1、第三章第三章 无线电波传播无线电波传播理论理论参考书目：参考书目：樊昌信樊昌信.通信原理通信原理马玉珉马玉珉.通信系统理论通信系统理论闻映红闻映红.天线与电波传播理论天线与电波传播理论马华兴马华兴.传播模型优化的研究传播模型优化的研究主要内容：主要内容：3.1 无线电波传播机制无线电波传播机制3.2 无线电波衰落特性无线电波衰落特性3.3 无线电波传播模型无线电波传播模型3.1无线电波传播机制无线电波传播机制 无线电波传播特性的研究和了解是移动通信无线电波传播特性的研究和了解是移动通信网络规划和建设的基础网络规划和建设的基础,从频段的确定、频率分从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算
2、通信概率及系统配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数，间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传播特性的研究、了解和据此都必须依靠对电波传播特性的研究、了解和据此进行的场强预测。进行的场强预测。无线电波是无线通信中信息传播的载体无线电波是无线通信中信息传播的载体无线电波无处不在：无线电波无处不在：无线广播无线广播 无线电视无线电视 卫星通信卫星通信 移动通信移动通信 雷达雷达波段号数符号(中译名)频率范围频率范(下限除外包括上限)相当米制划分4VLF(甚低频)3至30kHz万米波5LF(低频)30到300kHz千米波6MF(中频)3
3、00至3 000kHz百米波7HF(高频)3至30MHz十米波8VHF(甚高频)30至300MHz米波9UHF(超高频)300至3 000MHz分米波(十分之一米波)10SHF(特高频)3至30GHz厘米波(百分之一米波)11EHF(极高频)30至300GHz毫米波(千分之一米波)通常无线电波所指的是从极低频通常无线电波所指的是从极低频10KHz10KHz到极超高频到极超高频的顶点的顶点300GHz300GHz（Giga HertzGiga Hertz）。通常划分成八个区域，）。通常划分成八个区域，参看下表：参看下表：移动通信中频段的划分为：移动通信中频段的划分为：技术CDMA标准GSM900
4、波段 1800波段890-915MHz(MS)1710-1755MHz(MS)935-960MHz(BS)1805-1850MHz(BS)扩展GSM波段885-915MHz(MS)930-960MHz(BS)频率范围GSM 825-835MHz (MS)870-880MHz (BS)由上表可以看出移动通信频段位于由上表可以看出移动通信频段位于UHFUHF频段范围内。频段范围内。在不同的频段内的频率具有不同的传播特性：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，绕射能力越频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远，绕射能力越强。但是，低频段频率资源紧张，系统容量有限，
5、因此强。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。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，绕射能力越弱。另外频率播损耗越大，覆盖距离越近，绕射能力越弱。另外频率越高，技术难度越大，系统的成本也相应提高。越高，技术难度越大，系统的成本也相应提高。移动通信系统选择的移动通信系统选择的UHFUHF频段与其他频段相比，在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。随着人们对移动通覆盖效果和容量之间折衷的比较好。随着人们对移动通信的需求越来越多
6、，需要的容量越来越大，移动通信系信的需求越来越多，需要的容量越来越大，移动通信系统必然要向高频段发展。统必然要向高频段发展。无线传播环境十分复杂，传播方式多种多样，几乎无线传播环境十分复杂，传播方式多种多样，几乎包括了电波传播的所有过程，如：直射、绕射、反射、包括了电波传播的所有过程，如：直射、绕射、反射、散射。散射。直射：直射：直射是无线电波在自由空间传播的方式。自由空间直射是无线电波在自由空间传播的方式。自由空间是一个理想的无限大的空间，是为了减化问题的研究而是一个理想的无限大的空间，是为了减化问题的研究而提出的一种科学的抽象。在自由空间的传播衰落不考虑提出的一种科学的抽象。在自由空间的传
7、播衰落不考虑其它衰落因素，仅考虑由能量的扩散而引起的损耗。其它衰落因素，仅考虑由能量的扩散而引起的损耗。反射：反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生反射。当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生反射。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。绕射：绕射：当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻挡时，发生绕射。挡时，发生绕射。绕射使得无线电信号能够传播到阻挡物后面。绕射使得无线电信号能够传播到阻挡物后面。散射：散射：当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且单位体积
8、内这种障碍物体的数目非常巨大时发生散射。单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时发生散射。散射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体，如：散射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体，如：树叶、灯柱等。树叶、灯柱等。基本原理传播路径基本原理传播路径 在一个典型的蜂窝移动通信环境中，在蜂窝基站与在一个典型的蜂窝移动通信环境中，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。他路径完成的。无线电波以视距内直射波、反射波和散射为主要传无线电波以视距内直射波、反射波和散射为主要传播方式，大部分情况是移动台附近散射体产生的多个反播方式
9、，大部分情况是移动台附近散射体产生的多个反射波。这些经过不同传播路径到达接收机的信号将具有射波。这些经过不同传播路径到达接收机的信号将具有不同的幅度和相位，它们的合成效果将导致接收机收到不同的幅度和相位，它们的合成效果将导致接收机收到的信号变得非常复杂，即多径传播模式。的信号变得非常复杂，即多径传播模式。3.2无线电波衰落特性无线电波衰落特性p无线电波传播极其复杂，存在直射、反射、绕射和散无线电波传播极其复杂，存在直射、反射、绕射和散射等多种传播方式和多径，会引起严重的信号衰落射等多种传播方式和多径，会引起严重的信号衰落 。p基站发出的无线电信号的传播路径损耗受地面地形地基站发出的无线电信号的
10、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物的影响很大，基站越高信号传得越远 。p无线电波传播还和频率相关，频率越高，传播路径损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。耗越大，绕射能力越弱，传播的距离也越近。根据衰落对无线信号造成的影响，无线电波在无线根据衰落对无线信号造成的影响，无线电波在无线空间中传输时经历的衰落分为空间中传输时经历的衰落分为3 3类类:平均路径损耗平均路径损耗平均接收信号的强度与距离长度增平均接收信号的强度与距离长度增加的某次幂成反比变化加的某次幂成反比变化 阴影衰落阴影衰落当移动台通过不同障碍物阻挡所造成的当
11、移动台通过不同障碍物阻挡所造成的电磁场阴影时，其局部中值电平随地点、时间以及移电磁场阴影时，其局部中值电平随地点、时间以及移动台速度做比较平缓的变化，动台速度做比较平缓的变化，称为慢衰落。称为慢衰落。多径衰落多径衰落由于多径传播引起的衰落。接收处合成由于多径传播引起的衰落。接收处合成波的幅度和相位随移动台的运动产生很大的起伏变化波的幅度和相位随移动台的运动产生很大的起伏变化，通常把这种现象称为多径衰落或快衰落。，通常把这种现象称为多径衰落或快衰落。根据接收信号场强变化的大小，无线电波在无线空根据接收信号场强变化的大小，无线电波在无线空间中传输时经历的衰落分为间中传输时经历的衰落分为3 3类损耗
12、类损耗:大尺度衰落大尺度衰落描述由距离引起的信号的衰减，大尺度描述由距离引起的信号的衰减，大尺度区间（数百或千米）内接收信号强度随发射接收距离变区间（数百或千米）内接收信号强度随发射接收距离变化的特性化的特性中尺度衰落中尺度衰落中等尺度区间（数百波长）内接收信号中等尺度区间（数百波长）内接收信号强度中值的慢速变化特性强度中值的慢速变化特性小尺度衰落小尺度衰落小小尺度区间（数十波长）内接收信号场尺度区间（数十波长）内接收信号场强瞬时值的快速变化特性强瞬时值的快速变化特性 根据接收信号场强变化的作用时间，无线电波在无根据接收信号场强变化的作用时间，无线电波在无线空间中传输时经历的衰落分为线空间中传
13、输时经历的衰落分为2 2类损耗类损耗:慢衰落慢衰落接收信号强度下降，但该场强中值随地理接收信号强度下降，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。改变变化缓慢，故称慢衰落。又称为阴影衰落。快衰落快衰落在足够短的时间间隔内接收信号强度的快在足够短的时间间隔内接收信号强度的快速变化，并且合成波的振幅和相位随移动台的运动起速变化，并且合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大伏变化很大 ，称为快衰落。，称为快衰落。在蜂窝环境中有两种影响：第一种是多径，从建筑物在蜂窝环境中有两种影响：第一种是多径，从建筑物表面或其他物体反射、散射而产生的短期衰落；第二种是表面或其他物体反射、散射而
14、产生的短期衰落；第二种是直接可见路径产生的主要信号强度的缓慢变化，即长期场直接可见路径产生的主要信号强度的缓慢变化，即长期场强变化。信道工作于符合瑞利分布的快衰落并叠加有信号强变化。信道工作于符合瑞利分布的快衰落并叠加有信号幅度满足对数正态分布的慢衰落。幅度满足对数正态分布的慢衰落。传播损耗传播损耗自由空间传播损耗自由空间传播损耗自由空间的传播损耗可以由下式表示：自由空间的传播损耗可以由下式表示：其中其中f f为频率为频率(MHz)(MHz)，d d为距离为距离(km)(km)。上式与距离。上式与距离d d成成反比，当距离增加一倍时，自由空间的路径损耗增加反比，当距离增加一倍时，自由空间的路径
15、损耗增加6dB6dB。同时，减小波长提高频率也会使路径损耗增大。当已知。同时，减小波长提高频率也会使路径损耗增大。当已知频率频率f f还可以简化上式：还可以简化上式：称为路径损耗倾斜因子。在实际蜂窝环境中，随着称为路径损耗倾斜因子。在实际蜂窝环境中，随着环境的不同环境的不同的取值范围在的取值范围在2 26 6之间变化。之间变化。)log(20)log(204.32kmMHzpdfL)log(100kmpdLL传播损耗传播损耗反射损耗反射损耗地面性质地面性质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射系数系数0.90.91 10.60.60.80.80.30
16、.30.50.50.10.10.20.2反射损耗反射损耗（dBdB）0 01 12 24 46 6101014142020传播损耗其他传播损耗传播损耗其他传播损耗 绕射损耗绕射损耗 穿透损耗穿透损耗TRTR 在分析山区或者城市中摩天大楼密布的密集市区的传在分析山区或者城市中摩天大楼密布的密集市区的传输损耗时，通常还要分析绕射损耗和穿透损耗。一般室内输损耗时，通常还要分析绕射损耗和穿透损耗。一般室内的电波分量是穿透分量和绕射分量的叠加。的电波分量是穿透分量和绕射分量的叠加。绕射损耗绕射损耗特点：特点：电磁波在绕射点四处扩散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绕射波函盖除障碍物外的
17、所有方向扩散损耗最为严重扩散损耗最为严重计算公式复杂，随不同绕射常数变化计算公式复杂，随不同绕射常数变化建筑物穿透损耗建筑物穿透损耗 室内信号取决于建筑物的穿透损耗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电磁波的入射角对穿透损耗影响较大XdBmWdBm穿透损耗穿透损耗=X-W=B dB=X-W=B dB 0 0 0 0dDw1w2E1E2电磁波穿透墙体的反射和折射电磁波穿透墙体的反射和折射 物体阻挡物体阻挡/穿透损耗为：穿透损耗为：隔墙阻挡：隔墙阻
18、挡：5 520dB20dB 楼层阻挡：楼层阻挡：20dB20dB，室内损耗值是楼层高度的函数，室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/-1.9dB/层层 家具和其它障碍物的阻挡：家具和其它障碍物的阻挡：2 215dB15dB 厚玻璃：厚玻璃：6 610dB10dB 火车车厢的穿透损耗为：火车车厢的穿透损耗为：151530dB 30dB 电梯的穿透损耗：电梯的穿透损耗：30dB30dB左右左右 茂密树叶损耗：茂密树叶损耗：10dB10dB阴影衰落（慢衰落）：阴影衰落（慢衰落）：它是由于电波传播路径上的障碍物的阻挡而产生的它是由于电波传播路径上的障碍物的阻挡而产生的损耗。当电波传播路径上遇到高大
19、建筑物、树林、地形起损耗。当电波传播路径上遇到高大建筑物、树林、地形起伏等障碍物的阻挡，就会产生电磁场的阴影。这种衰落变伏等障碍物的阻挡，就会产生电磁场的阴影。这种衰落变化率较慢，服从对数正态分布，又称为慢衰落。化率较慢，服从对数正态分布，又称为慢衰落。多径衰落（快衰落）：多径衰落（快衰落）：无线电波通过反射、绕射和散射等传播途径建立收无线电波通过反射、绕射和散射等传播途径建立收发的无线链路，接收处合成波的幅度和相位随移动台的运发的无线链路，接收处合成波的幅度和相位随移动台的运动产生很大的起伏变化。这种由于多径传播引起的衰落称动产生很大的起伏变化。这种由于多径传播引起的衰落称为多径衰落或快衰落
20、，服从瑞利分布。为多径衰落或快衰落，服从瑞利分布。为了对抗多径传播而引起的衰落，移动通信采用分为了对抗多径传播而引起的衰落，移动通信采用分集接收技术。集接收技术。分集接收：是指接收端对它接收到的多个衰落特性相互分集接收：是指接收端对它接收到的多个衰落特性相互独立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降独立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降低信号电平起伏的办法。低信号电平起伏的办法。分集的含义：一是分散传输，使接收端能够获得多个统分集的含义：一是分散传输，使接收端能够获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号；二是集中处理，计独立的、携带同一信息的衰落信号；二是集中处理，即接收机把收到
21、的多个统计独立的衰落信号进行合并即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并（包括选择与组合）以降低衰落的影响。（包括选择与组合）以降低衰落的影响。空间分集空间分集 在空间设立两副接收天线，独立地接收同一信号，在空间设立两副接收天线，独立地接收同一信号，再合并输出，衰落的程度能被大大地减小。再合并输出，衰落的程度能被大大地减小。两天线间隔距离越大，多径传播的差异就越大，所两天线间隔距离越大，多径传播的差异就越大，所接收场强的相关性就越小。所谓相关性是指信号间相似接收场强的相关性就越小。所谓相关性是指信号间相似的程度。的程度。空间分集是空间分集是GSMGSM数字移动通信系统中最常用的一种数字移
22、动通信系统中最常用的一种分集方法。分集方法。极化分集极化分集 由于移动台的小型化，对移动台接收采用空间分集由于移动台的小型化，对移动台接收采用空间分集一般比较困难，在固定基站上采用大距离的空间分集也一般比较困难，在固定基站上采用大距离的空间分集也不可能总行得通。不可能总行得通。把两副接收天线的极化方向互成一定的角度进行接把两副接收天线的极化方向互成一定的角度进行接收，可以获得较好的分集效果收，可以获得较好的分集效果。极化分集可以把两副天。极化分集可以把两副天线集成在一副天线内实现，这样对于一个小区只需一副线集成在一副天线内实现，这样对于一个小区只需一副发送天线和接收天线即可，如果采用双工器，则
23、只需一发送天线和接收天线即可，如果采用双工器，则只需一副收发合一的天线，大大减少了天线的数量。副收发合一的天线，大大减少了天线的数量。时间分集时间分集 采用一定的时延来发送同一消息或者在系统所能采用一定的时延来发送同一消息或者在系统所能承受的时延范围内在不同的时间内发送消息的一部分承受的时延范围内在不同的时间内发送消息的一部分。时间分集的弊病是导致信道容量能离减少，因为时间分集的弊病是导致信道容量能离减少，因为相同的码组被发射几次，而不管传输信道的信能如何。相同的码组被发射几次，而不管传输信道的信能如何。在移动通信系统中，交织与纠错编码就是一种有在移动通信系统中，交织与纠错编码就是一种有效和实
24、用的时间分集方法。效和实用的时间分集方法。频率分集频率分集 频率分集是指用两个以上的频率同时传送一个信频率分集是指用两个以上的频率同时传送一个信号，在接收端对不同频率的信号进行合成，利用不同频号，在接收端对不同频率的信号进行合成，利用不同频率的无线载波的不同路径减少或消除衰落的影响。率的无线载波的不同路径减少或消除衰落的影响。由于频率资源的限制，在移动通信系统中一般不由于频率资源的限制，在移动通信系统中一般不采用这种分集技术。采用这种分集技术。抗多径衰落技术抗多径衰落技术分集接收分集接收分集的含义分集的含义 接收机对多个携带同一信息且衰落特性相互独立接收机对多个携带同一信息且衰落特性相互独立的
25、接收信号处理后达到克服多径衰落的目的的接收信号处理后达到克服多径衰落的目的两种处理方法：两种处理方法：选择信噪比最大的信号选择信噪比最大的信号 最大比率合并信号（同相和加权方式）最大比率合并信号（同相和加权方式）G1G2Gm切换逻辑或解调器12m天线可变增益空间分集空间分集信道均衡信道均衡克服码间干扰克服码间干扰 W0k W1k W2k WNk yk+1 Z-1 Z-1 Z-1 自适应算法 yk yk+2 yk+N ek dk xk 检测器 dk 自适应均衡器自适应均衡器多普勒频移多普勒频移 多普勒频移：由于波源和接收者之间存在着相互运动而造多普勒频移：由于波源和接收者之间存在着相互运动而造成
26、接收者接收到的频率和波源发出的频率之间发生变化。成接收者接收到的频率和波源发出的频率之间发生变化。快速运动的移动台会产生多普勒频移现象，这是因为快速运动的移动台会产生多普勒频移现象，这是因为在移动台高速运动时接收和发送信号将导致信号频率发生在移动台高速运动时接收和发送信号将导致信号频率发生偏移而引起的干扰。接收机收到的信号频率将与发射机发偏移而引起的干扰。接收机收到的信号频率将与发射机发出的信号频率之间产生一个差值。出的信号频率之间产生一个差值。高速技术高速技术-AFC-AFC自动频率校正自动频率校正 f f：接收频率：接收频率 fcfc：工作频率：工作频率 fdfd：多普勒频移：多普勒频移
27、v v：速度：速度 ：波长：波长 ：夹角：夹角 问题问题:高速引起无线频率偏移高速引起无线频率偏移-多普勒频移多普勒频移 解决解决:自动频率矫正技术可以有效克服频率偏移，确保无线链路质量自动频率矫正技术可以有效克服频率偏移，确保无线链路质量 支持最高速度支持最高速度:超过超过500km/h500km/h 适用业务：语音、适用业务：语音、CSDCSD、GPRSGPRS3.3无线电波传播模型无线电波传播模型p无线传播模型是计算电磁波在传播过程中的传播损耗无线传播模型是计算电磁波在传播过程中的传播损耗的数学模型。的数学模型。p传播模型是十分重要的，是移动通信网规划的基础。传播模型是十分重要的，是移动
28、通信网规划的基础。无线电波的传播模型就是通过实际的测量，并借助计无线电波的传播模型就是通过实际的测量，并借助计算机，对不同区域的测量结果进行曲线拟合，最终勾算机，对不同区域的测量结果进行曲线拟合，最终勾勒出电波在不同地形条件的传播公式。勒出电波在不同地形条件的传播公式。p传播模型的准确与否关系到小区规划是否合理，运营传播模型的准确与否关系到小区规划是否合理，运营商是否以比较经济合理的投资满足了用户的需求。商是否以比较经济合理的投资满足了用户的需求。无线电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线无线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。影响传播环境的主传播环境直接
29、决定传播模型的选取。影响传播环境的主要因素：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、桥梁地物：建筑物、道路、桥梁 噪声：自然噪声、人为噪声噪声：自然噪声、人为噪声 气候：雨、雪、冰（对气候：雨、雪、冰（对UHFUHF频段影响微小）频段影响微小）无线传播环境无线传播环境参照参照ITU-R P.1411-1ITU-R P.1411-1，结合中国国情，传播环境分类如下：，结合中国国情，传播环境分类如下：传播环境传播环境描述描述密集城区密集城区高楼林立，信号几乎不可能从建筑物屋顶绕射传播高楼林立，信号几乎不可能从建筑物屋顶绕射传播普通城区普通城
30、区街道较宽，建筑物较低，信号可以从屋顶绕射街道较宽，建筑物较低，信号可以从屋顶绕射郊区郊区建筑物较低矮，且较稀疏建筑物较低矮，且较稀疏乡村乡村建筑物低矮，稀疏，植被较多建筑物低矮，稀疏，植被较多山区山区公路公路室内室内不同小区类型不同小区类型 n宏小区（宏蜂窝）：覆盖半径大于宏小区（宏蜂窝）：覆盖半径大于1km1kmn微小区（微蜂窝）：覆盖半径在微小区（微蜂窝）：覆盖半径在0.10.11km1km之间之间n微微小区（微微蜂窝）：覆盖半径在微微小区（微微蜂窝）：覆盖半径在0.010.010.1km0.1km之间之间宏小区宏小区宏小区（宏蜂窝）宏小区（宏蜂窝）覆盖半径通常大于覆盖半径通常大于1Km
31、1Km高发射功率，大于高发射功率，大于10W10W，最，最高可达高可达80W80W甚至更高甚至更高高增益天线，天线高过周围高增益天线，天线高过周围环境环境常用于郊区、农村、公路等常用于郊区、农村、公路等覆盖覆盖微小区微小区 微小区（或微蜂窝）微小区（或微蜂窝）覆盖半径在覆盖半径在0.10.11 1公里之间公里之间发射功率通常大于发射功率通常大于1W1W中等增益天线，天线架设在中等增益天线，天线架设在和周围环境高度相当或者更和周围环境高度相当或者更低的位置低的位置常用于话务热点或小盲区的常用于话务热点或小盲区的连续覆盖连续覆盖微微小区微微小区 微微小区（或微微蜂窝）微微小区（或微微蜂窝）微微小区
32、的典型半径是在微微小区的典型半径是在0.010.010.1km0.1km之间之间发射功率通常只有几十毫瓦发射功率通常只有几十毫瓦小增益天线，在屋顶下面或者小增益天线，在屋顶下面或者在建筑物内在建筑物内常用于写字楼、商场、宾馆、常用于写字楼、商场、宾馆、会议中心等对覆盖要求高和高会议中心等对覆盖要求高和高话务量的区域话务量的区域常用传播模型常用传播模型 自由空间传播模型自由空间传播模型 Okumura(奥村奥村)/Hata模型模型 COST231-Hata模型模型 COST231 Walfish-Ikegami模型模型 Keenan-Motley模型模型 计算机辅助计算模型计算机辅助计算模型自由
33、空间传播模型自由空间传播模型 自由空间传播模型适用于具有各向同性传播介质（自由空间传播模型适用于具有各向同性传播介质（如真空）的无线环境，是理论模型。该环境在现实中并如真空）的无线环境，是理论模型。该环境在现实中并不存在，但空气介质近似于各向同性介质。不存在，但空气介质近似于各向同性介质。Lo=91.48+20lgd,for f=900MHzLo=91.48+20lgd,for f=900MHzLo=97.51+20lgd,for f=1800MHzLo=97.51+20lgd,for f=1800MHzLo=98.84+20lgd,for f=2100MHzLo=98.84+20lgd,fo
34、r f=2100MHz适用范围：适用范围：频率范围频率范围 f:f:150-1500MHz150-1500MHz基站天线高度基站天线高度 HbHb:3030-200m200m移动台高度移动台高度 HmHm:1 1-10m10m距离距离 d:d:1 1-20km20kmOkumura-Hata模型模型 宏蜂窝模型宏蜂窝模型 基站天线高度高于周围建筑物基站天线高度高于周围建筑物 1km以内预测不适用以内预测不适用 频率超过频率超过1500MHz以上时不适用以上时不适用 城区类型：郊区、开阔地、准开阔、农村等。城区类型：郊区、开阔地、准开阔、农村等。LpLp=69.55+26.16 log f =6
35、9.55+26.16 log f 13.82 log 13.82 log hbhb+(44.9+(44.9 65.5 65.5 log log hbhb)log d )log d AhmAhmLpLp从基站到移动台的路径损耗单位从基站到移动台的路径损耗单位dBdBf f载波频率单位载波频率单位MHzMHzhbhb基站天线高度单位米基站天线高度单位米HmHm移动台天线高度单位米移动台天线高度单位米D D基站到移动台之间的距离单位基站到移动台之间的距离单位kmkm对于中等城市或大城市修正对于中等城市或大城市修正Am=(1.1 log f Am=(1.1 log f 0.7)0.7)hmhm (1.
36、56 log f (1.56 log f 0.8)0.8)在郊区传播模型可以修正为在郊区传播模型可以修正为LpsLps=LpLp(市区市区)2log(f/28)2 2log(f/28)2 5.4 5.4在开阔地传播模型可以修正为在开阔地传播模型可以修正为LpoLpo=LpLp(市区市区)4.78(log f)2+18.33 log f 4.78(log f)2+18.33 log f 40.94 40.94路径损耗路径损耗 举例：举例：GSM-RGSM-R下行链路工作频段下行链路工作频段930-934MHz930-934MHz。计算计算选取频点选取频点f=932MHzf=932MHz，基站高度
37、为，基站高度为3535米、米、4545米、米、5050米的情况下，分别计算手持台（天线高度：米的情况下，分别计算手持台（天线高度：1.5m1.5m）和）和机车台（天线高度：机车台（天线高度：4.5m 4.5m）的路径损耗。）的路径损耗。基站高基站高度度 移动台天线高度移动台天线高度35m35m45m45m50m50m大城市大城市1.5m1.5m125.89+34.79Logd125.89+34.79Logd124.38+34.07Logd124.38+34.07Logd123.75+33.77Logd123.75+33.77Logd4.5m4.5m121.91+34.79Logd121.91+
38、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+33.77Logd123.73+33.77Logd4.5m4.5m119.46+34.79Logd119.46+34.79Logd117.95+34.07Logd117.95+34.07Logd117.32+33.77Logd117.32+33.77Logd郊区郊区1.5m1.5
39、m115.868+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+34.07Logd109.74+33.77Logd109.74+33.77Logd乡村（准乡村（准开放）开放）1.5m1.5m106.56+34.79Logd106.56+34.79Logd105.05+34.07Logd105.05+34.07Logd104.42+33.7
40、7Logd104.42+33.77Logd4.5m4.5m102.58+34.79Logd102.58+34.79Logd101.08+34.07Logd101.08+34.07Logd100.44+33.77Logd100.44+33.77Logd乡村（开乡村（开放）放）1.5m1.5m97.23+34.79Logd97.23+34.79Logd95.73+34.07Logd95.73+34.07Logd95.09+33.77Logd95.09+33.77Logd4.5m4.5m93.25+34.79Logd93.25+34.79Logd91.75+34.79Logd91.75+34.79L
41、ogd91.11+33.77Logd91.11+33.77Logd适用范围：适用范围：频率范围频率范围 f:f:1500 1500-2000MHz2000MHz基站天线高度基站天线高度 HbHb:30:30-200m200m移动台高度移动台高度 HmHm:1 1-10m10m距离距离 d:d:1 1-20km20kmCOST 231-Hata模型模型 宏蜂窝模型宏蜂窝模型 基站天线高度高于周围建筑物基站天线高度高于周围建筑物 1km以内预测不适用以内预测不适用 频率超过频率超过2000MHz或低于或低于1500MHz时不适用时不适用Lu(dB)=46.3+33.9 log(f)-13.82 l
42、og(Lu(dB)=46.3+33.9 log(f)-13.82 log(HbHb)-)-a(a(HmHm)+44.9-6.55log()+44.9-6.55log(HbHb)log(d)+Cm)log(d)+Cm 其中：其中：a(a(HmHm)=1.1 log(f)-0.7)=1.1 log(f)-0.7 HmHm-1.56 -1.56 log(f)-0.8log(f)-0.8 Cm=0 dB Cm=0 dB 对于中等城市和郊区中心区对于中等城市和郊区中心区 Cm=3 dB Cm=3 dB 对于大城市对于大城市对于农村准开阔地对于农村准开阔地LrqoLrqo(dB)=Lu-4.78 log(
43、f)2+18.33 (dB)=Lu-4.78 log(f)2+18.33 log(f)-35.94log(f)-35.94对于农村开阔地对于农村开阔地LroLro(dB)=Lu-4.78 log(f)2+18.33 (dB)=Lu-4.78 log(f)2+18.33 log(f)-40.94log(f)-40.94适用范围：适用范围：频率范围频率范围 f:f:800800-2000MHz2000MHz基站天线高度基站天线高度 HbaseHbase:4 4-50m50m移动台高度移动台高度 HmobileHmobile:1 1-3m3m距离距离 d:d:0.020.02-5km5km建筑物高度
44、建筑物高度 HroofHroof(m)(m)路面宽度路面宽度 w(m)w(m)建筑物间距建筑物间距 b(m)b(m)相对直射波方向的街道走向相对直射波方向的街道走向()COST 231 Walfish-Ikegami模型模型 市区环境，宏蜂窝或微蜂窝市区环境，宏蜂窝或微蜂窝 郊区环境或乡村环境不适用郊区环境或乡村环境不适用Cost-231-Walfish-IkegamiCost-231-Walfish-Ikegami模式公式模式公式 视距情况视距情况基本传输损耗采用下式计算基本传输损耗采用下式计算L L42.6+26lgd+20lgf42.6+26lgd+20lgf 非视距情况非视距情况基本传
45、输损耗由三项组成基本传输损耗由三项组成:L LLo+Lmsd+LrtsLo+Lmsd+LrtsLo=32.4+20lgd+20lgfLo=32.4+20lgd+20lgf LoLo代表自由空间损耗代表自由空间损耗 LmsdLmsd是多重屏蔽的绕射损耗是多重屏蔽的绕射损耗 LrtsLrts是屋顶至街道的绕射及散射损耗。是屋顶至街道的绕射及散射损耗。Keenan-Motley模型模型l在自由空间传播模型的基础上增加了墙壁和地板的在自由空间传播模型的基础上增加了墙壁和地板的穿透损耗穿透损耗l P P墙壁损耗参考值，墙壁损耗参考值，W W墙壁数目墙壁数目l主要适用室内环境主要适用室内环境l没有考虑到多
46、径的影响没有考虑到多径的影响 WPdfPLlog20log205.32dBPathlossPathloss=K1+K2lgd+K3(=K1+K2lgd+K3(HmsHms)+K4lg()+K4lg(HmsHms)+K5lg()+K5lg(HeffHeff)+K6lg(+K6lg(HeffHeff)lglg(d)+K7+Kclutter(d)+K7+KclutterPathlossPathloss：路径损耗：路径损耗(dB)(dB)K K1 1：与频率相关的常数与频率相关的常数K K2 2：距离衰减常数距离衰减常数K K3 3、K K4 4：移动台天线高度修正系数：移动台天线高度修正系数K K5
47、 5、K K6 6：基站天线高度修正系数：基站天线高度修正系数K K7 7：绕射修正系数绕射修正系数K Kclutterclutter：地物衰减修正系数：地物衰减修正系数d d：基站与移动台之间的距离基站与移动台之间的距离(km)(km)H Hmsms、H Heffeff：移动台天线和基站天线的有效高度：移动台天线和基站天线的有效高度(m)(m)ASSETASSET规划软件规划软件模型模型K参数参数参考值参考值K1152/1800M UrbanK244.90K3-2.55K40.00K5-13.82K6-6.55K7-0.80计算机辅助计算模型计算机辅助计算模型EIRENE对场强的规定：对场强
48、的规定：在在 EIRENE SRS ref CLA111D004v14 EIRENE SRS ref CLA111D004v14 中定义了中定义了ERIENEERIENE最低覆盖要求，这最低覆盖要求，这一标准保证了火车通过一标准保证了火车通过GSM-RGSM-R保持通讯的标准性能，即使保持通讯的标准性能，即使在停车的情况下也在停车的情况下也要满足要满足。电平覆盖要求指的是安装在机车顶部的天线所能接电平覆盖要求指的是安装在机车顶部的天线所能接收的电平强度，根据不同的火车速度将定义不同的收的电平强度，根据不同的火车速度将定义不同的电平覆盖要求。对于每个电平覆盖要求。对于每个100100米的间隔内，
49、满足电平米的间隔内，满足电平要求的累积分布概率是要求的累积分布概率是9595%，所测量到的覆盖电平要，所测量到的覆盖电平要大于或等于一个指定的值。大于或等于一个指定的值。覆盖电平要求：覆盖电平要求：对于语音和非安全数据对于语音和非安全数据，以，以-98dBm-98dBm的覆盖电平，达到的覆盖电平，达到9595的覆盖概率；的覆盖概率；对对ETCS 2/3ETCS 2/3级，行驶速度小于或等于级，行驶速度小于或等于220km/h220km/h的铁路的铁路线，线，以以-95dBm-95dBm的的覆盖电平，覆盖概率达到覆盖电平，覆盖概率达到9595。对对ETCS 2/3ETCS 2/3级，行驶速度大于
50、级，行驶速度大于280km/h280km/h的铁路线，的铁路线，以以92dBm92dBm的的覆盖电平，覆盖概率达到覆盖电平，覆盖概率达到9595；对对ETCS 2/3ETCS 2/3级，行驶速度大于级，行驶速度大于220km220km，小于或等于，小于或等于280km/h280km/h的铁路线的铁路线，覆盖，覆盖电平电平在在-95dBm-95dBm和和92dBm92dBm之间，之间，覆盖概率达到覆盖概率达到9595。电波传播理论在高速铁路中的应用：电波传播理论在高速铁路中的应用：铁路系统的特点主要体现在以下几个方面：铁路系统的特点主要体现在以下几个方面：1.铁路的周边环境铁路的周边环境2.列车
