型在计算接收处的场时只考虑直达射线和地面反射射线的贡献。对平坦的农村环境是可以胜任的，而且它也适合于具有低基站天线的微蜂窝小区，在那里收发天线之间有LOS路径。在这种情况中，若建筑物的墙对电波也发生反射和绕射的话，它们将在简单的双射线模型中导致场强幅度的快速变化，但是并不改变由双射线预测的整个路径损耗幂定律指数n的值）。多射线模型多射线模型已被用在LOS情况下的市区微蜂窝小区中，当收发天线比屋顶平面低得多时。这些模型假设所谓的街道为“介质峡谷”结构（也称为波导结构），接收端的场，来自收发

44、之间的直达射线、沿地面的反射射线、以及峡谷的垂直平面（建筑物墙）反射的射线。双射线模型可以被看作为只考虑两条射线的多射线模型。四射线和六射线模型已被提出：四射线模型由直达射线、地面反射射线和两条被建筑物墙壁反射一次的射线相加得到；六射线模型和四射线模型机理相同，再加上两条被建筑物反射两次的射线。现在学习的是第51页，共57页多缝隙波导模型当多射线模型用到市区环境时，通常假设街道的建筑物是连续排列的，建筑物之间没有间隙。Blaunstein和Levin提出了一个多缝隙波导结构模型，考虑了建筑物墙的实际介质特性、实际分布的街道宽度以及从马路上的反射如图所示。这个模型假设城市结构是由两排平行的具有随

45、机分布缝隙（建筑物之间的缺口）的模拟建筑物墙所形成，考虑了直达场，建筑物墙的多次反射，墙角拐角处多次UTD一致性劈绕射理论）以及地面的反射。微小区传播模型微小区传播模型现在学习的是第52页，共57页室内传播模型室内传播模型室内传播模型分为：对数距离路径损耗模型（经验模型）、衰减因子模型（典型值是2.8）。实验研究指出，在建筑物内对于有障碍物的传播路径（NLOS）将经历瑞利衰落，对于视距路径（LOS）经历莱斯衰落，与建筑物类型无关。莱斯衰落是强的视距（LOS）路径加上许多弱反射的地面路径联合引起的。建筑物的材料、建筑物边的纵横比和窗户的类型已表明对楼层间的射频衰减有影响。测量已经指出，楼层间的损

46、耗并不随分隔距离的增加按分贝线性增加。楼层之间衰减的典型值对于第一层分隔是15dB，然后每层分隔再附加610dB，最多分到4层分隔。对于5层或更多层的分隔，每个附加层的路径损耗增加只有几分贝。对于用室外基站覆盖室内的系统，实验研究已经表明建筑物内部接收到的信号强度随楼层高度而增加。在建筑物的较低层，由于都市群的原因有较大的衰减，使穿透进入建筑物的信号电平很小。在较高楼层，若存在视距路径的话，就会产生较强的直射到建筑物外墙处的信号。信号的穿透损耗是频率和建筑物内部高度的函数。穿透损耗随频率的增加而增大。测量表明，有窗户的穿透损耗比没有窗户的建筑物少6dB。现在学习的是第53页，共57页模型校正C

47、W测试在测试，根据一般经验，在人口密集的大城市，测试站址应不少于5个；对于中小城市一般一个测试站址就够了，这主要取决于测试基站天线高度及其EIRP大小。站址选择的原则是要使它能够覆盖足够多的地物类型（这些地物类型来自数字地图）。在实际测试中为便于测试，测试站址可按以下标准来确定站址是否合适：天线高度大于20米；天线高于最近的障碍物5米以上。在此障碍物主要指天线所在屋顶上的最高建筑物，作为站址的建筑物应高于周围建筑物的平均高度。选择站点，建立模拟基站；选择路线，路测采集数据；利用模型校正工具软件进行校正，获得K1、K2，.，KCLUTER。现在学习的是第54页，共57页CW测试注意选择具有代表性

48、的传播环境，如密集城区、一般城区、郊区等分别选取测试点，且要覆盖尽量多的地物类型；每一种人为环境，最好有三个或三个以上的测试站点，以尽可能消除位置因素影响；获取不同方向，不同距离的测试数据；同一距离多个测试数据；采样符合李氏定律：40波长，采样50个样点车速上限：Vmax=0.8/Tsample；Vmax 车速上限 Tsample 测试设备的最大采样速率；现在学习的是第55页，共57页问题 1、自由空间传播模型？2、三种基本传播机制？3、无线传播模型分类?4、Okumura-Hata 模型的适用范围？5、Okumura-Hata与Cost231-Hata的差异？6、CW测试的意义？现在学习的是第56页，共57页 谢谢大家！现在学习的是第57页，共57页