第3講無線電波傳播理論

1、第三章第三章 無線電波傳播無線電波傳播理論理論參考書目：參考書目：樊昌信樊昌信.通信原理通信原理馬玉珉馬玉珉.通信系統(tǒng)理論通信系統(tǒng)理論聞映紅聞映紅.天線與電波傳播理論天線與電波傳播理論馬華興馬華興.傳播模型優(yōu)化的研究傳播模型優(yōu)化的研究主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：3.1 無線電波傳播機制無線電波傳播機制3.2 無線電波衰落特性無線電波衰落特性3.3 無線電波傳播模型無線電波傳播模型3.1無線電波傳播機制無線電波傳播機制 無線電波傳播特性的研究和了解是移動通信無線電波傳播特性的研究和了解是移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)的基礎(chǔ), ,從頻段的確定、頻率分從頻段的確定、頻率分配、無線電波的覆蓋范圍、

2、計算通信概率及系統(tǒng)配、無線電波的覆蓋范圍、計算通信概率及系統(tǒng)間的電磁干擾，直到最終確定無線設(shè)備的參數(shù)，間的電磁干擾，直到最終確定無線設(shè)備的參數(shù)，都必須依靠對電波傳播特性的研究、了解和據(jù)此都必須依靠對電波傳播特性的研究、了解和據(jù)此進行的場強預(yù)測。進行的場強預(yù)測。無線電波是無線通信中信息傳播的載體無線電波是無線通信中信息傳播的載體無線電波無處不在：無線電波無處不在： 無線廣播無線廣播 無線電視無線電視 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 移動通信移動通信 雷達雷達波段號數(shù)符號(中譯名)頻率范圍頻率范(下限除外包括上限)相當(dāng)米制劃分4VLF(甚低頻)3至30kHz萬米波5LF(低頻)30到300kHz千米波6MF(中

3、頻)300至3 000kHz百米波7HF(高頻)3至30MHz十米波8VHF(甚高頻)30至300MHz米波9UHF(超高頻)300至3 000MHz分米波(十分之一米波)10SHF(特高頻)3至30GHz厘米波(百分之一米波)11EHF(極高頻)30至300GHz毫米波(千分之一米波) 通常無線電波所指的是從極低頻通常無線電波所指的是從極低頻10KHz10KHz到極超高頻到極超高頻的頂點的頂點300GHz300GHz（Giga HertzGiga Hertz）。通常劃分成八個區(qū)域，）。通常劃分成八個區(qū)域，參看下表：參看下表：移動通信中頻段的劃分為：移動通信中頻段的劃分為：技術(shù)CDMA標(biāo)準(zhǔn)GS

4、M900波段 1800波段890-915MHz(MS)1710-1755MHz(MS)935-960MHz(BS)1805-1850MHz(BS)擴展GSM波段885-915MHz(MS)930-960MHz(BS)頻率范圍GSM 825-835MHz (MS) 870-880MHz (BS)由上表可以看出移動通信頻段位于由上表可以看出移動通信頻段位于UHFUHF頻段范圍內(nèi)。頻段范圍內(nèi)。在不同的頻段內(nèi)的頻率具有不同的傳播特性：在不同的頻段內(nèi)的頻率具有不同的傳播特性： 頻率越低，傳播損耗越小，覆蓋距離越遠，繞射能力越頻率越低，傳播損耗越小，覆蓋距離越遠，繞射能力越強。但是，低頻段頻率資源緊張，系

5、統(tǒng)容量有限，因此強。但是，低頻段頻率資源緊張，系統(tǒng)容量有限，因此主要應(yīng)用于廣播、電視、尋呼等系統(tǒng)。主要應(yīng)用于廣播、電視、尋呼等系統(tǒng)。 高頻段頻率資源豐富，系統(tǒng)容量大；但是頻率越高，傳高頻段頻率資源豐富，系統(tǒng)容量大；但是頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近，繞射能力越弱。另外頻率播損耗越大，覆蓋距離越近，繞射能力越弱。另外頻率越高，技術(shù)難度越大，系統(tǒng)的成本也相應(yīng)提高。越高，技術(shù)難度越大，系統(tǒng)的成本也相應(yīng)提高。 移動通信系統(tǒng)選擇的移動通信系統(tǒng)選擇的UHFUHF頻段與其他頻段相比，在頻段與其他頻段相比，在覆蓋效果和容量之間折衷的比較好。隨著人們對移動通覆蓋效果和容量之間折衷的比較好。隨著人們對移動通

6、信的需求越來越多，需要的容量越來越大，移動通信系信的需求越來越多，需要的容量越來越大，移動通信系統(tǒng)必然要向高頻段發(fā)展。統(tǒng)必然要向高頻段發(fā)展。 無線傳播環(huán)境十分復(fù)雜，傳播方式多種多樣，幾乎無線傳播環(huán)境十分復(fù)雜，傳播方式多種多樣，幾乎包括了電波傳播的所有過程，如：直射、繞射、反射、包括了電波傳播的所有過程，如：直射、繞射、反射、散射。散射。直射：直射： 直射是無線電波在自由空間傳播的方式。自由空間直射是無線電波在自由空間傳播的方式。自由空間是一個理想的無限大的空間，是為了減化問題的研究而是一個理想的無限大的空間，是為了減化問題的研究而提出的一種科學(xué)的抽象。在自由空間的傳播衰落不考慮提出的一種科學(xué)的

7、抽象。在自由空間的傳播衰落不考慮其它衰落因素，僅考慮由能量的擴散而引起的損耗。其它衰落因素，僅考慮由能量的擴散而引起的損耗。反射：反射： 當(dāng)電磁波遇到比波長大得多的物體時，發(fā)生反射。當(dāng)電磁波遇到比波長大得多的物體時，發(fā)生反射。反射發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。反射發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。 繞射：繞射： 當(dāng)發(fā)射機和接收機之間的傳播路由被尖銳的邊緣阻當(dāng)發(fā)射機和接收機之間的傳播路由被尖銳的邊緣阻擋時，發(fā)生繞射。擋時，發(fā)生繞射。 繞射使得無線電信號能夠傳播到阻擋物后面。繞射使得無線電信號能夠傳播到阻擋物后面。 散射：散射： 當(dāng)電磁波的傳播路由上存在小于波長的物體、并且當(dāng)電磁波的傳播路由上

8、存在小于波長的物體、并且單位體積內(nèi)這種障礙物體的數(shù)目非常巨大時發(fā)生散射。單位體積內(nèi)這種障礙物體的數(shù)目非常巨大時發(fā)生散射。散射發(fā)生在粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則物體，如：散射發(fā)生在粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則物體，如：樹葉、燈柱等。樹葉、燈柱等。 基本原理傳播路徑基本原理傳播路徑 在一個典型的蜂窩移動通信環(huán)境中，在蜂窩基站與在一個典型的蜂窩移動通信環(huán)境中，在蜂窩基站與移動臺之間的通信不是通過直達路徑，而是通過許多其移動臺之間的通信不是通過直達路徑，而是通過許多其他路徑完成的。他路徑完成的。 無線電波以視距內(nèi)直射波、反射波和散射為主要傳無線電波以視距內(nèi)直射波、反射波和散射為主要傳播方式，大部分情況

9、是移動臺附近散射體產(chǎn)生的多個反播方式，大部分情況是移動臺附近散射體產(chǎn)生的多個反射波。這些經(jīng)過不同傳播路徑到達接收機的信號將具有射波。這些經(jīng)過不同傳播路徑到達接收機的信號將具有不同的幅度和相位，它們的合成效果將導(dǎo)致接收機收到不同的幅度和相位，它們的合成效果將導(dǎo)致接收機收到的信號變得非常復(fù)雜，即多徑傳播模式。的信號變得非常復(fù)雜，即多徑傳播模式。 3.2無線電波衰落特性無線電波衰落特性p無線電波傳播極其復(fù)雜，存在直射、反射、繞射和散無線電波傳播極其復(fù)雜，存在直射、反射、繞射和散射等多種傳播方式和多徑，會引起嚴(yán)重的信號衰落射等多種傳播方式和多徑，會引起嚴(yán)重的信號衰落 。p基站發(fā)出的無線電信號的傳播路徑

10、損耗受地面地形地基站發(fā)出的無線電信號的傳播路徑損耗受地面地形地物的影響很大，基站越高信號傳得越遠物的影響很大，基站越高信號傳得越遠 。p無線電波傳播還和頻率相關(guān)，頻率越高，傳播路徑損無線電波傳播還和頻率相關(guān)，頻率越高，傳播路徑損耗越大，繞射能力越弱，傳播的距離也越近。耗越大，繞射能力越弱，傳播的距離也越近。 根據(jù)衰落對無線信號造成的影響，無線電波在無線根據(jù)衰落對無線信號造成的影響，無線電波在無線空間中傳輸時經(jīng)歷的衰落分為空間中傳輸時經(jīng)歷的衰落分為3 3類類: :平均路徑損耗平均路徑損耗平均接收信號的強度與距離長度增加平均接收信號的強度與距離長度增加的某次冪成反比變化的某次冪成反比變化陰影衰落陰

11、影衰落當(dāng)移動臺通過不同障礙物阻擋所造成的電當(dāng)移動臺通過不同障礙物阻擋所造成的電磁場陰影時，其局部中值電平隨地點、時間以及移動臺磁場陰影時，其局部中值電平隨地點、時間以及移動臺速度做比較平緩的變化，速度做比較平緩的變化， 稱為慢衰落。稱為慢衰落。多徑衰落多徑衰落由于多徑傳播引起的衰落。接收處合成波由于多徑傳播引起的衰落。接收處合成波的幅度和相位隨移動臺的運動產(chǎn)生很大的起伏變化，通的幅度和相位隨移動臺的運動產(chǎn)生很大的起伏變化，通常把這種現(xiàn)象稱為多徑衰落或快衰落。常把這種現(xiàn)象稱為多徑衰落或快衰落。 根據(jù)接收信號場強變化的大小，無線電波在無線空根據(jù)接收信號場強變化的大小，無線電波在無線空間中傳輸時經(jīng)歷

12、的衰落分為間中傳輸時經(jīng)歷的衰落分為3 3類損耗類損耗: :大尺度衰落大尺度衰落描述由距離引起的信號的衰減，大尺度描述由距離引起的信號的衰減，大尺度區(qū)間（數(shù)百或千米）內(nèi)接收信號強度隨發(fā)射接收距離變區(qū)間（數(shù)百或千米）內(nèi)接收信號強度隨發(fā)射接收距離變化的特性化的特性中尺度衰落中尺度衰落中等尺度區(qū)間（數(shù)百波長）內(nèi)接收信號中等尺度區(qū)間（數(shù)百波長）內(nèi)接收信號強度中值的慢速變化特性強度中值的慢速變化特性小尺度衰落小尺度衰落小尺度區(qū)間（數(shù)十波長）內(nèi)接收信號場小尺度區(qū)間（數(shù)十波長）內(nèi)接收信號場強瞬時值的快速變化特性強瞬時值的快速變化特性 根據(jù)接收信號場強變化的作用時間，無線電波在無根據(jù)接收信號場強變化的作用時間，

13、無線電波在無線空間中傳輸時經(jīng)歷的衰落分為線空間中傳輸時經(jīng)歷的衰落分為2 2類損耗類損耗: :慢衰落慢衰落接收信號強度下降，但該場強中值隨地理接收信號強度下降，但該場強中值隨地理改變變化緩慢，故稱慢衰落。又稱為陰影衰落。改變變化緩慢，故稱慢衰落。又稱為陰影衰落?？焖ヂ淇焖ヂ湓谧銐蚨痰臅r間間隔內(nèi)接收信號強度的快在足夠短的時間間隔內(nèi)接收信號強度的快速變化，并且合成波的振幅和相位隨移動臺的運動起速變化，并且合成波的振幅和相位隨移動臺的運動起伏變化很大伏變化很大 ，稱為快衰落。，稱為快衰落。 在蜂窩環(huán)境中有兩種影響：第一種是多徑，從建筑物在蜂窩環(huán)境中有兩種影響：第一種是多徑，從建筑物表面或其他物體反射、

14、散射而產(chǎn)生的短期衰落；第二種是表面或其他物體反射、散射而產(chǎn)生的短期衰落；第二種是直接可見路徑產(chǎn)生的主要信號強度的緩慢變化，即長期場直接可見路徑產(chǎn)生的主要信號強度的緩慢變化，即長期場強變化。信道工作于符合瑞利分布的快衰落并疊加有信號強變化。信道工作于符合瑞利分布的快衰落并疊加有信號幅度滿足對數(shù)正態(tài)分布的慢衰落。幅度滿足對數(shù)正態(tài)分布的慢衰落。傳播損耗自由空間傳播損耗傳播損耗自由空間傳播損耗自由空間的傳播損耗可以由下式表示：自由空間的傳播損耗可以由下式表示： 其中其中f f為頻率為頻率(MHz)(MHz)，d d為距離為距離(km)(km)。上式與距離。上式與距離d d成成反比，當(dāng)距離增加一倍時，自

15、由空間的路徑損耗增加反比，當(dāng)距離增加一倍時，自由空間的路徑損耗增加6dB6dB。同時，減小波長提高頻率也會使路徑損耗增大。當(dāng)已知。同時，減小波長提高頻率也會使路徑損耗增大。當(dāng)已知頻率頻率f f還可以簡化上式：還可以簡化上式： 稱為路徑損耗傾斜因子。在實際蜂窩環(huán)境中，隨著稱為路徑損耗傾斜因子。在實際蜂窩環(huán)境中，隨著環(huán)境的不同環(huán)境的不同的取值范圍在的取值范圍在2 26 6之間變化。之間變化。)log(20)log(204.32kmMHzpdfL)log(100kmpdLL傳播損耗反射損耗傳播損耗反射損耗地面性質(zhì)地面性質(zhì)水面水面稻田稻田田野田野 城市、山地城市、山地、森林、森林等效地面反射等效地面反

16、射系數(shù)系數(shù)0.90.91 10.60.60.80.80.30.30.50.50.10.10.20.2反射損耗反射損耗（dBdB）0 01 12 24 46 6101014142020傳播損耗其他傳播損耗傳播損耗其他傳播損耗 繞射損耗繞射損耗 穿透損耗穿透損耗TRTR 在分析山區(qū)或者城市中摩天大樓密布的密集市區(qū)的傳在分析山區(qū)或者城市中摩天大樓密布的密集市區(qū)的傳輸損耗時，通常還要分析繞射損耗和穿透損耗。一般室內(nèi)輸損耗時，通常還要分析繞射損耗和穿透損耗。一般室內(nèi)的電波分量是穿透分量和繞射分量的疊加。的電波分量是穿透分量和繞射分量的疊加。繞射損耗繞射損耗特點：特點：電磁波在繞射點四處擴散電磁波在繞射點

17、四處擴散繞射波函蓋除障礙物外的所有方向繞射波函蓋除障礙物外的所有方向擴散損耗最為嚴(yán)重擴散損耗最為嚴(yán)重計算公式復(fù)雜，隨不同繞射常數(shù)變化計算公式復(fù)雜，隨不同繞射常數(shù)變化建筑物穿透損耗建筑物穿透損耗 室內(nèi)信號取決于建筑物的穿透損耗室內(nèi)信號取決于建筑物的穿透損耗 室內(nèi)窗口處與室內(nèi)中部信號差別較大室內(nèi)窗口處與室內(nèi)中部信號差別較大 建筑物材質(zhì)對穿透損耗影響較大建筑物材質(zhì)對穿透損耗影響較大 電磁波的入射角對穿透損耗影響較大電磁波的入射角對穿透損耗影響較大XdBmWdBm穿透損耗穿透損耗=X-W=B dB=X-W=B dB 0 0 0 0dDw1w2E1E2電磁波穿透墻體的反射和折射電磁波穿透墻體的反射和折射

18、 物體阻擋物體阻擋/ /穿透損耗為：穿透損耗為： 隔墻阻擋：隔墻阻擋：5 520dB20dB 樓層阻擋：樓層阻擋：20dB20dB， 室內(nèi)損耗值是樓層高度的函數(shù)，室內(nèi)損耗值是樓層高度的函數(shù)，-1.9dB/-1.9dB/層層 家具和其它障礙物的阻擋：家具和其它障礙物的阻擋： 2 215dB15dB 厚玻璃：厚玻璃： 6 610dB10dB 火車車廂的穿透損耗為：火車車廂的穿透損耗為：151530dB 30dB 電梯的穿透損耗：電梯的穿透損耗： 30dB30dB左右左右 茂密樹葉損耗：茂密樹葉損耗：10dB10dB陰影衰落（慢衰落）：陰影衰落（慢衰落）： 它是由于電波傳播路徑上的障礙物的阻擋而產(chǎn)生

19、的它是由于電波傳播路徑上的障礙物的阻擋而產(chǎn)生的損耗。當(dāng)電波傳播路徑上遇到高大建筑物、樹林、地形起損耗。當(dāng)電波傳播路徑上遇到高大建筑物、樹林、地形起伏等障礙物的阻擋，就會產(chǎn)生電磁場的陰影。這種衰落變伏等障礙物的阻擋，就會產(chǎn)生電磁場的陰影。這種衰落變化率較慢，服從對數(shù)正態(tài)分布，又稱為慢衰落。化率較慢，服從對數(shù)正態(tài)分布，又稱為慢衰落。多徑衰落（快衰落）：多徑衰落（快衰落）： 無線電波通過反射、繞射和散射等傳播途徑建立收無線電波通過反射、繞射和散射等傳播途徑建立收發(fā)的無線鏈路，接收處合成波的幅度和相位隨移動臺的運發(fā)的無線鏈路，接收處合成波的幅度和相位隨移動臺的運動產(chǎn)生很大的起伏變化。這種由于多徑傳播引

20、起的衰落稱動產(chǎn)生很大的起伏變化。這種由于多徑傳播引起的衰落稱為多徑衰落或快衰落，服從瑞利分布。為多徑衰落或快衰落，服從瑞利分布。 為了對抗多徑傳播而引起的衰落，移動通信采用分為了對抗多徑傳播而引起的衰落，移動通信采用分集接收技術(shù)。集接收技術(shù)。 分集接收：是指接收端對它接收到的多個衰落特性相互分集接收：是指接收端對它接收到的多個衰落特性相互獨立（攜帶同一信息）的信號進行特定的處理，以降獨立（攜帶同一信息）的信號進行特定的處理，以降低信號電平起伏的辦法。低信號電平起伏的辦法。分集的含義：一是分散傳輸，使接收端能夠獲得多個統(tǒng)分集的含義：一是分散傳輸，使接收端能夠獲得多個統(tǒng)計獨立的、攜帶同一信息的衰落

21、信號；二是集中處理，計獨立的、攜帶同一信息的衰落信號；二是集中處理，即接收機把收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進行合并即接收機把收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進行合并（包括選擇與組合）以降低衰落的影響。（包括選擇與組合）以降低衰落的影響?？臻g分集空間分集 在空間設(shè)立兩副接收天線，獨立地接收同一信號，在空間設(shè)立兩副接收天線，獨立地接收同一信號，再合并輸出，衰落的程度能被大大地減小。再合并輸出，衰落的程度能被大大地減小。 兩天線間隔距離越大，多徑傳播的差異就越大，所兩天線間隔距離越大，多徑傳播的差異就越大，所接收場強的相關(guān)性就越小。所謂相關(guān)性是指信號間相似接收場強的相關(guān)性就越小。所謂相關(guān)性是指信號間相似

22、的程度。的程度。 空間分集是空間分集是GSMGSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)中最常用的一種數(shù)字移動通信系統(tǒng)中最常用的一種分集方法。分集方法。極化分集極化分集 由于移動臺的小型化，對移動臺接收采用空間分集由于移動臺的小型化，對移動臺接收采用空間分集一般比較困難，在固定基站上采用大距離的空間分集也一般比較困難，在固定基站上采用大距離的空間分集也不可能總行得通。不可能總行得通。 把兩副接收天線的極化方向互成一定的角度進行接把兩副接收天線的極化方向互成一定的角度進行接收，可以獲得較好的分集效果收，可以獲得較好的分集效果 。極化分集可以把兩副天。極化分集可以把兩副天線集成在一副天線內(nèi)實現(xiàn)，這樣對于一個小區(qū)只需一副

23、線集成在一副天線內(nèi)實現(xiàn)，這樣對于一個小區(qū)只需一副發(fā)送天線和接收天線即可，如果采用雙工器，則只需一發(fā)送天線和接收天線即可，如果采用雙工器，則只需一副收發(fā)合一的天線，大大減少了天線的數(shù)量。副收發(fā)合一的天線，大大減少了天線的數(shù)量。時間分集時間分集 采用一定的時延來發(fā)送同一消息或者在系統(tǒng)所能采用一定的時延來發(fā)送同一消息或者在系統(tǒng)所能承受的時延范圍內(nèi)在不同的時間內(nèi)發(fā)送消息的一部分承受的時延范圍內(nèi)在不同的時間內(nèi)發(fā)送消息的一部分 。 時間分集的弊病是導(dǎo)致信道容量能離減少，因為時間分集的弊病是導(dǎo)致信道容量能離減少，因為相同的碼組被發(fā)射幾次，而不管傳輸信道的信能如何。相同的碼組被發(fā)射幾次，而不管傳輸信道的信能如

24、何。 在移動通信系統(tǒng)中，交織與糾錯編碼就是一種有在移動通信系統(tǒng)中，交織與糾錯編碼就是一種有效和實用的時間分集方法。效和實用的時間分集方法。頻率分集頻率分集 頻率分集是指用兩個以上的頻率同時傳送一個信頻率分集是指用兩個以上的頻率同時傳送一個信號，在接收端對不同頻率的信號進行合成，利用不同頻號，在接收端對不同頻率的信號進行合成，利用不同頻率的無線載波的不同路徑減少或消除衰落的影響。率的無線載波的不同路徑減少或消除衰落的影響。 由于頻率資源的限制，在移動通信系統(tǒng)中一般不由于頻率資源的限制，在移動通信系統(tǒng)中一般不采用這種分集技術(shù)。采用這種分集技術(shù)?？苟鄰剿ヂ浼夹g(shù)抗多徑衰落技術(shù)分集接收分集接收分集的含義

25、分集的含義 接收機對多個攜帶同一信息且衰落特性相互獨立接收機對多個攜帶同一信息且衰落特性相互獨立的接收信號處理后達到克服多徑衰落的目的的接收信號處理后達到克服多徑衰落的目的兩種處理方法：兩種處理方法： 選擇信噪比最大的信號選擇信噪比最大的信號 最大比率合并信號（同相和加權(quán)方式）最大比率合并信號（同相和加權(quán)方式）G1G2Gm切換邏輯或解調(diào)器12m天線可變增益空間分集空間分集信道均衡信道均衡克服碼間干擾克服碼間干擾 W0k W1k W2k WNk yk+1 Z-1 Z-1 Z-1 自適應(yīng)算法 yk yk+2 yk+N ek dk xk 檢測器 dk 自適應(yīng)均衡器自適應(yīng)均衡器多普勒頻移多普勒頻移 多

26、普勒頻移：由于波源和接收者之間存在著相互運動而造多普勒頻移：由于波源和接收者之間存在著相互運動而造成接收者接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率之間發(fā)生變化。成接收者接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率之間發(fā)生變化。 快速運動的移動臺會產(chǎn)生多普勒頻移現(xiàn)象，這是因為快速運動的移動臺會產(chǎn)生多普勒頻移現(xiàn)象，這是因為在移動臺高速運動時接收和發(fā)送信號將導(dǎo)致信號頻率發(fā)生在移動臺高速運動時接收和發(fā)送信號將導(dǎo)致信號頻率發(fā)生偏移而引起的干擾。接收機收到的信號頻率將與發(fā)射機發(fā)偏移而引起的干擾。接收機收到的信號頻率將與發(fā)射機發(fā)出的信號頻率之間產(chǎn)生一個差值。出的信號頻率之間產(chǎn)生一個差值。高速技術(shù)高速技術(shù)-AFC-AFC自動頻率校正自動

27、頻率校正 f f：接收頻率：接收頻率 fcfc：工作頻率：工作頻率 fdfd：多普勒頻移：多普勒頻移 v v：速度：速度 ：波長：波長 ：夾角：夾角 問題問題: : 高速引起無線頻率偏移高速引起無線頻率偏移-多普勒頻移多普勒頻移 解決解決: : 自動頻率矯正技術(shù)可以有效克服頻率偏移，確保無線鏈路質(zhì)量自動頻率矯正技術(shù)可以有效克服頻率偏移，確保無線鏈路質(zhì)量 支持最高速度支持最高速度: : 超過超過500km/h500km/h 適用業(yè)務(wù)：語音、適用業(yè)務(wù)：語音、CSDCSD、GPRSGPRS3.3無線電波傳播模型無線電波傳播模型p無線傳播模型是計算電磁波在傳播過程中的傳播損耗無線傳播模型是計算電磁波在

28、傳播過程中的傳播損耗的數(shù)學(xué)模型。的數(shù)學(xué)模型。p傳播模型是十分重要的，是移動通信網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)。傳播模型是十分重要的，是移動通信網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)。無線電波的傳播模型就是通過實際的測量，并借助計無線電波的傳播模型就是通過實際的測量，并借助計算機，對不同區(qū)域的測量結(jié)果進行曲線擬合，最終勾算機，對不同區(qū)域的測量結(jié)果進行曲線擬合，最終勾勒出電波在不同地形條件的傳播公式。勒出電波在不同地形條件的傳播公式。p傳播模型的準(zhǔn)確與否關(guān)系到小區(qū)規(guī)劃是否合理，運營傳播模型的準(zhǔn)確與否關(guān)系到小區(qū)規(guī)劃是否合理，運營商是否以比較經(jīng)濟合理的投資滿足了用戶的需求。商是否以比較經(jīng)濟合理的投資滿足了用戶的需求。 無線電波傳播受地形結(jié)構(gòu)和人

29、為環(huán)境的影響，無線無線電波傳播受地形結(jié)構(gòu)和人為環(huán)境的影響，無線傳播環(huán)境直接決定傳播模型的選取。影響傳播環(huán)境的主傳播環(huán)境直接決定傳播模型的選取。影響傳播環(huán)境的主要因素：要因素： 地貌：高山、丘陵、平原、水域、植被地貌：高山、丘陵、平原、水域、植被 地物：建筑物、道路、橋梁地物：建筑物、道路、橋梁 噪聲：自然噪聲、人為噪聲噪聲：自然噪聲、人為噪聲 氣候：雨、雪、冰（對氣候：雨、雪、冰（對UHFUHF頻段影響微?。╊l段影響微?。o線傳播環(huán)境無線傳播環(huán)境參照參照ITU-R P.1411-1ITU-R P.1411-1，結(jié)合中國國情，傳播環(huán)境分類如下：，結(jié)合中國國情，傳播環(huán)境分類如下：傳播環(huán)境傳播環(huán)境描

30、述描述密集城區(qū)密集城區(qū)高樓林立，信號幾乎不可能從建筑物屋頂繞射傳播高樓林立，信號幾乎不可能從建筑物屋頂繞射傳播普通城區(qū)普通城區(qū)街道較寬，建筑物較低，信號可以從屋頂繞射街道較寬，建筑物較低，信號可以從屋頂繞射郊區(qū)郊區(qū)建筑物較低矮，且較稀疏建筑物較低矮，且較稀疏鄉(xiāng)村鄉(xiāng)村建筑物低矮，稀疏，植被較多建筑物低矮，稀疏，植被較多山區(qū)山區(qū)公路公路室內(nèi)室內(nèi)不同小區(qū)類型不同小區(qū)類型 n宏小區(qū)（宏蜂窩）：覆蓋半徑大于宏小區(qū)（宏蜂窩）：覆蓋半徑大于1km1kmn微小區(qū)（微蜂窩）：覆蓋半徑在微小區(qū)（微蜂窩）：覆蓋半徑在0.10.11km1km之間之間n微微小區(qū)（微微蜂窩）：覆蓋半徑在微微小區(qū)（微微蜂窩）：覆蓋半徑在0

31、.010.010.1km0.1km之間之間宏小區(qū)宏小區(qū)宏小區(qū)（宏蜂窩）宏小區(qū)（宏蜂窩）覆蓋半徑通常大于覆蓋半徑通常大于1Km1Km高發(fā)射功率，大于高發(fā)射功率，大于10W10W，最，最高可達高可達80W80W甚至更高甚至更高高增益天線，天線高過周圍高增益天線，天線高過周圍環(huán)境環(huán)境常用于郊區(qū)、農(nóng)村、公路等常用于郊區(qū)、農(nóng)村、公路等覆蓋覆蓋微小區(qū)微小區(qū) 微小區(qū)（或微蜂窩）微小區(qū)（或微蜂窩）覆蓋半徑在覆蓋半徑在0.10.11 1公里之間公里之間發(fā)射功率通常大于發(fā)射功率通常大于1W1W中等增益天線，天線架設(shè)在中等增益天線，天線架設(shè)在和周圍環(huán)境高度相當(dāng)或者更和周圍環(huán)境高度相當(dāng)或者更低的位置低的位置常用于話務(wù)

32、熱點或小盲區(qū)的常用于話務(wù)熱點或小盲區(qū)的連續(xù)覆蓋連續(xù)覆蓋微微小區(qū)微微小區(qū) 微微小區(qū)（或微微蜂窩）微微小區(qū)（或微微蜂窩）微微小區(qū)的典型半徑是在微微小區(qū)的典型半徑是在0.010.010.1km0.1km之間之間發(fā)射功率通常只有幾十毫瓦發(fā)射功率通常只有幾十毫瓦小增益天線，在屋頂下面或者小增益天線，在屋頂下面或者在建筑物內(nèi)在建筑物內(nèi)常用于寫字樓、商場、賓館、常用于寫字樓、商場、賓館、會議中心等對覆蓋要求高和高會議中心等對覆蓋要求高和高話務(wù)量的區(qū)域話務(wù)量的區(qū)域常用傳播模型常用傳播模型 自由空間傳播模型自由空間傳播模型 Okumura(奧村奧村)/Hata模型模型 COST231-Hata模型模型 COST

33、231 Walfish-Ikegami模型模型 Keenan-Motley模型模型 計算機輔助計算模型計算機輔助計算模型自由空間傳播模型自由空間傳播模型 自由空間傳播模型適用于具有各向同性傳播介質(zhì)（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）的無線環(huán)境，是理論模型。該環(huán)境在現(xiàn)實中并如真空）的無線環(huán)境，是理論模型。該環(huán)境在現(xiàn)實中并不存在，但空氣介質(zhì)近似于各向同性介質(zhì)。不存在，但空氣介質(zhì)近似于各向同性介質(zhì)。Lo=91.48+20lgd, for f=900MHzLo=91.48+20lgd, for f=900MHzLo=97.51+20lgd, for f=1800MHzLo=97.51

34、+20lgd, for f=1800MHzLo=98.84+20lgd, for f=2100MHzLo=98.84+20lgd, for f=2100MHz適用范圍：適用范圍：頻率范圍頻率范圍 f:f: 150-1500MHz150-1500MHz基站天線高度基站天線高度 Hb: Hb: 30-200m30-200m移動臺高度移動臺高度 Hm:Hm: 1-10m 1-10m距離距離 d:d: 1-20km 1-20kmOkumura-Hata模型模型 宏蜂窩模型宏蜂窩模型 基站天線高度高于周圍建筑物基站天線高度高于周圍建筑物 1km以內(nèi)預(yù)測不適用以內(nèi)預(yù)測不適用 頻率超過頻率超過1500MHz

35、以上時不適用以上時不適用 城區(qū)類型：郊區(qū)、開闊地、準(zhǔn)開闊、農(nóng)村等。城區(qū)類型：郊區(qū)、開闊地、準(zhǔn)開闊、農(nóng)村等。Lp = 69.55 + 26.16 log f Lp = 69.55 + 26.16 log f 13.82 log hb+ (44.9 13.82 log hb+ (44.9 65.5 65.5 log hb ) log d log hb ) log d Ahm AhmLpLp從基站到移動臺的路徑損耗單位從基站到移動臺的路徑損耗單位dBdBf f載波頻率單位載波頻率單位MHzMHzhbhb基站天線高度單位米基站天線高度單位米HmHm移動臺天線高度單位米移動臺天線高度單位米D D基站到移

36、動臺之間的距離單位基站到移動臺之間的距離單位kmkm對于中等城市或大城市修正對于中等城市或大城市修正Am = (1.1 log f Am = (1.1 log f 0.7)hm 0.7)hm (1.56 log f (1.56 log f 0.8) 0.8)在郊區(qū)傳播模型可以修正為在郊區(qū)傳播模型可以修正為Lps = Lp(Lps = Lp(市區(qū)市區(qū)) ) 2log(f /28)2 2log(f /28)2 5.4 5.4在開闊地傳播模型可以修正為在開闊地傳播模型可以修正為Lpo = Lp(Lpo = Lp(市區(qū)市區(qū)) ) 4.78(log f)2 + 18.33 log f 4.78(log

37、f)2 + 18.33 log f 40.94 40.94路徑損耗路徑損耗 舉例：舉例：GSM-RGSM-R下行鏈路工作頻段下行鏈路工作頻段930-934MHz930-934MHz。 計算選取頻點計算選取頻點f=932MHzf=932MHz，基站高度為，基站高度為3535米、米、4545米、米、5050米的情況下，分別計算手持臺（天線高度：米的情況下，分別計算手持臺（天線高度：1.5m1.5m）和）和機車臺（天線高度：機車臺（天線高度：4.5m 4.5m ）的路徑損耗。）的路徑損耗。 基站高基站高度度 移動臺天線高度移動臺天線高度35m35m45m45m50m50m大城市大城市1.5m1.5m

38、125.89+34.79Logd125.89+34.79Logd124.38+34.07Logd124.38+34.07Logd123.75+33.77Logd123.75+33.77Logd4.5m4.5m121.91+34.79Logd121.91+34.79Logd120.41+34.07Logd120.41+34.07Logd119.77+33.77Logd119.77+33.77Logd中小城市中小城市1.5m1.5m125.87+34.79Logd125.87+34.79Logd124.36+34.07Logd124.36+34.07Logd123.73+33.77Logd123.

39、73+33.77Logd4.5m4.5m119.46+34.79Logd119.46+34.79Logd117.95+34.07Logd117.95+34.07Logd117.32+33.77Logd117.32+33.77Logd郊區(qū)郊區(qū)1.5m1.5m115.868+34.79Logd115.868+34.79Logd114.35+34.07Logd114.35+34.07Logd113.72+33.77Logd113.72+33.77Logd4.5m4.5m111.88+34.79Logd111.88+34.79Logd110.38+34.07Logd110.38+34.07Logd10

40、9.74+33.77Logd109.74+33.77Logd鄉(xiāng)村（準(zhǔn)鄉(xiāng)村（準(zhǔn)開放）開放）1.5m1.5m106.56+34.79Logd106.56+34.79Logd105.05+34.07Logd105.05+34.07Logd104.42+33.77Logd104.42+33.77Logd4.5m4.5m102.58+34.79Logd102.58+34.79Logd101.08+34.07Logd101.08+34.07Logd100.44+33.77Logd100.44+33.77Logd鄉(xiāng)村（開鄉(xiāng)村（開放）放）1.5m1.5m97.23+34.79Logd97.23+34.79Lo

41、gd95.73+34.07Logd95.73+34.07Logd95.09+33.77Logd95.09+33.77Logd4.5m4.5m93.25+34.79Logd93.25+34.79Logd91.75+34.79Logd91.75+34.79Logd91.11+33.77Logd91.11+33.77Logd適用范圍：適用范圍：頻率范圍頻率范圍 f:f: 1500-2000MHz 1500-2000MHz基站天線高度基站天線高度 Hb: 30-200mHb: 30-200m移動臺高度移動臺高度 Hm:Hm: 1-10m 1-10m距離距離 d:d: 1-20km 1-20kmCOST

42、 231-Hata模型模型 宏蜂窩模型宏蜂窩模型 基站天線高度高于周圍建筑物基站天線高度高于周圍建筑物 1km以內(nèi)預(yù)測不適用以內(nèi)預(yù)測不適用 頻率超過頻率超過2000MHz或低于或低于1500MHz時不適用時不適用Lu (dB) = 46.3 + 33.9 log(f) - 13.82 log(Hb) - Lu (dB) = 46.3 + 33.9 log(f) - 13.82 log(Hb) - a(Hm) +44.9 - 6.55log(Hb) log(d) + Cma(Hm) +44.9 - 6.55log(Hb) log(d) + Cm 其中：其中：a(Hm) =1.1 log(f) -

43、 0.7 Hm -1.56 a(Hm) =1.1 log(f) - 0.7 Hm -1.56 log(f) - 0.8log(f) - 0.8 Cm = 0 dB Cm = 0 dB 對于中等城市和郊區(qū)中心區(qū)對于中等城市和郊區(qū)中心區(qū) Cm = 3 dB Cm = 3 dB 對于大城市對于大城市對于農(nóng)村準(zhǔn)開闊地對于農(nóng)村準(zhǔn)開闊地Lrqo (dB) = Lu - 4.78 log(f)2 + 18.33 Lrqo (dB) = Lu - 4.78 log(f)2 + 18.33 log(f) - 35.94log(f) - 35.94對于農(nóng)村開闊地對于農(nóng)村開闊地Lro (dB) = Lu - 4.7

44、8 log(f)2 + 18.33 Lro (dB) = Lu - 4.78 log(f)2 + 18.33 log(f) - 40.94log(f) - 40.94適用范圍：適用范圍：頻率范圍頻率范圍 f:f:800800- -2000MHz2000MHz基站天線高度基站天線高度 Hbase:Hbase: 4 4- -50m50m移動臺高度移動臺高度 Hmobile:Hmobile: 1 1- -3m3m距離距離 d:d:0.020.02- -5km5km建筑物高度建筑物高度 Hroof (m)Hroof (m)路面寬度路面寬度 w (m)w (m)建筑物間距建筑物間距 b (m)b (m)

45、相對直射波方向的街道走向相對直射波方向的街道走向( ) )COST 231 Walfish-Ikegami模型模型 市區(qū)環(huán)境，宏蜂窩或微蜂窩市區(qū)環(huán)境，宏蜂窩或微蜂窩 郊區(qū)環(huán)境或鄉(xiāng)村環(huán)境不適用郊區(qū)環(huán)境或鄉(xiāng)村環(huán)境不適用Cost-231-Walfish-IkegamiCost-231-Walfish-Ikegami模式公式模式公式 視距情況視距情況基本傳輸損耗采用下式計算基本傳輸損耗采用下式計算L L42.6+26lgd+20lgf42.6+26lgd+20lgf 非視距情況非視距情況基本傳輸損耗由三項組成基本傳輸損耗由三項組成: :L LLo+Lmsd+LrtsLo+Lmsd+LrtsLo=32.

46、4+20lgd+20lgfLo=32.4+20lgd+20lgf LoLo代表自由空間損耗代表自由空間損耗 LmsdLmsd是多重屏蔽的繞射損耗是多重屏蔽的繞射損耗 LrtsLrts是屋頂至街道的繞射及散射損耗。是屋頂至街道的繞射及散射損耗。Keenan-Motley模型模型l在自由空間傳播模型的基礎(chǔ)上增加了墻壁和地板的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穿透損耗l P P墻壁損耗參考值，墻壁損耗參考值，W W墻壁數(shù)目墻壁數(shù)目l主要適用室內(nèi)環(huán)境主要適用室內(nèi)環(huán)境l沒有考慮到多徑的影響沒有考慮到多徑的影響 WPdfPLlog20log205 .32dBPathloss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff)Pathloss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff)+K6lg(Heff)lg(d)+K7+Kclutter+K6lg(Heff)lg(d)+K7+KclutterPathlossPathloss：路徑損耗：路徑損耗(dB)(dB)K K1 1： 與頻率相關(guān)的常數(shù)與