移動(dòng)通信電波傳播的大尺路徑損耗特性分析PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1移動(dòng)通信電波傳播的大尺路徑損耗特性移動(dòng)通信電波傳播的大尺路徑損耗特性分析分析2022-4-192第1頁(yè)/共95頁(yè)在移動(dòng)通信中，電波主要以空間波和表面波的方式傳播在移動(dòng)通信中，電波主要以空間波和表面波的方式傳播2022-4-193第2頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-194多徑衰落是快速的微觀變化，又稱小尺度衰落或簡(jiǎn)單衰落，用來(lái)描述一小段時(shí)間內(nèi)或與波長(zhǎng)相比很小的一段傳播距離內(nèi)信號(hào)在幅度、相位或多徑延遲上的快速波動(dòng)；地形衰落是緩慢的宏觀變化，又稱大尺度衰落或陰影效應(yīng)，這兩種衰落疊加在一起。第3頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-195第4頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-196第5頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-197第

2、6頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-198第7頁(yè)/共95頁(yè)dhhcbadRT2dTt2202022-4-199第8頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1910第9頁(yè)/共95頁(yè)柱等會(huì)引發(fā)散射。柱等會(huì)引發(fā)散射。2022-4-1911第10頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1912第11頁(yè)/共95頁(yè)準(zhǔn)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(zhǔn)平坦地形以外的其它地形除準(zhǔn)平坦地形以外的其它地形在傳播路徑的地形剖面圖上，地形表面起伏高度在在傳播路徑的地形剖面圖上，地形表面起伏高度在20m以下，而且其起伏是緩慢的，峰點(diǎn)和谷點(diǎn)之間的距離必須大于波動(dòng)表面的高度，在以公里計(jì)的距離內(nèi)，其平均地面高度差仍在以下，而且其起伏是緩

3、慢的，峰點(diǎn)和谷點(diǎn)之間的距離必須大于波動(dòng)表面的高度，在以公里計(jì)的距離內(nèi)，其平均地面高度差仍在20m以內(nèi)。以內(nèi)。2022-4-1913第12頁(yè)/共95頁(yè)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(zhǔn)平坦地形準(zhǔn)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)7002022-4-1914第13頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1915第14頁(yè)/共95頁(yè)2.天線有效高度的定義天線有效高度的定義移動(dòng)臺(tái)天線的有效高度：天線在當(dāng)?shù)氐孛嬉陨系母叨取Ｒ苿?dòng)臺(tái)

4、天線的有效高度：天線在當(dāng)?shù)氐孛嬉陨系母叨取?hb平均高度平均高度基站天基站天線線15km3kmhm移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)臺(tái)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)射天線3 15km 范圍內(nèi)平均地面以上的高度。范圍內(nèi)平均地面以上的高度。2022-4-1916第15頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1917第16頁(yè)/共95頁(yè)地形衰落地形衰落/慢衰落：接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)中值隨時(shí)間、慢衰落：接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)中值隨時(shí)間、地點(diǎn)以及移動(dòng)體的移動(dòng)速度作比較平緩的變化地點(diǎn)以及移動(dòng)體的移動(dòng)速度作比較平緩的變化的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。原因：移動(dòng)體移動(dòng)過(guò)程中，電波傳播路徑的隨機(jī)原因：移動(dòng)體移動(dòng)過(guò)程中，電波傳播

5、路徑的隨機(jī)變化。變化。建筑物和地形起伏的陰影效應(yīng)建筑物和地形起伏的陰影效應(yīng)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(dòng)通信電波傳播的大尺度節(jié)、移動(dòng)通信電波傳播的大尺度路徑損耗特性路徑損耗特性2022-4-1918第17頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1919第18頁(yè)/共95頁(yè) xxxxexp22222lglg2lgexp2lg22tL2022-4-1920第19頁(yè)/共95頁(yè)頻頻 L(d B) t(d B)率率準(zhǔn)平準(zhǔn)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

6、9142045067.5111518混混379119006.58141821合合2022-4-1921第20頁(yè)/共95頁(yè)h10%90%基站天線基站天線10Km接收機(jī)接收機(jī)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(dòng)高度。沿通信方向，距接收點(diǎn)：地形波動(dòng)高度。沿通信方向，距接收點(diǎn)10km范圍內(nèi)，范圍內(nèi)， 分別有分別有10%和和90%的地段超過(guò)的高度之差。的地段超過(guò)的高度之差。2022-4-1922第21頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1923第第4節(jié)、移動(dòng)通信場(chǎng)強(qiáng)均值和傳輸節(jié)、移動(dòng)通信場(chǎng)強(qiáng)均值和傳輸損耗預(yù)測(cè)模型損耗預(yù)測(cè)模型第22頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1924第23頁(yè)/共95頁(yè) O

7、kumura模型為預(yù)測(cè)城區(qū)接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)使用最模型為預(yù)測(cè)城區(qū)接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)使用最廣泛的模型。應(yīng)用頻率在廣泛的模型。應(yīng)用頻率在150MHz1920MHz之之間間( (可擴(kuò)展到可擴(kuò)展到3GHz），距離為），距離為1km100km之間，之間，天線高度在天線高度在30m1000m之間。之間。 特點(diǎn)：以準(zhǔn)平坦地形大城市市區(qū)的中值場(chǎng)強(qiáng)或路特點(diǎn)：以準(zhǔn)平坦地形大城市市區(qū)的中值場(chǎng)強(qiáng)或路徑損耗為參考，對(duì)其他傳播環(huán)境和地形條件等因徑損耗為參考，對(duì)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(jìn)行修正。素分別以校正因子的形式進(jìn)行修正。2022-4-1925第24頁(yè)/共95頁(yè)f=150MHz發(fā)射天線：半波發(fā)射天線：半波偶

8、極子天線偶極子天線有效輻射功率：有效輻射功率：1kWhm=1.5m2022-4-1926第25頁(yè)/共95頁(yè)f=450MHz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=1.5m2022-4-1927第26頁(yè)/共95頁(yè)f=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=1.5m2022-4-1928第27頁(yè)/共95頁(yè)),(50dfALdBLmbs其中，其中， 準(zhǔn)平坦地形中值路徑損耗；準(zhǔn)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(zhǔn)平坦地形相對(duì)于自由空間的準(zhǔn)平坦地形相對(duì)于自由空間的中

9、值損耗。中值損耗。 50LbsLmA中值路徑損耗模型：中值路徑損耗模型：2022-4-1929第28頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1930第29頁(yè)/共95頁(yè) 基站天線有效高度增益基站天線有效高度增益因子因子 移動(dòng)天線有效高度增益移動(dòng)天線有效高度增益因子因子 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(yán)格的高度函數(shù)，與天注意：天線有效高度增益為嚴(yán)格的高度函數(shù)，與天 線類(lèi)型無(wú)關(guān)。線類(lèi)型無(wú)關(guān)。fhHmm,2022-4-1931第30頁(yè)/共95頁(yè)f=1502000MHz2022-4-1932第31頁(yè)/共95頁(yè)與頻率和傳播環(huán)與頻率和傳播環(huán)境有關(guān)境有關(guān)2022-4-

10、1933第32頁(yè)/共95頁(yè)b) 郊區(qū)和開(kāi)闊區(qū)校正因子郊區(qū)和開(kāi)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)為增益 2 2）計(jì)算損耗時(shí)，需減去上述因子）計(jì)算損耗時(shí)，需減去上述因子 3 3）若計(jì)算出的損耗小于自由空間的損耗，）若計(jì)算出的損耗小于自由空間的損耗， 則以自由空間的為準(zhǔn)。則以自由空間的為準(zhǔn)。2022-4-1934第33頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1935第34頁(yè)/共95頁(yè)c) 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(shí)，）道路走向與通信方向平行和垂直時(shí)， 接收的場(chǎng)強(qiáng)中值相差較大接收的場(chǎng)強(qiáng)中值相差較大 2

11、 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(wú)關(guān)頻率無(wú)關(guān)2022-4-1936第35頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1937第36頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1938第37頁(yè)/共95頁(yè)d) 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 2022-4-1939第38頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1940第39頁(yè)/共95頁(yè)e) 不規(guī)則地形校正因子不規(guī)則地形校正因子Kh, KA, Kis, Ki：2022-4-1941第40頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1942第41頁(yè)/共95頁(yè)1）表現(xiàn)為增益）表現(xiàn)為增益2）和水面與基）和水面與基站和移動(dòng)臺(tái)的相站

12、和移動(dòng)臺(tái)的相對(duì)位置有關(guān)對(duì)位置有關(guān)2022-4-1943第42頁(yè)/共95頁(yè)h07. 02022-4-1944第43頁(yè)/共95頁(yè)f） 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(dá)建筑物的高度，傳播方向和直射波到達(dá)的角度。的角度。pbLLL0式中式中,L ,Lb b為實(shí)際路徑衰耗中值，為實(shí)際路徑衰耗中值，L L0 0在街心的衰在街心的衰耗中值，耗中值，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：2022-4-1945第44頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1946第45頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1947第46頁(yè)/共95頁(yè)2022

13、-4-1948第47頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1949第48頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1950第49頁(yè)/共95頁(yè)收、發(fā)天線位于樹(shù)木的收、發(fā)天線位于樹(shù)木的頂部，且相距頂部，且相距1km以上以上2022-4-1951第50頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1952第51頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1953第52頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1954第53頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1955第54頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1956第55頁(yè)/共95頁(yè)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(gòu)成了波導(dǎo)）隧道構(gòu)成了波導(dǎo)2 2）損耗隨頻率升高而減?。p耗隨頻率升高而減小2022-4-1957第56頁(yè)/共

14、95頁(yè)2022-4-1958第57頁(yè)/共95頁(yè) 其中，其中， 基站天線高度增基站天線高度增益因子益因子 移動(dòng)天線高度增益移動(dòng)天線高度增益因子因子 dhHbb,a) 準(zhǔn)平坦地形大城市市區(qū)的中值路徑損耗：準(zhǔn)平坦地形大城市市區(qū)的中值路徑損耗：fhHmm,fhHdhHLLmmbbM,502022-4-1959第58頁(yè)/共95頁(yè) 其中，其中， 郊區(qū)校準(zhǔn)因子郊區(qū)校準(zhǔn)因子 丘陵地形校準(zhǔn)因子丘陵地形校準(zhǔn)因子 斜坡地形校準(zhǔn)因子斜坡地形校準(zhǔn)因子 水陸混合路徑校準(zhǔn)因子水陸混合路徑校準(zhǔn)因子 sKb) 不同環(huán)境及不同地形條件下的中值路不同環(huán)境及不同地形條件下的中值路徑損耗：徑損耗：isAhsmmbbMKKKKfhHdh

15、HLL,50hKAKisK2022-4-1960第59頁(yè)/共95頁(yè)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(jì)算出準(zhǔn)平滑地形，城市利用公式就可以計(jì)算出準(zhǔn)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),(dBdfALLmbsT2022-4-1961第60頁(yè)/共95頁(yè))(12)10,50(),(dBHdhHbbb)(2)900,2(),(dBHfhHmmm),(),(),(fhHdh

16、HdfALLmmbbmbsT查圖查圖, ,得得在上題結(jié)果的基礎(chǔ)上，要再加入基站和移動(dòng)臺(tái)的在上題結(jié)果的基礎(chǔ)上，要再加入基站和移動(dòng)臺(tái)的高度增益因子。高度增益因子。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 .141dB2022-4-1962第61頁(yè)/共95頁(yè))(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：由圖，查得：由圖，查得

17、：)(3)450, 5 . 1 (),(dBHfhHmmm 計(jì)算準(zhǔn)平滑地形市區(qū)的衰耗中值計(jì)算準(zhǔn)平滑地形市區(qū)的衰耗中值 )(10)20,70(),(dBHdhHbbb2022-4-1963第62頁(yè)/共95頁(yè)所以準(zhǔn)平滑地形市區(qū)衰耗中值為：所以準(zhǔn)平滑地形市區(qū)衰耗中值為： ),(),(),(fhHdhHdfALLmmbbmbsT)3()10(5 .305 .111)(155dB 計(jì)算任意地形地物情況下的衰耗中值計(jì)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 dBLKLLTTTA2022-4-1964第63頁(yè)/共95頁(yè)例例3 3：若上題改為在郊區(qū)工作，傳播路徑是

18、正斜坡，：若上題改為在郊區(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2022-4-1965第64頁(yè)/共95頁(yè)HataHata對(duì)對(duì)Okumura

19、Okumura提出的基本中值場(chǎng)強(qiáng)曲線進(jìn)行了公式化提出的基本中值場(chǎng)強(qiáng)曲線進(jìn)行了公式化處理后所得的基本傳輸損耗的計(jì)算公式如下：處理后所得的基本傳輸損耗的計(jì)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(dòng)臺(tái)天線高度（為移動(dòng)臺(tái)天線高度（m m） 為移動(dòng)臺(tái)天線高度校正因子。為移動(dòng)臺(tái)天線高度校正因子。 )(mhdhhhfLbmbblg)lg55. 69 .44()(lg82.13lg16.2655.69(市區(qū)）4 . 5)28lg(2)

20、(2fLLbb市區(qū)郊區(qū)）98.40lg33.18)(lg78. 42ffLLbb（市區(qū)）（開(kāi)闊區(qū)）2022-4-1966第65頁(yè)/共95頁(yè)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(zhǔn)平滑地形。，準(zhǔn)平滑地形。)(mh由下式計(jì)算：由下式計(jì)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 ()(22d

21、BMHzfhdBMHzfhdBfhfhmmmm2022-4-1967第66頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-196846.33(44.96.55lg)lg33.9lg() 13.82lgpbmbLhdfhhC()mh第67頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1969dhhfLMlg40lg20lg2011721第68頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1970BdhhahfdBLtereteclog)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第69頁(yè)/

22、共95頁(yè)2022-4-1971DhhAdBLlog38)log(182 .147)(0dhhdhhdAmbmb)2(2tanlog20log92log5122第70頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1972第71頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1973)lg()lg(00ffnrrPPror第72頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1974nDiffractiokhkdkkPPeffTXRX4321loglognorientatiocluttermeffeffkkhkdhk65loglog第73頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1975第74頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1976第75頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1977MtttLLKRGPmdBvElg10120)/(第76頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1978第77頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1979第78頁(yè)/共95頁(yè)2022-4-1980)(log10)()(0100dB