3第二章之二电波传播特性.

1移动通信——第二课移动信道的电波传播特性2主要内容研究移动通信信道的意义和方法无线电波传播特性分析移动信道的特征移动信道的传播模型噪声与干扰3电波传播损耗预测模型目的掌握基站周围所有地点处接收信号的平均强度及变化特点，以便为网络覆盖的研究以及整个网络设计提供基础。方法根据测试数据分析归纳出基于不同环境的经验模型，在此基础上对模型进行校正，使其更加接近实际，更准确。确定传播环境的主要因素自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）人工建筑的数量、高度、分布和材料特性该地区的植被特征天气状况自然和人为的电磁噪声状况系统的工作频率和移动台运动等因素本节内容室外传播模型室内传播模型传播模型校正4电波传播损耗预测模型•移动通信中的一个基本问题就是计算接收信号的功率，这是为保证移动通信系统电磁兼容性所必须的。•信号在信道中传输时总是有衰减的：一方面，随着电波传播距离的增加，由于球面波的自然扩散会引起衰减；另一方面，周围的传播环境包括各种障碍物等对电波的吸收、散射、绕射或反射等作用也会使信号产生衰减。•通常用传播损耗来对电波通过移动信道时的这种衰减特性进行度量。•如何计算电波传播损耗，必须在系统设计前加以预测。5在移动通信的环境中,传播损耗不仅和频率、距离有关,还和收发天线的高度有关,更和地形、地物有关。传播损耗采用实验图表计算法：移动信道的场强估计6•无线电波在自由空间中的传播是电波传播中最基本、最简单的一种，它是一种理想化的电波传播方式，在这种空间中传播的电磁波不会产生反射、折射、绕射、吸收和散射等现象，也就是说，电磁波的总能量并没有被上述作用损耗掉，但其能量会因为向空间扩散而衰耗，并且距离越远，这种衰耗就会越大，这是因为信号经由发射天线辐射后，便向周围空间传播，到达接收天线的能量仅是一小部分，大部分能量都因扩散而损耗掉了。这就是自由空间传播损耗。移动信道的场强估计7室外传播模型是指电波在非单一的环境中传播，在估计信道损耗时，需要考虑传播路径上的地形地貌，也要考虑建筑物、树木等阻挡物，而衍生出的一种模型。将地形分为两大类：中等起伏地形和不规则地形。中等起伏地形是指在传播路径的地形剖面上，地面的起伏高度不超过20m，且起伏缓慢。其他地形如丘陵、水陆混合地形等统称为不规则地形。室内传播模型是指无线电波通过介质在室内分布系统进行传播采用的一种模型。特点是：覆盖距离更小，环境变化更大。受到的影响因素很多，例如：门窗是开还是关、天线的放置位置、人员的分布情况。电波传播损耗预测模型8室外传播模型9室外传播模型Hata模型广泛使用的一种适用于宏蜂窝的中值路径损耗预测的传播模型。根据应用频率的不同，又分为：Okumura-Hata模型（奥村模型）COST231Hata模型CCIR模型给出了反应自由空间路径损耗和地形引入的路径损耗联合效果的经验公式。LEE模型先把城市当成平坦的，只考虑人为建筑物的影响，在此基础上再把地形地貌的影响加进来。COST231Walfisch-Ikegami模型应用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境。10Okumura-Hata模型Hata模型是由Okumura用图表给出的路径损耗数据的经验公式，该公式适用于150-1500MHz频率范围。•Hata将市区的传播损耗表示为一个标准的公式和一个应用于其他不同环境的附加校正公式。•Okumura模型适用的范围：频率为150-1500MHz基站天线高度为30-300m移动台天线高度为1-10m传播距离为1-20km11式中—工作频率（MHz）—基站天线有效高度（m），定义为基站天线实际海拔高度与基站沿传播方向实际距离内的平均地面海波高度之差。—移动台天线有效高度（m），定义为移动台天线高出地表的高度。d—基站天线和移动台天线之间的水平距离（km）—有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数—小区类型校正因子—地形校正因子，反映一些重要的地形环境因素对路径损耗的影响MHz300f97.4h75.11log2.3MHz300f1.1h54.1log29.88.0flog56.1h7.0flog11.1hc2rec2recrecre大城市、郊区、乡村中小城市乡村－郊区城市98.40flog33.18flog78.44.528flog20Cc2c2ccellcftehrehrehcellCterrainCOkumura-Hata模型路径损耗计算公式terraincellteretecpCCdloghlog55.69.44hhlog82.13flog16.2655.69dBL12COST-231Hata模型路径损耗计算的经验公式式中—大城市中心校正因子Mterraincellteretec50CCCdloghlog55.69.44hhlog82.13flog9.333.46dBL市中心大城中等城市和郊区dB3dB0CMMC13两种Hata模型的主要区别频率衰减系数不同•COST-231Hata模型频率衰减因子为33.9•Okumura-Hata模型的频率衰减因子为26.16COST-231Hata模型还增加了一个大城市中心衰减，大城市中心地区路径损耗增加3dB。14COST-231Walfisch-Ikegami模型欧洲研究委员会COST-231在Walfisch和Ikegami分别提出的模型的础基上，对实测数据加以完善而提出Walfisch-Ikegami模型。•这种模型考虑到了自由空间损耗、沿传播路径的绕射损耗以及移动台与周围建筑屋顶之间的损耗。•该模型适用的范围：频率为800-2000MHz基站天线高度为4-50m移动台天线高度为1-3m传播距离为0.02-5km15COST231Walfisch-Ikegami模型应用用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境常用于移动通信系统（GSM/PCS/DECT/DCS）设计可以计算基站发射天线高于、等于或低于周围建筑物等不同情况的路径损耗两种情况视距传播情况，路径损耗非视距传播情况，路径损耗式中L0—自由空间损耗L1—由沿屋顶下沿最近的衍射引起的衰落损耗L2—沿屋顶的多重衍射（除了最近的衍射）fdLlog20log266.42210LLLL111log20log10log109.16LhhfwLmRblogflogkdlogkkLLfda921216COST231Walfisch-Ikegami模型参数意义式中w—接收机所在的街道宽度（m）,hR—建筑物的平均高度（m）hb，hm—接收天线的高度其中—街区轴线于连结发射机和接收机天线的夹角2式中hB发射天线高度，b相邻行建筑物中心距离9055551114.04553535075.05.23503571.01011LblogflogkdlogkkLLfda9212111201010916Lhhlogflogwlog.LmRRBRBRBhh,hh,hhlogL011821kmdhhhhdkmdhhhhhhkRBRBRBRBRBa5.0,4.0545.0,8.054,54并且并且RBRRBRBdhhhhhhhk,1518,18大城市中等城市和郊区,19255.1,19257.04ffkf17室外传播模型的使用适用范围应用方法使用及评价18传播模型的适用范围适用范围传播模型宏蜂窝（1km）微蜂窝（1km）频率（MHz）天线高度（m）城区/郊区/乡村HataOkumura-Hata宏蜂窝150－1500基站：30－200移动台：1－10城区、郊区、乡村COST-231Hata宏蜂窝1500－2000基站：30－200移动台：1－10城区、郊区、乡村CCIC宏蜂窝150－2000基站：30－200移动台：1－10城区、郊区LEE宏蜂窝450－2000城区、郊区、乡村微蜂窝分LOS和NLOS450－2000城区、郊区WIM0.02－5km分LOS和NLOS800－2000基站：4－50移动台：1－3城区、郊区19传播模型的应用方法基站和移动台之间水平距离d（km）fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20,自由空间传播损耗）d≥1宏蜂窝模型d5d≥5有实测数据并得到LEE模型参数和距离衰减因子d1微蜂窝模型有实测数据LEE模型WIM模型LEE模型WIM模型CCIR模型fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20,自由空间传播损耗）Hata模型fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20,自由空间传播损耗）20传播模型的使用及评价Hata模型•参数易获得，模型易使用。•但未考虑建筑物的高度和密度、街道的分布和走向等重要因素的影响，预测值和实际值的误差较大。CCIR模型•考虑了建筑物密度的影响，引入参数B（被建筑物覆盖区域的百分比），且易获得。•适用于有测试数据时。主要参数易于根据测量值调整，准确性高。•算法简单，计算速度快。COST231-Walfisch-Ikegami模型•用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境•发射天线可以高于、等于或低于周围建筑物一般规划软件模型：Lp=K1+K2lgd+K3(hm)+K4lg(hm)+K5lg(Heff)+K6lg(Heff)lgd＋K7diffn+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)初始K参数是根据经典模型转换而来的传播模型下表给出一个在中等城市进行电波传播分析时的K值和一些衰耗值16HighBuilding5Denseurban0Urban-2.50Suburban-2.50Parallel_Low_Buildings-2.90Village5.00Industrial&CommercialAreas13.00Forest-1.00Rangeland-2.00OpenAreas-3.00Wetland-3.00InlandWaterClutter衰耗值-0.8K7-6.55K6-13.82K50.00K4-2.88K344.90K2146/800MHzUrban,154.5/2000MHzUrban145/800MHzcity,165.5/2000MHzcityK1参数值K参数名称传播模型23室内传播模型24室内传播模型显著特点室内覆盖面积小得多收发机间的传播环境变化更大影响因素建筑物的布局建筑材料建筑类型常用的室内传播模型对数距离路径损耗模型Ericsson多重断点模型衰减因子模型25室内模型研究较少，是移动无线信道新的研究领域。主要特征•覆盖距离更小，环境相对变动更大；•距离短，更接近“近场”；•门的开关和天线安装等对室内信号场强的影响非常大；•更“混乱”，散射波更多，LOS更少。室内路径衰耗模型26隔离损耗：同楼层•依赖于材料类型和频率•墙，家具，设备,高度•硬隔离vs软隔离硬隔离随建筑而成软隔离不到天花板•“框架”建筑给出不同频段、不同材料、不同分隔方式的损耗值。如：混凝土墙在1300MHz的损耗为8－15dB。隔离损耗27隔离损耗：楼层间•取决于建筑结构和频率•“楼层损耗因子”随着楼层增高而减