移动通信电波传播大尺路径损耗特性分析.pptx
第1节、移动通信电波传播特点特点：移动台在行进中通话，由移动所带来的随机性移动台在行进中通话，由移动所带来的随机性移动台天线架设高度很低移动台天线架设高度很低同时存在多径衰落和地形衰落信号场强小很多，通信质量受到环境噪声和多径衰落的严重影响移动台的速度也会对信号电平的衰落带来影响。统计方法的应用2023/2/231第1页/共95页典型的移动信道电波传播路径典型的移动信道电波传播路径在移动通信中，电波主要以空间波和表面波的方式传播2023/2/232第2页/共95页2023/2/233多径衰落是快速的微观变化，又称小尺度衰落或简单衰落，用来描述一小段时间内或与波长相比很小的一段传播距离内信号在幅度、相位或多径延迟上的快速波动；地形衰落是缓慢的宏观变化，又称大尺度衰落或阴影效应，这两种衰落叠加在一起。第3页/共95页绕射损耗绕射损耗绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。由阻挡表面产生的利的边缘阻挡时发生绕射。由阻挡表面产生的二次波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。二次波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。绕射损耗绕射损耗 ：各种障碍物对电波传播所引起的损：各种障碍物对电波传播所引起的损耗。耗。传播余隙传播余隙 ：设障碍物与发射点、接收点的相对：设障碍物与发射点、接收点的相对位置如图所示，图中位置如图所示，图中x x表示障碍物顶点表示障碍物顶点P P至直线至直线TRTR之间的垂直距离，在传播理论中之间的垂直距离，在传播理论中x x称为传播余称为传播余隙。隙。2023/2/234第4页/共95页传播余隙2023/2/235第5页/共95页2023/2/236第6页/共95页障碍物引起的绕射损耗与传播余隙之间的障碍物引起的绕射损耗与传播余隙之间的关系如图所示。其中关系如图所示。其中x1 1称菲涅尔半径（第称菲涅尔半径（第一菲涅尔半径）。一菲涅尔半径）。结论：当横坐标结论：当横坐标x/x10.510.5时，则障碍物对时，则障碍物对直射波的传播基本上没有影响。当直射波的传播基本上没有影响。当x=0=0时，时，TRTR直射线从障碍物顶点擦过时，绕射损耗直射线从障碍物顶点擦过时，绕射损耗约约6dB6dB；当；当x00时，时，TRTR直射线低于障碍物直射线低于障碍物顶点，损耗急剧增加。顶点，损耗急剧增加。2023/2/237第7页/共95页反射损耗反射损耗电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑界面时，就会发生反射现象。滑界面时，就会发生反射现象。图中给出了从发射天线到接收天线的电波由图中给出了从发射天线到接收天线的电波由反射波和直射波组成的情况。反射波与直射反射波和直射波组成的情况。反射波与直射波的行距差为：波的行距差为：两路信号到达接收天线的时间差换算成相位两路信号到达接收天线的时间差换算成相位差为：差为：2023/2/238第8页/共95页直射波和反射波2023/2/239第9页/共95页散射损耗散射损耗散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。大时，发生散射。散射波产生于粗糙表面，小物体或其他不规则物体。在实际的通信系统中，树叶、散射波产生于粗糙表面，小物体或其他不规则物体。在实际的通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等会引发散射。街道标志和灯柱等会引发散射。2023/2/2310第10页/共95页第2节、地形特征和传播环境的分类和定义我国地域广阔，地形复杂，但大致可分为两类，即“准平坦地形”和“不规则地形”。准平坦地形：在传播路径的地形剖面图上，地形表面起伏高度在20 以下，而且其起伏是缓慢的，峰点和谷点之间的距离必须大于波动表面的高度，在以公里计的距离内，其平均地面高度差仍在20 以内。不规则地形：除准平坦地形以外的其他地形。2023/2/2311第11页/共95页一、地形特征和传播环境的分类1.地形特征的分类和定义准平坦地形不规则地形孤立山岳丘陵地形倾斜地形水陆混合路径除准平坦地形以外的其它地形在传播路径的地形剖面图上，地形表面起伏高度在20m以下，而且其起伏是缓慢的，峰点和谷点之间的距离必须大于波动表面的高度，在以公里计的距离内，其平均地面高度差仍在20m以内。2023/2/2312第12页/共95页各类地形的定义地形地形 h(m)水面或非常平坦的地形水面或非常平坦的地形05平坦地形平坦地形510准平坦地形准平坦地形1020小土岗式起伏地形小土岗式起伏地形2040丘陵地形丘陵地形4080小山区小山区80150山区山区150300陡峭山区陡峭山区300700特别陡峭山区特别陡峭山区7002023/2/2313第13页/共95页通常传播环境分成三类：开阔区：在电波传播方向上没有高大的树木或建筑物等障碍物的开阔地带，或者在电波传播方向上300400m 以内没有任何阻挡的小片场地，如农田、广场等。郊区：在移动台附近有不太密集的12层楼房和稀疏的小树林，包括农村或城市郊公路网等。市区：在此区域内，有拥挤的两层以上的建筑物或密集的高楼大厦，除此之外的区域均称为过渡区域。2023/2/2314第14页/共95页2.天线有效高度的定义移动台天线的有效高度：天线在当地地面以上的高度。移动台天线的有效高度：天线在当地地面以上的高度。hb平均高度平均高度基站天线基站天线15km3kmhm移动台移动台天线天线基站天线的有效高度：沿通信方向，距发射天线3 15km 范围内平均地面以上的高度。2023/2/2315第15页/共95页移动通信中天线有效高度移动台天线有效高度 hm：天线在当地地面以上的高度。基站天线有效高度 hb：沿通信方向，距发射天线315 km范围内平均地面以上的高度。2023/2/2316第16页/共95页地形衰落地形衰落/慢衰落：接收信号场强中值随时间、慢衰落：接收信号场强中值随时间、地点以及移动体的移动速度作比较平缓的变化的地点以及移动体的移动速度作比较平缓的变化的现象。现象。原因：移动体移动过程中，电波传播路径的随机原因：移动体移动过程中，电波传播路径的随机变化。变化。建筑物和地形起伏的阴影效应建筑物和地形起伏的阴影效应大气折射状况的平缓变化大气折射状况的平缓变化第3节、移动通信电波传播的大尺度路径损耗特性2023/2/2317第17页/共95页慢衰落的速度与频率无关，仅取决于移动体的移动速度衰落深度随频率而变化高频信号容易穿透建筑物低频信号绕射能力强慢衰落特性2023/2/2318第18页/共95页场强中值的变化服从对数正态分布当同时考虑位置分布和时间分布的影响时2023/2/2319第19页/共95页场强中值随位置分布和时间分布的标准差频频 L(d B)t(d B)率率准平准平坦坦地形地形不规不规则则地形，地形，hDMHz城城市市郊区郊区50150300Km50100150175508910陆陆地地2571503.55.54791113海海面面9142045067.5111518混混379119006.58141821合合2023/2/2320第20页/共95页h10%90%基站天线基站天线10Km接收机接收机D：收、发天线之间的距离；：收、发天线之间的距离；h：地形波动高度。沿通信方向，距接收点：地形波动高度。沿通信方向，距接收点10km范围内，范围内，分别有分别有10%和和90%的地段超过的高度之差。的地段超过的高度之差。2023/2/2321第21页/共95页Longley-RiceLongley-Rice模型模型：应用于：应用于f f为为40MHz40MHz到到100GHz100GHz之间，不同之间，不同种类的地形中点对点的通信系统。可以做到点到点方式的种类的地形中点对点的通信系统。可以做到点到点方式的预测和区域预测。预测和区域预测。DurkinDurkin模型模型：建立访问服务区的地形数据库，可看成是二：建立访问服务区的地形数据库，可看成是二维阵列，然后计算沿径向的路径损耗，最后仿真的接收机维阵列，然后计算沿径向的路径损耗，最后仿真的接收机位置可被重复地移动到服务区不同的位置来推导出信号场位置可被重复地移动到服务区不同的位置来推导出信号场强轮廓。强轮廓。OkumuraOkumura模型模型：应用最广泛。：应用最广泛。HataHata模型模型：根据：根据OkumuraOkumura曲线图所作的经验公式，频率范曲线图所作的经验公式，频率范围从围从150MHz150MHz到到1500MHz1500MHz。以市区传播损耗为标准，其他。以市区传播损耗为标准，其他地区在此基础上进行修正。地区在此基础上进行修正。WalfishWalfish和和BertoniBertoni模型模型宽带宽带PCSPCS微蜂窝模型微蜂窝模型2023/2/2322第第4节、移动通信场强均值和传输节、移动通信场强均值和传输损耗预测模型损耗预测模型第22页/共95页1 1奥村(Okumura)(Okumura)模型OMOM模型（模型（OkumuraOkumura模型）：由奥村等人，在日本东京，模型）：由奥村等人，在日本东京，使用不同的频率，不同的天线高度，选择不同的距使用不同的频率，不同的天线高度，选择不同的距离进行一系列测试，最后绘成经验曲线构成的模型。离进行一系列测试，最后绘成经验曲线构成的模型。思路：思路：将城市视为将城市视为“准平滑地形准平滑地形”，给出城市场强，给出城市场强中值。对于郊区，开阔区的场强中值，则以城市场中值。对于郊区，开阔区的场强中值，则以城市场强中值为基础进行修正。对于强中值为基础进行修正。对于“不规划地形不规划地形”也给也给出了相应的修正因子。由于这种模型给出的修正因出了相应的修正因子。由于这种模型给出的修正因子较多，可以在掌握详细地形，地物的情况下，得子较多，可以在掌握详细地形，地物的情况下，得到更加准确的预测结果。到更加准确的预测结果。2023/2/2323第23页/共95页 Okumura模型为预测城区接收信号场强使用最广泛的模型。应用频率在150MHz1920MHz之间(可扩展到3GHz），距离为1km100km之间，天线高度在30m1000m之间。特点：以准平坦地形大城市市区的中值场强或路特点：以准平坦地形大城市市区的中值场强或路径损耗为参考，对其他传播环境和地形条件等因径损耗为参考，对其他传播环境和地形条件等因素分别以校正因子的形式进行修正。素分别以校正因子的形式进行修正。适用范围2023/2/2324第24页/共95页（1）准平坦地形大城市市区的中值场强随距离的衰减特性f=150MHz发射天线：半波发射天线：半波偶极子天线偶极子天线有效辐射功率：有效辐射功率：1kWhm=1.5m2023/2/2325第25页/共95页f=450MHz发射天线：半波发射天线：半波偶极子天线偶极子天线有效辐射功率：有效辐射功率：1kWhm=1.5m2023/2/2326第26页/共95页f=900MHz发射天线：半波发射天线：半波偶极子天线偶极子天线有效辐射功率：有效辐射功率：1kWhm=1.5m2023/2/2327第27页/共95页（2）中值路径损耗与距离和频率的关系其中，准平坦地形中值路径损耗；自由空间的路径损耗；准平坦地形相对于自由空间的中值损耗。中值路径损耗模型：中值路径损耗模型：2023/2/2328第28页/共95页2023/2/2329第29页/共95页（3）有关中值路径损耗的各种校正因子 基站天线有效高度增益因子 移动天线有效高度增益因子 a)天线有效高度增益因子：天线有效高度增益因子：注意：天线有效高度增益为严格的高度函数，与天 线类型无关。2023/2/2330第30页/共95页f=1502000MHz2023/2/2331第31页/共95页与频率和传播环与频率和传播环境有关境有关2023/2/2332第32页/共95页b)郊区和开阔区校正因子郊区和开阔区校正因子Ks,Q0,Qr：注意：1 1）校正因子表现为增益 2 2）计算损耗时，需减去上述因子 3 3）若计算出的损耗小于自由空间的损耗，则以自由空间的为准。2023/2/2333第33页/共95页2023/2/2334第34页/共95页c)道路走向校正因子道路走向校正因子Kp,Kv：注意：1 1）道路走向与通信方向平行和垂直时，接收的场强中值相差较大 2 2）道路走向因子是通信距离的函数，与 频率无关2023/2/2335第35页/共95页在纵向街道上衰耗较小，横向街道上衰耗较大。也就是说，在纵向街道上的场强中在纵向街道上衰耗较小，横向街道上衰耗较大。也就是说，在纵向街道上的场强中值高于基准场强中值，在横向街道上的场强中值低于基准场强中值。值高于基准场强中值，在横向街道上的场强中值低于基准场强中值。纵向修正因子纵向修正因子k kal al和横向修正因子和横向修正因子k kacac如图如图3-163-16所示。所示。2023/2/2336第36页/共95页2023/2/2337第37页/共95页d)道路宽度校正因子道路宽度校正因子Wf：有效道路宽度W:2023/2/2338第38页/共95页2023/2/2339第39页/共95页e)不规则地形校正因子不规则地形校正因子Kh,KA,Kis,Ki：2023/2/2340第40页/共95页2023/2/2341第41页/共95页1）表现为增益）表现为增益2）和水面与基站）和水面与基站和移动台的相对和移动台的相对位置有关位置有关2023/2/2342第42页/共95页2023/2/2343第43页/共95页f）建筑物的影响建筑物的影响影响因素：影响因素：建筑物的高度，传播方向和直射波到达的角度。式中式中,L,Lb b为实际路径衰耗中值，为实际路径衰耗中值，L L0 0在街心的衰耗在街心的衰耗中值，中值，L Lp p为建筑物的穿透衰耗。为建筑物的穿透衰耗。建筑物的穿透衰耗：2023/2/2344第44页/共95页2023/2/2345第45页/共95页2023/2/2346第46页/共95页建筑物的穿透衰耗特点：建筑物的穿透衰耗特点：一般来说波长越短，穿透能力越强。各个建一般来说波长越短，穿透能力越强。各个建筑物对电波的吸收也是不同的。不同的材料，筑物对电波的吸收也是不同的。不同的材料，结构和楼房层数，其吸收衰耗的数据都不一结构和楼房层数，其吸收衰耗的数据都不一样。例如，砖石的吸收较小，钢筋混凝土的样。例如，砖石的吸收较小，钢筋混凝土的大些，钢结构的最大。大些，钢结构的最大。如果移动台要在室内使用，在计算传播衰耗如果移动台要在室内使用，在计算传播衰耗和场强时，需要把建筑物的穿透衰耗也计算和场强时，需要把建筑物的穿透衰耗也计算进去，才能保持良好的可通率。进去，才能保持良好的可通率。2023/2/2347第47页/共95页g)g)植被衰耗植被衰耗树木、植被对电波有吸收作用。在传播路树木、植被对电波有吸收作用。在传播路径上，由树木、植被引起的附加衰耗不仅径上，由树木、植被引起的附加衰耗不仅取决于树木的高度、种类、形状、分布密取决于树木的高度、种类、形状、分布密度、空气湿度及季节变化，还取决于工作度、空气湿度及季节变化，还取决于工作频率、天线极化、通过树木的路径长度等频率、天线极化、通过树木的路径长度等多方面因素。多方面因素。一般来说，垂直极化波比水平极化波的衰一般来说，垂直极化波比水平极化波的衰耗稍大些。耗稍大些。2023/2/2348第48页/共95页1)1)传播路径全部在稠密森林的内部 2023/2/2349第49页/共95页2)2)传播路径全部接近树顶的平均高度 收、发天线位于树木的收、发天线位于树木的顶部，且相距顶部，且相距1km以上以上2023/2/2350第50页/共95页3)3)传播路径部分穿过稠密的树林 2023/2/2351第51页/共95页4)4)传播路径穿过或临近中等稠密的树林，天线高度低于树顶高度 2023/2/2352第52页/共95页5)5)树叶的影响 2023/2/2353第53页/共95页2023/2/2354第54页/共95页h)h)隧道中的传播衰耗隧道中的传播衰耗 空间电波在隧道中传播时，由于隧道壁的空间电波在隧道中传播时，由于隧道壁的吸收及电波的干涉作用而受到较大的衰耗。吸收及电波的干涉作用而受到较大的衰耗。电波在隧道中的衰耗还与工作频率有关，电波在隧道中的衰耗还与工作频率有关，频率越高，衰耗越小。当隧道出现分支或频率越高，衰耗越小。当隧道出现分支或转弯时，衰耗会急剧增加，弯曲度越大，转弯时，衰耗会急剧增加，弯曲度越大，衰耗越严重。衰耗越严重。2023/2/2355第55页/共95页电波在隧道中的传播特性：电波在隧道中的传播特性：1 1）隧道构成了波导2 2）损耗随频率升高而减小2023/2/2356第56页/共95页解决电波在隧道中的电波传播问题，通常解决电波在隧道中的电波传播问题，通常可采用两种措施：可采用两种措施：在较高频段（数百兆赫），使用强方向性天在较高频段（数百兆赫），使用强方向性天线，把电磁波集中射入隧道中内，但传播距离线，把电磁波集中射入隧道中内，但传播距离也不能很长。也不能很长。在隧道中，纵向沿隧道壁铺设导波线在隧道中，纵向沿隧道壁铺设导波线(通常为通常为泄漏电缆泄漏电缆)，使电磁波沿着导波线在隧道中传播，使电磁波沿着导波线在隧道中传播，从而减小传播衰耗。从而减小传播衰耗。2023/2/2357第57页/共95页（4）中值路径损耗的预测 其中，基站天线高度增益因子 移动天线高度增益因子 a)准平坦地形大城市市区的中值路径损耗：准平坦地形大城市市区的中值路径损耗：2023/2/2358第58页/共95页 其中，郊区校准因子 丘陵地形校准因子 斜坡地形校准因子 水陆混合路径校准因子 b)不同环境及不同地形条件下的中值路径不同环境及不同地形条件下的中值路径损耗：损耗：2023/2/2359第59页/共95页例例1 1：计算准平滑地形，城市地区的路径衰耗中值，：计算准平滑地形，城市地区的路径衰耗中值，已知：已知：h hb b=200m,h=200m,hm m=3m,d=10km,f=900MHz=3m,d=10km,f=900MHz 解：首先求得自由空间的传播衰耗中值解：首先求得自由空间的传播衰耗中值L Lbsbs为：为：查图可求得查图可求得Am(f,d)Am(f,d)，即，即利用公式就可以计算出准平滑地形，城市利用公式就可以计算出准平滑地形，城市街道地区的传播衰耗中值：街道地区的传播衰耗中值：2023/2/2360第60页/共95页若若h hb b=50m,h=50m,hm m=2m=2m，其他条件不变，求损耗中，其他条件不变，求损耗中值。值。查图查图,得得在上题结果的基础上，要再加入基站和移动台的高在上题结果的基础上，要再加入基站和移动台的高度增益因子。度增益因子。则修正后的路径衰耗中值为：则修正后的路径衰耗中值为：2023/2/2361第61页/共95页例例2 2：某一移动电话系统，工作频率为：某一移动电话系统，工作频率为450MHZ450MHZ，基，基地站天线高度为地站天线高度为70m70m，移，移 动台天线高度为动台天线高度为1.5m1.5m，在，在市区工作，传播路径为准平滑地形，通信距离为市区工作，传播路径为准平滑地形，通信距离为20km20km，求传播路径的衰耗中值？，求传播路径的衰耗中值？解：解：求自由空间的传播衰耗求自由空间的传播衰耗L Lbsbs由图由图,查得：查得：由图，查得：由图，查得：由图，查得：由图，查得：计算准平滑地形市区的衰耗中值计算准平滑地形市区的衰耗中值 2023/2/2362第62页/共95页所以准平滑地形市区衰耗中值为：所以准平滑地形市区衰耗中值为：计算任意地形地物情况下的衰耗中值计算任意地形地物情况下的衰耗中值 根据已知条件可知：根据已知条件可知：2023/2/2363第63页/共95页例例3 3：若上题改为在郊区工作，传播路径是正斜坡，：若上题改为在郊区工作，传播路径是正斜坡，且且Q Qm m=15mr=15mr，其它条件不变，再求传播路径的衰耗，其它条件不变，再求传播路径的衰耗中值？中值？解：根据已知条件，由图查得解：根据已知条件，由图查得 ：由图查得：斜坡修正因子由图查得：斜坡修正因子所以地形地物修正因子所以地形地物修正因子K KT T为：为：因此传播路径衰耗中值因此传播路径衰耗中值L LA A为：为：郊区修正因子郊区修正因子2023/2/2364第64页/共95页2 2HataHata模型模型HataHata对对OkumuraOkumura提出的基本中值场强曲线进行了公式化处提出的基本中值场强曲线进行了公式化处理后所得的基本传输损耗的计算公式如下：理后所得的基本传输损耗的计算公式如下：式中，式中，d d为收发天线之间的距离（为收发天线之间的距离（kmkm）；）；f f为工作频率（为工作频率（MHzMHz）h hb b为基站天线有效高度（为基站天线有效高度（m m）；）；h hm m为移动台天线高度（为移动台天线高度（m m）为移动台天线高度校正因子。为移动台天线高度校正因子。2023/2/2365第65页/共95页此公式适用范围为：此公式适用范围为：150MHz150MHzf f1500MHz,30m1500MHz,30mh hb b200m,200m,1m 1mh hm m10m10m，1km1kmd d20km20km，准平滑地形。，准平滑地形。由下式计算：由下式计算：2023/2/2366第66页/共95页3、COST231-Hata模型COST231-Hata模型是欧洲研究委员会（COST231）在Hata模型的基础上修正得到的，其传输损耗的计算公式为：f频率，MHz；D距离，km；hb基站天线的有效高度，m；hm移动台天线的有效高度，m；移动台高度修正因子，在不同的环境中的修正值不同；C传播环境的校正因子，在中型城市及郊区取0；在密集大城区取3。2023/2/2367第67页/共95页4.Egli模型中的路径损耗均值预测对于不规则地形上的电波传播，Okumura模式仅适用于UHF频段，在VHF频段，应使用Egli模型的经验公式：2023/2/2368第68页/共95页5.CCIR（现为ITUR）公式CCIR模型在Okummura模型的基础上给出了反映自由空间损耗和地形引入的路径损耗联合效果的经验公式。2023/2/2369第69页/共95页6.Walfish和Bertoni模型由Walfish和Bertoni开发的模型，考虑了屋顶和建筑物高度的影响，使用绕射来预测街道的平均信号场强。2023/2/2370第70页/共95页7.Walfish-Ikegami模型Walfish-Ikegami模型用于高楼林立地区的中到大型蜂窝的半确定性模型，Walfish-Ikegami模型也称为WIM模型。其适用范围为频率f在8002000MHz之间，基站天线高度 为450m，移动台天线高度 为13m，距离d为0.025km。2023/2/2371第71页/共95页8.Lee模型类似于Okummura模型，Lee模型是基于特定环境的测量，该测量业已在北美的一些城市进行过，Lee根据所接收的信号功率 与相对一英里处截获的信号功率 得出通用的路径损耗公式为：2023/2/2372第72页/共95页9.PlaNET通用模型在PlaNET中定义Okummura-Hata模型有两种方法。第一种方法是从Model Editor菜单中选择Okummura-Hata模型，然后，引入与郊区、开阔区域和移动台高度等相应的修正因子。第二种方法是使用PlaNET中的通用模型，它的系数由Hata公式确定。PlaNET通用模型由下面的方程确定：2023/2/2373第73页/共95页10.10.微蜂窝系统的覆盖区预测模型微蜂窝系统的覆盖区预测模型Okumura-HataOkumura-Hata模型适用于基站天线高度高于其模型适用于基站天线高度高于其周围屋顶的宏蜂窝系统，因为在宏蜂窝中，基周围屋顶的宏蜂窝系统，因为在宏蜂窝中，基站天线都安装在高于屋顶的位置，传播路径损站天线都安装在高于屋顶的位置，传播路径损耗主要由移动台附近的屋顶绕射和散射决定。耗主要由移动台附近的屋顶绕射和散射决定。在微蜂窝系统中，基站天线高度通常低于屋顶，在微蜂窝系统中，基站天线高度通常低于屋顶，电波传播由其周围建筑物的绕射和散射决定。电波传播由其周围建筑物的绕射和散射决定。即主要射线传播是在类似于槽形波导的街道峡即主要射线传播是在类似于槽形波导的街道峡谷中进行，可用谷中进行，可用COST-231-Walfish-IkegamiCOST-231-Walfish-Ikegami模型模型做微蜂窝系统传播损耗预测。做微蜂窝系统传播损耗预测。在做微蜂窝覆盖区预测时，必须有详细的街道在做微蜂窝覆盖区预测时，必须有详细的街道及建筑物的数据，不能采用统计近似值。及建筑物的数据，不能采用统计近似值。2023/2/2374第74页/共95页微蜂窝覆盖区预测计算模型分为两部分：微蜂窝覆盖区预测计算模型分为两部分：视视距传播距传播和和非视距传播非视距传播。微蜂窝覆盖区预测计算的适用条件为：微蜂窝覆盖区预测计算的适用条件为：f f：8008002000MHz2000MHz；h hb b：4 450m50m；h hm m：1 13m3m；d d：0.020.025km5km2023/2/2375第75页/共95页第5节、路径损耗与场强的关系路径损耗均值也称为衰减均值。在研究电波的传播特性的时候，使用场强比较方便，但在工程上，讨论路径损耗均值将更具有普遍意义。因此，我们有必要了解LM和场强之间的关系。K值应包括馈线和接收机之间的失配损耗。2023/2/2376第76页/共95页第6节、室内电波传播特性室内无线信道与传统的无线信道相比，具有两个明显的特点：其一，传输功率较小，室内覆盖面积小得多；其次，收发机间的传播环境变换更大。室内环境会由于墙壁、天花板、地板的一次或多次反射，使得到达接收站的信号不是单一路径传播来的，而是从许多路径传播来的众多反射波的合成，这就是所谓的多径效应。如图6.18所视为室内环境反射示意图。2023/2/2377第77页/共95页几种室内电波传播的经验模型分隔损耗（同楼层）模型分隔损耗（同楼层）模型楼层间分隔损耗模型楼层间分隔损耗模型对数距离路径损耗模型对数距离路径损耗模型EricssonEricsson多重断点模型多重断点模型衰减因子模型衰减因子模型2023/2/2378第78页/共95页1、对数距离路径损耗模型研究表明，室内路径损耗（同楼层）遵从公式：2023/2/2379 建筑物建筑物 频率（频率（MHz）n (dB)零售商店零售商店 914 2.2 8.7 蔬菜店蔬菜店 914 1.8 5.2 办公室，硬分隔办公室，硬分隔 1500 3.0 7.0办公室，软分隔办公室，软分隔 900 2.4 9.6 办公室，软分隔办公室，软分隔 1900 2.6 14.1 室内走廊室内走廊 9003.0 7.0第79页/共95页2、Ericsson多重断点模型Ericsson多重断点模型有四个断点，并考虑了路径损耗的上下边界，模型假定在d0=1m处衰减为30dB，这对于频率为900MHz的单位增益天线是准确的。Ericsson多重断点模型没有考虑对数正态阴影部分，它提供特定地形路径损耗范围的特定限度。2023/2/2380第80页/共95页3、衰减因子模型建筑物楼层间损耗主要是由建筑物外部面积和材料及建筑物的类型决定，建筑物窗口的数量也会影响楼层间的损耗。常采用经验性的衰减因子模型为：2023/2/2381第81页/共95页4、Chan传播模型Chan模型适用于室内微蜂窝区的场强预测，该模型认为电波在室内传播时的路径损耗L近似于电波在自由空间直接传播时的路径损耗Lp加上室内墙壁的穿透损耗2023/2/2382第82页/共95页5、马特内-马恩纳模型马特内-马恩纳模型用于模拟室内路径损耗。这是一个试验模型，用以考虑从发射击到接收机的路径中，由墙壁和地板造成的损耗。模型预测的路径损耗如下：2023/2/2383第83页/共95页6、多墙模型为了更好的符合测量，马特内和马恩纳模型可以通过用包括关于穿过地板数目的非线性函数来修正。路径损耗为：2023/2/2384第84页/共95页第7节、射线跟踪法当电波的频率较高，因而波长与传播路径上的物体的尺寸相比要小得多，此时电波的传播可以用几何光学来近似，即认为电波沿直线传播。射线跟踪法无论应用到什么领域，都是基于几何光学理论，通过模拟射线(光线)的传播路径,主要考虑直射波、在建筑物垂直面上的反射波、在建筑物垂直棱上的衍射波、在建筑物水平棱上的衍射波以及高阶的反射/衍射波（其中二阶反射/衍射波的影响相当大）等来确定反射、折射和阴影等。接收点的场强可表示为2023/2/2385第85页/共95页1、射线跟踪法中的绕射理论引入绕射理论的必要性电波射线遇到一个光滑表面的阻挡时，就会发生反射、折射等现象。反射射线的轨迹遵循shell定律，折射射线的轨迹遵循折射定理。几何光学（GO）理论只研究高频电磁场的直射、反射和折射射线，而在与这些射线边界相对应的过渡区空间里，用GO理论计算的电磁场在过渡区会发生突变。这种结果与实际情况不符，试验结果表明阴影区内的场并不为零。这表明几何光学方法这时是无效的。因为当电磁波传播过程中遇到具有小曲率半径的边缘、拐角、尖端或是入射到光滑凸曲面的表面上时，都会出现电磁波的绕射现象。Keller等人在1960年代提出了几何绕射理论(GTD)，目的就是解决几何光学无法解决的问题，消除几何光学射线边界上场的不连续性。2023/2/2386第86页/共95页根据Fermat原理可确定绕射点的位置和绕射线的轨迹，通过光程累积求取相位，通过几何光学的强度定律来求取绕射场。将到达观察点的所有射线的散射场进行叠加。求绕射系数是绕射理论中最关键的内容。2023/2/2387第87页/共95页2、射线跟踪法的建模基本思想是：首先确定一个发射源的位置，根据三维地图上的建筑物特征和分布，找出发射源到每个接收位置(测试点)射线的所有传播路径；然后根菲涅尔等式和几何绕射理论(衍射几何理论GTD和一致性几何绕射理论UTD)等，确定反射和绕射损耗，这样得到通过每条路径到达每个测试点的场强。再将到达同一测试点的所有路径的场强做相干叠加，得到每个测试点总的接收场强。2023/2/2388第88页/共95页3、常用的射线跟踪法镜像法镜像法建立在反射定律、折射定律和解析几何理论的基础上。由几何光学可知，反射线可以通过寻找镜像点的办法来得到，进而确定射线的传播路径。按一般的镜像法所述，源像点在反射面产生镜像点，而这些镜像点又在诸反射面产生新的镜像点，而这些新的镜像点又可以产生新的镜像点，如此下去，计算十分困难。2023/2/2389第89页/共95页极小光程法极小光程法本质上与传统镜像法一样，不同的是该方法不用反射定律确定墙面反射点的位置，而是用将光程取极小值的方法确定每个墙面的各次反射点的坐标位置。根据费马原理，两点间的射线就是使光程取极小值的曲线。即求射线路径或轨迹方法的基本原理。最小光程法与传统镜像的射线跟踪法均与接收点的位置有关，都是一种点对点的射线跟踪方法。镜像法和最小光程法均不适用于复杂环境。2023/2/2390第90页/共95页在运用这两种方法进行射线跟踪的过程中，所有可能出现的射线(包括反射射线和绕射射线)分为有效射线和无效射线两种。只有那些有可能到达接收点的射线才是有效射线，需要加以计算；无法到达接收点的射线为无效射线，应删除以提高跟踪效率。判决射线是否为有效射线的标准有2条：一是看反射点是否处在真实的反射面上，二是看射线是否被阻挡。2023/2/2391第91页/共95页测试射线法确定源射线的发射方向；跟踪射线，确定每一条射线的传播路径；识别被接收机接收的射线；计算接收到的所有射线的强度，然后计算矢量和得到接收信号的强度。优点就是应用过程中与接收点的位置无关，与前两种方法相比更适用于复杂环境中的射线跟踪。应用此方法时对每一路径均要做接收球，且要求测试射线全方位进行固定角度间隔的扫描，工作量很大。2023/2/2392第92页/共95页射线管法射线管法首先在二维平面上定义3类射线管，分别为发射机射线管、反射射线管和绕射射线管。接下来用射线跟踪的方法找到所有电波的传播路径。对于一个给定的接收机位置，可以通过遍历整个射线管树来找到所有包含接收机的射线管，在树上又可以找到从发射机射线管出发到包含有接收机射线管的所有射线管所组成的射线管序列。这种方法是一种具有很高实用价值的电波传播预测方法。2023/2/2393第93页/共95页4、射线跟踪算法正向射线跟踪正向射线跟踪是跟踪射线(管)由源点出发，向周围所有空间均匀发出大量的射线(管)束，分别跟踪每根射线(管)束的路径。关键：空间等间隔的均匀射线束和接收球半径反向射线跟踪由场点出发，反向追踪每一条能从源点到达场点的路径正向算法比反向算法效率高得多，算法也简单得多。2023/2/2394第94页/共95页2023/2/2395感谢您的观看！第95页/共95页
