1、移動通信技術 (第2版)第8章 電波的傳播特性第8章 電波的傳播特性v 內容n電波傳播中的衰落nOM模型概念及場強衰耗中值的預測n任意地形、地物衰耗場強中值和信號中值的預測n電波傳播電路的計算、覆蓋設計第8章 電波的傳播特性v 重點nOM模型及任意地形、地物情況下電波傳播衰耗中值的預測n系統均衡v 難點n電波傳播衰耗特性的統計數字特征量n任意地形、地物情況下電波傳播衰耗中值的預測v 目的和要求n了解衰落對信號傳輸的影響n理解表征電波傳播衰耗特性的統計數字特征量n掌握自由空間傳輸衰耗、OM模型及電波傳播衰耗中值的計算方法8.1 無線電波v 無線電波的概念n無線電波是一種能量的傳輸形式n電場和磁場

2、在空間交替變換，向前行進n傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直的，同時這兩者又都垂直于傳播方向v無線電波的傳播速度n傳播速度和傳播媒質有關 n真空中的傳播速度等于光速(3108ms )n空氣中的傳播速度略小于光速 通常認為它等于光速 n無線電波的波長、頻率和傳播速度的關系： /為速度(m/s)；為頻率(Hz)；為波長(m)n不同介質中傳播速度不同、波長不同 v無線電波的極化n概念：無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規律而變化 n電波的極化方向：無線電波的電場方向n極化波必須用對應的極化特性的天線接收否則在接收過程中會產生極化損失n極化的類型n線極化n水平極化、垂直極化n+45傾斜極化

3、、- 45傾斜極化n橢圓極化n圓極化n雙極化天線n兩個天線為一個整體，有兩個獨立的波，這兩個波的極化方向相互垂直 n類型nV/H（垂直/水平）極化n傾斜（+45/-45 ）極化8.1.2 電波的傳播方式v 電波的傳播方式n在分析電波傳播特性時總是以自由空間的傳播環境為參考進行n自由空間n一種理想的、均勻的、各向同性的介質空間n當電磁波在自由空間中傳播時直線傳播，不發生反射、折射、散射和吸收現象n只存在電磁波能量擴散而引起的傳播損耗n實際傳播環境中電波的傳播方式n直射、反射、繞射、散射v 超短波傳播特性n無線電波的波長不同，傳播特點也不完全相同 n主要傳播特性n視距傳播n多徑傳播n繞射能力弱v

4、電波傳播中的三種損耗n路徑傳播損耗 n慢衰落損耗 n快衰落損耗室內環境的傳播v 電波在建筑物內傳播的類型n由室外向建筑物內的穿透傳播n電波只在建筑物內傳播v 室內無線環境特點n覆蓋范圍小n傳播距離短n傳播時延要小的多n室內環境中用戶多處于靜止和慢速移動狀態，可忽略多普勒頻移n室內環境變化更復雜，電波傳播受建筑類型、室內布局、建筑材料影響較大即使在同一個建筑物內的不同位置，其傳播環境也不盡相同，甚至差別很大 8.2 電波傳播中的衰落v 電波傳播的衰落特性v 場強估算模型8.2.1 電波傳播的衰落特性v 衰落的概念n由于實際傳播環境中復雜的地形地物對傳播信號的阻擋，及反射、繞射和散射引起的無線信號

5、的多徑傳播都會對電磁波的傳播產生影響，導致接收信號的隨機變化。v 衰落的類型n陰影衰落（陰影效應、氣象條件變化）場強中值的緩慢變化（慢衰落），服從對數正態分布。n多徑衰落（多徑效應）瞬時值有快速、大幅度的變化（快衰落），統計特性滿足瑞利分布v 空間選擇性衰落：平滑瑞利衰落，在不同地點（空間）衰落特性不一樣，是由于天線點波束的擴散引起。v 頻率選擇性衰落：在不同頻率衰落特性不一樣，是由于時延擴展引起的衰落。v 時間選擇性衰落：在不同時間衰落特性不一樣，是由于變速移動引起頻率擴散，在接收點波形產生了時間選擇性衰落。v 定點通信的衰落需考慮慢衰落，對移動通信影響最大的是快衰落。8.2.1 電波傳播的

6、衰落特性表征衰落的統計數字特征v 場強中值E0n概念：場強值超過設定場強值的概率為50%時，該設定值為場強中值n若場強中值等于接收機最低門限值，則可通信率為50%。 （只有50%的時間可正常通信），必須使實際的場強中值遠大于接收機的門限值，才能在絕大多數時間內保證正常通信。n場強中值不能反映衰落的嚴重程度例：統計時間為T，超過E0的時間為t1、t2、t3則：超過E0的概率為 p(t)=( t1+t2 + t3)/T100% 當p(t)=50%時， E0為場強中值v衰落深度：n衡量衰落的嚴重程度n接收電平與場強中值電平之差表示n以場強中值電平為參考，表明信號起伏偏離其中值電平的程度n衰落深度=2

7、0Lg（Ei/Eo)n若為電平值，則衰落深度= Ei-Eon一般移動通信系統中，衰落深度可達20-30dB。v 衰落速率Nn衡量場強變化的快慢，即頻繁程度n單位時間內場強包絡與給定電平值ER相交次數的一半n衰落率與工作頻率、移動臺行進速度和方向等因素有關平均衰落率： 其中v（km/h）、f（MHz）v 系統設計時，音頻通帶或信令數據通帶的低端應高于衰落率v 衰落持續時間n場強低于某一給定電平值的持續時間n表示信息傳輸的受影響程度 或用于判斷信令誤碼的長度8.2.2 場強估算模型v電波傳播受地形地物的影響 即電波傳播特性與實際空間環境相關v 預測時在自由空間基礎上考慮具體環境影響nOM模型nEg

8、li模型nBM模型nCost231模型v 以日本東京城市場強中值實測結果得到的經驗曲線構成的模型。v 模型：城市視為準平滑地形，給出經驗曲線其他地形地物情況則給出修正值v 適用范圍：n頻率：100MHz1500MHznBTS天線高度：30 m 200mnMS天線高度：1 m10mn傳播距離： 1km 20km1.OM模型(Okumura-M.Hata奧村哈達)v 美國陸上移動通信、VHF、UHF信號預測方法，對丘陵地形預測較準v 在傳播地形起伏高度為20m的基本條件下，基本傳播衰減公式：L(dB)=177+20lgd+20lgf-20lghThR 單位：d (英里) ；f(MHz) ； hT

9、、 hR(英尺) 其他地形給出修正因子v 適用范圍：n頻率：25MHz 470MHzn傳播距離： 60km 以內2. Egli模型v理論模型n以自由空間、平面大地和球面地形傳播理論為基礎，以諾模圖形式給出。v適用范圍：n頻率：30MHz 3000MHzn傳播距離：1 幾百公里3. BM（Bullingron）v 歐洲建議n廣泛用于建筑物高度近似一致的城區和郊區環境v 應用分兩種情況：n高基站天線-非視距NLOSn低基站天線-視距LOS4. cost231模型8.3 電波傳播特性預測v OM模型v 任意地形地物信號中值的預測v 場強中值變動分布及預測v 覆蓋設計8.3.1 OM模型v模型：城市視

10、為準平滑地形，給出經驗曲線其他地形地物情況則給出修正值vOM模型可在適用范圍內作電波傳播預測 n地形、地物的分類n準平滑地形上的電波傳播特性n不規則地形修正因子n其他因素對電波傳播的影響1.地形、地物的分類v 地形的分類n準平滑地形：地形剖面圖上，表面起伏高度在20m以下，且起伏緩慢n不規則地形n丘陵地形n孤立山岳n傾斜地形n水陸混合地形v 地物的分類n根據障礙物的密集程度和屏蔽程度分類n地物的類型n開闊地：無較大樹木、建筑物等障礙物準開闊地n郊區：障礙物不稠密n市區：障礙物稠密只能考慮一種地物形態，而地形可根據實際情況組合v 天線有效高度n基站天線有效高度hb = hta -hganhga：

11、從基站天線架設點起315km距離內的平均地面海拔高度nhta：基站天線架設的海拔高度nMS天線有效高度hm：地面以上有效高度以后所有天線高度均指天線有效高度1.準平滑地形上的電波傳播v 自由空間的傳播損耗v 市區傳播衰耗中值的預算v 郊區、開闊地傳播衰耗中值的預算v 預算中的注意點v自由空間：理想的空間（真空）n電波沿直線傳播，不被吸收，不會被反射、折射、繞射和散射，電磁波的能量沒有損失n自由空間傳播損耗的含義：損耗來自于球面波發散傳播中，天線未接收到的能量 即：球面波的擴散損耗v自由空間傳播損耗（1）自由空間的傳播損耗Lbs僅與d、f有關v 基本衰耗中值Am(f,d)v 基站天線有效高度增益

12、因子Hb(hb,d)v 移動臺天線有效高度增益因子Hm(hm,f)v 準平滑市區傳播衰耗中值L市區（2）市區傳播衰耗中值的預算v 基本衰耗中值Am(f,d)nhb=200m hm=3mn參數：f、dv 基站天線有效高度增益因子Hb(hb,d)n以hb=200m時的值為基準(0dB)v 移動臺天線有效高度增益因子Hm(hm,f)n以hm=3m時的值為基準(0dB)n當hm5m時，還與環境有關（拐點）v 自由空間傳播衰耗 Lbs(dB)=32.45+20lgd(km)+20lgf(MHz)v 準平滑市區傳播衰耗中值 L市區=Lbs+ Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f) Hb(hb,d)、Hm(hm,f)為增益因子，計算衰減中值時取減號 郊區、開闊地傳播衰耗中值的預算v 郊區修正因子Kmr的預測n參數：f，d第3節 陸地信道的場強計算例2-1：設基站天線有效高度為30m，發射機工作頻率為450MHz，移動臺天線高度為1.5m，工作在準平坦地形的大城市的郊區，通信距離為10km時，求傳播路徑損耗預測值。解：自由空間傳播衰耗Lbs=32.45+20lgf+20lgd =32.45+20lg450+20lg10 =105.4dB查圖得Am(f,d)