射頻優(yōu)化之一：無(wú)線電傳播理論課件

1、中國(guó)聯(lián)通無(wú)線優(yōu)化技能江西特訓(xùn)班課程目錄1無(wú)線電波傳播理論課程知識(shí)點(diǎn)：1、了解無(wú)線電波傳播原理2、了解環(huán)境對(duì)無(wú)線電波傳播的影響及特性3、學(xué)習(xí)無(wú)線傳播模型的類型與校準(zhǔn)34無(wú)線電波傳播理論無(wú)線傳播模型無(wú)線傳播環(huán)境無(wú)線傳播原理無(wú)線傳播模型校正4一、無(wú)線傳播原理方向性電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)振子電波傳輸方向磁場(chǎng)磁場(chǎng)6一、無(wú)線傳播原理傳播速度 無(wú)線電波和光波一樣，它的傳播速度和傳播媒質(zhì)有關(guān)。無(wú)線電波在真空中的傳播速度等于光速。我們用公里秒表示。在媒質(zhì)中的傳播速度為：/，式中為傳播媒質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)?？諝獾南鄬?duì)介電常數(shù)與真空的相對(duì)介電常數(shù)很接近，略大于。 因此，無(wú)線電波在空氣中的傳播速度略小于光速，通常我們就認(rèn)為它等于

2、光速。7 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，我們就稱它為垂直極化波。如果電波的電場(chǎng)方向與地面平行，則稱它為水平極化波。一、無(wú)線傳播原理極化9一、無(wú)線傳播原理頻率分配表10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）傳播途徑快慢衰落菲涅爾區(qū)傳播損耗多普勒效應(yīng)無(wú)線傳播特性四大特性無(wú)線電波在傳播過(guò)程中有哪些特性呢？13距離(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落一、快、

3、慢衰落一、抗快衰落時(shí)間分集（交織）一、抗快衰落空間分集（RAKE接收機(jī)）建筑物反射波繞射波直達(dá)波地面反射波二、傳播損耗傳播途徑二、傳播損耗直達(dá)波自由空間損耗自由空間損耗自由空間損耗描述了電磁波在空氣中傳播時(shí)候的能量損耗，電磁波在穿透任何介質(zhì)的時(shí)候都會(huì)有損耗。自由空間損耗公式：空間損耗=20lg（F）+20lg（D）+32.4；F為頻率，單位：MHz；D為距離，單位：Km；所以在距離一定的情況下：頻率越高，損耗越大。二、傳播損耗直達(dá)波平坦地形傳播損耗平坦地形傳播損耗Ploss = 10lgd -20lghb - 20lghm = 4 路徑損耗斜率hb：基站天線高度hm：移動(dòng)臺(tái)高度基站天線高度增加

4、一倍，可補(bǔ)償6dB的路徑損耗。二、傳播損耗地面反射波傳播損耗地面性質(zhì)水面稻田田野城市、山地、森林等效地面反射系數(shù)0.910.60.80.30.50.10.2反射損耗（dB）01246101420二、傳播損耗繞射損耗23二、傳播損耗繞射損耗24三、菲涅爾區(qū)第一菲涅爾區(qū)自由空間Q點(diǎn)是波源，P是接收點(diǎn)，以Q、P為焦點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)球面所包含的空間區(qū)域，稱為菲涅爾區(qū)。其中d為Q、P點(diǎn)間的距離，d1、d2分別是Q點(diǎn)和P點(diǎn)到園C1圓心的距離，這個(gè)圓所在的菲涅爾區(qū)稱為第一菲涅爾區(qū)。26三、菲涅爾區(qū)第一菲涅爾區(qū)在自由空間，從波源Q點(diǎn)輻射到P點(diǎn)的電磁能量主要是通過(guò)第一菲涅爾區(qū)傳播的，只要第一菲涅耳區(qū)不被阻擋，就可以獲得

5、近似自由空間的傳播條件，為保證系統(tǒng)正常通信，收發(fā)天線架設(shè)的高度要滿足它們之間的障礙物盡可能不超過(guò)其菲涅耳區(qū)的20%，否則電磁波多徑傳播會(huì)產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降，甚至中斷通信。最小菲涅爾區(qū)半徑h0=0.577sqrt(d1d2/d),如果收發(fā)天線連線與障礙物最高點(diǎn)之間的垂直距離小于h0，則需要考慮繞射損耗。27四、多普勒效應(yīng)由來(lái)1842年奧地利一位名叫多普勒的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家。一天，他正路過(guò)鐵路交叉處，恰逢一列火車從他身旁馳過(guò)，他發(fā)現(xiàn)火車從遠(yuǎn)而近時(shí)汽笛聲變響，音調(diào)變尖，而火車從近而遠(yuǎn)時(shí)汽笛聲變?nèi)?，音調(diào)變低。他對(duì)這個(gè)物理現(xiàn)象感到極大興趣，并進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)這是由于振源與觀察者之間存在著相對(duì)

6、運(yùn)動(dòng)，使觀察者聽(tīng)到的聲音頻率不同于振源頻率的現(xiàn)象。這就是頻移現(xiàn)象。因?yàn)?，聲源相?duì)于觀測(cè)者在運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者所聽(tīng)到的聲音會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)聲源離觀測(cè)者而去時(shí)，聲波的波長(zhǎng)增加，音調(diào)變得低沉，當(dāng)聲源接近觀測(cè)者時(shí)，聲波的波長(zhǎng)減小，音調(diào)就變高。音調(diào)的變化同聲源與觀測(cè)者間的相對(duì)速度和聲速的比值有關(guān)。這一比值越大，改變就越顯著，后人把它稱為“多普勒效應(yīng)”。28ffFd：多普勒頻偏 f：系統(tǒng)工作頻率 C：光速 V：車速多普勒頻偏與高鐵速度的關(guān)系車速(km/h)上行最大頻偏GSM(900MHz)WCDMA（2100MHz）200333793250417991300500118935058313874006671585

7、45075017835008331981采用廠家對(duì)多普勒頻移的補(bǔ)償技術(shù)，打開(kāi)AFC自動(dòng)頻率控制算法，提升基站解調(diào)性能。當(dāng)掠射角小于10度時(shí)穿透損耗增加幅度明顯變大，在選站時(shí)掠射角應(yīng)大于10度，基站與鐵路垂直距離應(yīng)大于100米，GSM盡量采用900M基站。四、多普勒效應(yīng)-應(yīng)用30無(wú)線電波傳播理論無(wú)線傳播模型無(wú)線傳播特性無(wú)線傳播原理無(wú)線傳播模型校正30傳播模型用于預(yù)測(cè)地形、障礙物及人為環(huán)境對(duì)電波傳播中路徑損耗的影響。常見(jiàn)模型名稱適用范圍Okumura-Hata適用于 900/1900MHz 宏蜂窩預(yù)測(cè) Cost231-Hata適用于2GHz 宏蜂窩預(yù)測(cè)Cost231 Walfish-Ikegami

8、適用于900和2GHz 微蜂窩預(yù)測(cè)Keenan-Motley 適用于900和2GHz 室內(nèi)環(huán)境預(yù)測(cè)規(guī)劃軟件適用于900和2GHz 宏蜂窩預(yù)測(cè)一、無(wú)線傳播模型常見(jiàn)模型適合頻段： 1500 - 2000 MHz基站的天線高度Hb：30 200 m移動(dòng)臺(tái)天線高度 Hm：1 10 m 覆蓋距離：1 20 km大城市區(qū)域：Lu (dB) = 46.3 + 33.9*log(f) - 13.82*log(Hb) - a(Hm) +44.9 - 6.55*log(Hb)*log(d) + Cm其中：a(Hm) =1.1*log(f) - 0.7*Hm -1.56*log(f) - 0.8Cm = 0 dB

9、對(duì)于中等城市和郊區(qū)中心區(qū)Cm = 3 dB 對(duì)于大城市對(duì)于農(nóng)村準(zhǔn)開(kāi)闊地：Lrqo (dB) = Lu - 4.78*log(f)2 + 18.33*log(f) - 35.94 對(duì)于農(nóng)村開(kāi)闊地：Lro (dB) = Lu - 4.78*log(f)2 + 18.33*log(f) - 40.94一、無(wú)線傳播模型COST231-Hata模型32Ploss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff)+K6lg(Heff)lg(d)+K7+KcluterPathloss：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、K

10、6：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（一）K參數(shù)參考值K1146/900M Urban,154/1800M UrbanK244.90K3-2.88K40.00K5-13.82K6-6.55K7-0.70一、無(wú)線傳播模型規(guī)劃仿真軟件模型34無(wú)線電波傳播理論無(wú)線傳播模型無(wú)線傳播特性無(wú)線傳播原理無(wú)線傳播模型校正34 目的：通過(guò)連續(xù)波（CW）測(cè)試，校正傳播模型參數(shù)，增加 無(wú)線覆蓋預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。即將連續(xù)波測(cè)試結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果 相比較，調(diào)整模型中的K參數(shù)，使模

11、型符合實(shí)際地理環(huán)境。 采樣符合李氏定律：40波長(zhǎng)，采樣50個(gè)樣點(diǎn) 校正方法：最小方差法 無(wú)線傳播校正CW測(cè)試的原理 無(wú)線傳播校正CW測(cè)試方法一、CW測(cè)試的站址選擇在測(cè)試之前首先需要確定測(cè)試站址及其數(shù)量。站址選擇的原則是要使它能夠覆蓋規(guī)劃區(qū)內(nèi)所有的地物類型（這些地物類型來(lái)自數(shù)字地圖），這主要取決于測(cè)試基站天線高度及其EIRP大小。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，在人口密集的大城市，測(cè)試站址應(yīng)不少于5個(gè)；對(duì)于中小城市一般一個(gè)測(cè)試站址就夠了。在實(shí)際測(cè)試中為便于測(cè)試，測(cè)試站址可按以下標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定站址是否合適：天線高度大于20米；天線高于最近的障礙物5米以上。 站點(diǎn)選擇標(biāo)準(zhǔn)示意圖在此障礙物主要指天線所在屋頂上的最高建筑物，作為站址的建筑物應(yīng)高于周圍建筑物的平均高度。 無(wú)線傳播校正CW測(cè)試方法二、CW測(cè)試準(zhǔn)備 基站系統(tǒng) -發(fā)射天線 -饋線 -高功放 -高頻信號(hào)源 測(cè)試系統(tǒng) -GPS -測(cè)試軟件 -便攜機(jī) -測(cè)試接收機(jī)考慮點(diǎn)不同距離不同方向的測(cè)試數(shù)據(jù)某個(gè)距離至少45個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)以消除位置影響盡可能經(jīng)過(guò)各種地物盡量避免高速公路車速上限：Vmax=0.8/Tsample螺旋測(cè)試路徑 無(wú)線傳播校正CW測(cè)試 數(shù)字高程模型DEM 地物覆蓋模型DOM 線狀地物模型LDM 建筑