移動(dòng)信道中的電磁波傳播

1、第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播第第2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播2.1 VHF、UHF電磁波傳播特性電磁波傳播特性 2.2 移動(dòng)信道的特征移動(dòng)信道的特征 2.3 陸地移動(dòng)信道的場強(qiáng)估算陸地移動(dòng)信道的場強(qiáng)估算 2.4 幾個(gè)常用的傳播模型幾個(gè)常用的傳播模型 2.5 其他移動(dòng)信道的傳輸特點(diǎn)其他移動(dòng)信道的傳輸特點(diǎn)第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播2.1 VHF、UHF電磁波傳播特性電磁波傳播特性 2.1.1 電磁波傳播方式電磁波傳播方式當(dāng)頻率f30 MHz時(shí)， 典型的傳播通路：沿路徑直射波直射波，主要傳播方式主要傳播方式；沿

2、路徑地面反射波地面反射波； 路徑 地表面波，地表面波，可忽略。 除此之外， 在移動(dòng)信道中， 電波遇到各種障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生反射反射和散射散射現(xiàn)象， 它對(duì)直射波會(huì)引起干涉， 即產(chǎn)生多徑衰落現(xiàn)象。發(fā) 射 天 線接收天線第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 2.1.2 直射波傳播特性 直射波傳播可按自由空間傳播自由空間傳播來考慮。 自由空間傳播，自由空間傳播， 是指天線周圍為無限大真空時(shí)的電波傳播， 它是理想傳播條件。 第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播（1）地面上空的大氣層是各向同性的均勻媒質(zhì)，其相對(duì)介電常數(shù)r和相對(duì)導(dǎo)磁率r都等于1； （2）傳播路徑上

3、沒有障礙物阻擋，到達(dá)接收天線的地面反射信號(hào)場強(qiáng)可忽略不計(jì)。 電波在自由空間里傳播時(shí)，能量的衰減要由于輻射能量的擴(kuò)散引起。 由電磁場理論可知， 若各向同性天線(全向天線或無方向性天線)的輻射功率為TP瓦時(shí)，則距輻射源d米處的電場強(qiáng)度有效值0E為： 030( /)TPEV md (2.1) 單位面積上的電波功率密度S為： 22(/)4TPSW md (2.2) 實(shí)際情況下，滿足以下兩個(gè)條件即視為自由空間傳播實(shí)際情況下，滿足以下兩個(gè)條件即視為自由空間傳播第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播（2.4）（2.5）（2.3）（2.6）（2.7）（2.8）第第2 2章章 移動(dòng)信道中的

4、電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗Lfs可定義為可定義為: Lfs(dB) = 32.44+20lg d(km)+20lg f(MHz) (2.10)第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 2.1.3 大氣中的電波傳播 1. 大氣折射 在不考慮傳導(dǎo)電流和介質(zhì)磁化的情況下， 介質(zhì)折射率n與相對(duì)介電系數(shù)r的關(guān)系為rn 大氣的相對(duì)介電系數(shù)與溫度、 濕度和氣壓有關(guān)。 大氣高度不同， r也不同， 即dn/dh是不同的。 根據(jù)折射定律， 電波傳播速度v 與大氣折射率n成反比， 即nc式中， c為光速。 第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電

5、磁波傳播 大氣折射對(duì)電波傳播的影響， 在工程上通常用“地球等效半徑”來表征， 即認(rèn)為電波依然按直線方向行進(jìn)， 只是地球的實(shí)際半徑R0(6.37106m)變成了等效半徑Re, Re與R0之間的關(guān)系為dhdnRRRke0011 (2.11) 式中， k稱作地球等效半徑系數(shù)。 標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下，等效地球半徑Re=8500km第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 2. 視線傳播極限距離 視線傳播的極限距離可右圖 計(jì)算，天線的高度分別為ht和hr， 兩個(gè)天線頂點(diǎn)的連線AB與地面相切于C點(diǎn)。 由于地球等效半徑Re遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天線高度， 不難證明， 自發(fā)射天線頂點(diǎn)A到切點(diǎn)C的距離d1為

6、tehRd21同理， 由切點(diǎn)C到接收天線頂點(diǎn)B的距離d2為22erdR hhtReoAd1Cd2Bhr第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播可見， 視線傳播的極限距離d為 )(221rtehhRddd在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下，在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下， Re=8500km, 故故rthhd12. 4(2.12) 式中，式中， ht、 hr的單位是的單位是m, d的單位是的單位是km。 第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 2.1.4 菲涅爾余隙與繞射損耗菲涅爾余隙與繞射損耗 電波的直射路徑上可能存在障礙物，由障礙物引起的附加傳播損耗稱為繞射損耗繞射損耗。

7、設(shè)障礙物與發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)的相對(duì)位置如圖 2.3 所示。 圖中， x表示障礙物頂點(diǎn)P至直射線TR的距離， 稱為菲涅爾余隙。菲涅爾余隙。 規(guī)定阻擋時(shí)余隙為負(fù)， 如圖 2.3(a)所示； 無阻擋時(shí)余隙為正， 如圖 2.3(b)所示。d1PTRRTd1d2d2h2h1h1xxPh2(a)(b) 圖 2.3 障礙物與余隙(a) 負(fù)余隙； (b) 正余隙第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播由障礙物引起的繞射損耗與菲涅爾余隙的關(guān)系如圖 2.4 所示。 圖2.4 繞射損耗與余隙關(guān)系 2624222018161412108642024繞射損耗 / dB2.52.01.51.00.50.5

8、01.0 1.5 2.0 2.5x / x1第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 由圖 2.4 可見， 當(dāng)x/x10.5 時(shí)， 附加損耗約為0dB， 即障礙物對(duì)直射波傳播基本上沒有影響。 為此， 在選擇天線高度時(shí)， 根據(jù)地形盡可能使服務(wù)區(qū)內(nèi)各處的菲涅爾余隙可能使服務(wù)區(qū)內(nèi)各處的菲涅爾余隙x0.5x1; 當(dāng)x0， 即直射線低于障礙物頂點(diǎn)時(shí)， 損耗急劇增加； 當(dāng)x=0時(shí)， 即TR直射線從障礙物頂點(diǎn)擦過時(shí)， 附加損耗約為 6dB。 圖中， 縱坐標(biāo)為繞射引起的附加損耗， 即相對(duì)于自由空間傳播損耗的分貝數(shù)。 橫坐標(biāo)為x/x1, 其中x1是第一菲涅爾區(qū)在P點(diǎn)橫截面的半徑， 它由下列關(guān)

9、系式可求得：21211ddddx(2.13) 第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 例 3 . 1 設(shè)圖 2. 3(a)所示的傳播路徑中， 菲涅爾余隙x=-82m, d1=5km, d2=10km, 工作頻率為150MHz。 試 求出電波傳播損耗。 解 ：先由式(2.10)求出自由空間傳播的損耗Lfs為 Lfs = 32.44+20lg(5+10)+20lg 150 = 32.44+23.52+43.54 = 99.5dB 由式(2.13)求第一菲涅爾區(qū)半徑x1為 mddddx7 .8110151010105233321211第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信

10、道中的電磁波傳播 由圖 2.4 查得附加損耗(x/x1-1)為16.5dB, 因此電波傳播的損耗L為 L = Lfs+16.5 = 116.0dB 第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 2.1.5 反射波反射波 當(dāng)電波傳播中遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面兩種不同介質(zhì)的光滑界面時(shí)， 如果界面尺寸比電波波長大得多， 就會(huì)產(chǎn)生鏡面反射鏡面反射。 由于大地和大氣是不同的介質(zhì)， 所以入射波會(huì)在界面上產(chǎn)生反射（平面反射平面反射，反射角等于入射角），如圖 2.5 所示。 TaobcRhrd1d2ht圖2.5 反射波與直射波第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 通常

11、， 在考慮地面對(duì)電波的反射時(shí)， 按平面波處理， 即電波在反射點(diǎn)的反射角等于入射角。 不同界面的反射特性用不同界面的反射特性用反射系數(shù)反射系數(shù)R表征， 它定義為反射波場強(qiáng)與入射波場強(qiáng)的比值， R可表示為 R = |R|e-j (2.14) 式中， |R|為反射點(diǎn)上反射波場強(qiáng)與入射波場強(qiáng)的振幅比振幅比， 代表反射波相對(duì)于入射波的相移相移。 對(duì)于水平極化波和垂直極化波的反射系數(shù)和分別由下列公式計(jì)算： 21/221/2sin(cos)sin(cos)jchhcRR e21/221/2sin(cos)sin(cos)ccvccR(2.15)(2.16)c式中， 是反射媒介的等效復(fù)介電常數(shù)：第第2 2章章

12、 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 對(duì)于地面反射， 當(dāng)工作頻率高于150MHz(2m)時(shí)， 1， 由式(3 - 23)和式(3 - 24)可得 Rv=Rh = -1 (2.18) 即反射波場強(qiáng)的幅度等于入射波場強(qiáng)的幅度， 而相差為180。60crj(2.17)第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 在圖 2. 5 中， 由發(fā)射點(diǎn)T發(fā)出的電波分別經(jīng)過直射線(TR)與地面反射路徑(ToR)到達(dá)接收點(diǎn)R， 由于兩者的路徑不同， 從而會(huì)產(chǎn)生附加相移。 由圖 3 - 5 可知， 反射波與直射波的路徑差為222221222111)()()()(dhhdhhdhhddhhd

13、dcbadrtrtrtrt(2.19) 式中， d=d1+d2。 第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 通常(ht+hr)相關(guān)帶寬時(shí)，發(fā)生頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落，即傳輸信道對(duì)信號(hào)中不同頻率成分有不同的隨機(jī)響應(yīng)，信號(hào)中各分量衰落不一致，衰落信號(hào)波形將產(chǎn)生失真。當(dāng)信號(hào)的帶寬1/T0時(shí)，信道表現(xiàn)為慢衰落；當(dāng)碼時(shí)，信道表現(xiàn)為慢衰落；當(dāng)碼率率1/Ts1/T0時(shí)，信道表現(xiàn)為快衰落；為避免快衰落失真和多普勒影響引時(shí)，信道表現(xiàn)為快衰落；為避免快衰落失真和多普勒影響引起的誤碼率，信號(hào)速率必須超過衰落速率的起的誤碼率，信號(hào)速率必須超過衰落速率的100200倍倍第第2 2章章 移動(dòng)信道

14、中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播2.3 陸地移動(dòng)信道的傳輸損耗陸地移動(dòng)信道的傳輸損耗 2.3.1 接收機(jī)輸入電壓、 功率與場強(qiáng)的關(guān)系 圖2.18 接收機(jī)輸入電壓的定義Us天線感應(yīng)電勢 Rs內(nèi)阻 Ri接收機(jī)輸入內(nèi)阻 Us/2接收機(jī)端電壓在信道分析或設(shè)計(jì)中，首先要求出接收信號(hào)場強(qiáng)與距離的關(guān)系，然后由場強(qiáng)求出接收機(jī)的輸入電壓或輸入功率。 1. 接收機(jī)輸入電壓的定義 圖2.18表達(dá)了天線上感應(yīng)的信號(hào)電勢與接收機(jī)的輸入電壓的關(guān)系。 天線上感應(yīng)的信號(hào)電勢為只是接收機(jī)輸入功率的最大值，常稱為額定輸入功率。 實(shí)際中， 這種感應(yīng)電勢sU， 并不等于接收機(jī)輸入端的端電壓。 因此， 在談到接收機(jī)的輸入電壓時(shí)，應(yīng)

15、分清是指端電壓還是電勢。 為了計(jì)算方便， 電壓或功率常以分貝計(jì)。 其中， 電壓常以1 V1mW機(jī)的輸入電壓或輸入功率。 1. 接收機(jī)輸入電壓的定義 圖2.18表達(dá)了天線上感應(yīng)的信號(hào)電勢與接收機(jī)的輸入電壓的關(guān)系。 天線上感應(yīng)的信號(hào)電勢為， 并且isRR， 則接收機(jī)輸入端的端電壓， 則接收機(jī)輸入端的端電壓/2sU U，相應(yīng)的輸入功率是接收機(jī)與信號(hào)源滿足功率匹配的條件，因此， 則接收機(jī)輸入端的端電壓，相應(yīng)的輸入功率2/4sP UR。由于是接收機(jī)與信號(hào)源滿足功率匹配的條件，因此是接收機(jī)與信號(hào)源滿足功率匹配的條件，因此2/4sP UR只是接收機(jī)輸入功率的最大值，常稱為額定輸入功率。 實(shí)際中， 這種感應(yīng)電

16、勢接收機(jī)端電壓第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播2接收?qǐng)鰪?qiáng)與接收電壓的關(guān)系 在采用線天線時(shí)，接收?qǐng)鰪?qiáng)E是指天線有效長度為 1m時(shí)，天線所感應(yīng)的電壓值，常以/V m作單位。圖 2.19 表達(dá)了半波振子的有效長度的求法，半波振子天線的有效長度為/ 。這樣半波振子天線的感應(yīng)電壓sU為： sUE (0.1) 式中，E的單位為/V m，單位為m，sU的單位為V。 圖2.19 半波振子天線的有效長度 圖2.20 半波振子天線的阻抗匹配電路第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播2.3.2 由場強(qiáng)定義的服務(wù)區(qū) 可以用場強(qiáng)定義小區(qū)基站的覆蓋區(qū)域邊界，它是一個(gè)統(tǒng)計(jì)的

17、邊界。一個(gè)典型的 95%邊界、1/V m的服務(wù)區(qū)，見圖 2.21 中所示。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)沿著這個(gè)邊界移動(dòng)時(shí)，95%的位置上接收到的信號(hào)電平高于1/V m。1/V m的 50%的邊界覆蓋了很大的區(qū)域， 而0.5/V m的邊界在1/V m的 95%邊界和1/V m的 50%邊界之間。 在實(shí)際中，接收機(jī)的輸入電路與接收天線之間并不一定滿足匹配條件(isRRR)。在這種情況下，接收機(jī)的輸入端與天線之間有一個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，如圖 2.20 所示。假定天線阻抗為73.12，接收機(jī)的輸入阻抗為50。接收機(jī)輸入端的端電壓U與天線上的感應(yīng)電勢sU，有以下關(guān)系： 11500.412273.12issssRUUUUR (0

18、.1) 第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播圖2.21 典型的統(tǒng)計(jì)服務(wù)區(qū)第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播圖2.22 小區(qū)覆蓋結(jié)構(gòu)和服務(wù)區(qū)根據(jù)邊界的統(tǒng)計(jì)特性，希望在相鄰小區(qū)有重疊，見圖 2-22。該重疊將提供一個(gè)更高的覆蓋可能性。若小區(qū) 1 和 2 是兩個(gè)1/V m的 95%邊界，對(duì)于每個(gè)基站而言，信號(hào)電平大于1/V m的可能性是 95%。則至少一個(gè)信號(hào)大于或等于1/V m的概率是聯(lián)合概率： 121 (1)(1)1 0.05 0.050.9975ppp (0.1) 第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 2.3.3 地形、

19、 地物分類 1. 地形的分類與定義 中等起伏地形中等起伏地形: 是指在傳播路徑的地形剖面圖上， 地面起伏高度不超過20m， 且起伏緩慢， 峰點(diǎn)與谷點(diǎn)之間的水平距離大于起伏高度。 不不規(guī)則地形規(guī)則地形: 其它地形如丘陵、 孤立山岳、 斜坡和水陸混合地形等統(tǒng)稱為不規(guī)則地形。 ()bh第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 hts基站天線頂點(diǎn)的海拔高度 hga從天線設(shè)置地點(diǎn)開始，沿著電波傳播方向的3km到15km之內(nèi)的地面 平均海拔高度gatsbhhh移動(dòng)臺(tái)天線的有效高度：hm總是指天線在當(dāng)?shù)氐孛嫔系母叨取?圖2.23 基站天線有效高度基站天線的有效高度為：第第2 2章章 移動(dòng)

20、信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 2. 地物(或地區(qū))分類 不同地物環(huán)境其傳播條件不同， 按照地物的密集程度不同可分為三類地區(qū) 開闊地。開闊地。 在電波傳播的路徑上無高大樹木、 建筑物等障礙物， 呈開闊狀地面， 如農(nóng)田、 荒野、 廣場、 沙漠和戈壁灘等。 郊區(qū)。郊區(qū)。 在靠近移動(dòng)臺(tái)近處有些障礙物但不稠密， 例如， 有少量的低層房屋或小樹林等。 市區(qū)。市區(qū)。 有較密集的建筑物和高層樓房。 2.3.4 傳播模式的分類根據(jù)傳播模式的性質(zhì)，它可以分為以下三種：(1) 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑?2) 半經(jīng)驗(yàn)或半確定性模式；(3) 確定性模式。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞歉鶕?jù)大量的測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析后導(dǎo)出的公式。用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ筋A(yù)測路徑

21、損耗的方法很簡單，不需要相關(guān)環(huán)境的詳細(xì)信息，應(yīng)用簡單快速，但是無法提供非常精確的路徑損耗估算值。第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 確定性模式應(yīng)用電磁理論對(duì)具體的現(xiàn)場環(huán)境直接計(jì)算。從地形地物數(shù)據(jù)庫中得到環(huán)境的描述，環(huán)境描述分成不同的精度等級(jí)。在確定性模式中，通常使用的幾種技術(shù)，基于射線跟蹤的電磁方法：幾何繞射理論、物理光學(xué)以及一些精確方法，如積分方程法或有限差分時(shí)域法。在市區(qū)、山區(qū)和室內(nèi)環(huán)境情況中，確定性的無線傳播預(yù)測，是一種極其復(fù)雜的電磁問題。電磁覆蓋的數(shù)學(xué)復(fù)雜度，決定了它不可能預(yù)測高度精確的無線傳播。 半經(jīng)驗(yàn)或半確定性模式，把確定性方法用于一般的市區(qū)或室內(nèi)環(huán)境中導(dǎo)

22、出等式，為了改善它們和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)等式進(jìn)行修正，得到的等式是天線周圍地區(qū)某個(gè)規(guī)定特性的函數(shù)。半經(jīng)驗(yàn)或半確定性模式的應(yīng)用同樣很容易、速度很快。 因?yàn)橐苿?dòng)通信所處環(huán)境的具有多樣性，所以每個(gè)傳播模式都是針對(duì)某一特定類型環(huán)境設(shè)計(jì)的。因此，可以根據(jù)傳播模式的應(yīng)用環(huán)境對(duì)它進(jìn)行分類。通?？紤]的3類環(huán)境(小區(qū))是：宏小區(qū)、微小區(qū)(或微蜂窩)、微微小區(qū)(或微微蜂窩)。第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 宏小區(qū)是面積很大的區(qū)域，覆蓋半徑約130km ，基站發(fā)射天線通常架設(shè)在周圍建筑物上方，收發(fā)之間沒有直達(dá)射線。 微小區(qū)的覆蓋半徑在0.11km 之間，覆蓋面積并不一定是

23、圓的。發(fā)射天線的高度可以和周圍建筑物高度相同或者略高或略低。通常，根據(jù)收發(fā)天線和環(huán)境障礙物的相對(duì)位置分成兩類情況； (視距)和 (非視距)。 微微小區(qū)的典型尺寸是在0.010.1km 之間。微微小區(qū)可分為兩類：室內(nèi)和室外，發(fā)射天線在屋頂上面或在建筑物內(nèi)。無論在室內(nèi)還是在室外情況中， 和 通常要分別考慮。 一般地，3種類型的模式和3種小區(qū)類型之間有相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系。例如，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶桶虢?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭m用于具有均勻特性的宏小區(qū)。半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭€適用于均勻的微小區(qū)，在這里，半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ剿紤]的參數(shù)能夠很好地表征整個(gè)環(huán)境。確定性模式適用于微小區(qū)和微微小區(qū)，無論它們是什么形狀的小區(qū)。第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳

24、播移動(dòng)信道中的電磁波傳播2.4.1 Okumura 2.4.1 Okumura 模型模型OkumuraOkumura模型模型是使用不同頻率，不同天線高度，選擇不同的距離以及在各種各樣不規(guī)則地形和環(huán)境地物條件下測量信號(hào)強(qiáng)度,根據(jù)測試結(jié)果繪成經(jīng)驗(yàn)曲線構(gòu)成的模型。奧村信號(hào)預(yù)測方法奧村信號(hào)預(yù)測方法: :把“準(zhǔn)平坦地形準(zhǔn)平坦地形”作為分析和描述傳播特性的基準(zhǔn)。另一種地形定義為“不規(guī)則地形不規(guī)則地形”，它分為丘陵地形、孤立丘陵地形、孤立山峰、傾斜地形和水陸混合路徑山峰、傾斜地形和水陸混合路徑。地面障礙物分成三類：(1)開開闊區(qū)闊區(qū)；(2)郊區(qū)郊區(qū)；(3)市區(qū)市區(qū)。因此，使用奧村預(yù)測方法首先需要對(duì)所預(yù)測的地

25、形判斷屬于哪類環(huán)境。除了選擇合適的環(huán)境類型外，還需要根據(jù)特殊地形對(duì)得到的平均路徑損耗預(yù)測值進(jìn)行修正。基準(zhǔn)：基準(zhǔn)：中等起伏地形的市區(qū)，基站有效天線高度hb為200米，移動(dòng)天線高度hm為3米的傳播損耗基本中值的預(yù)測曲線,其它地形通過修正因子來修正。2.4 幾個(gè)常用的傳播模型幾個(gè)常用的傳播模型 第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播1 1、準(zhǔn)平坦地形大城市、準(zhǔn)平坦地形大城市其中，其中，L LM M為傳播路徑的損耗中值，為傳播路徑的損耗中值，L Lfsfs為自由空間傳播損耗，為自由空間傳播損耗，A Am m為中等為中等起伏地形市區(qū)，基站天線高度為起伏地形市區(qū)，基站天線高度為200

26、m,200m,移動(dòng)臺(tái)天線高度為移動(dòng)臺(tái)天線高度為3m3m時(shí)相對(duì)時(shí)相對(duì)于自由空間的中值損耗，又稱基本于自由空間的中值損耗，又稱基本中值損耗。中值損耗。LM（dB）=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb, d) -Hm(hm,f)準(zhǔn)平坦地形大城市地區(qū)的中值路徑損耗準(zhǔn)平坦地形大城市地區(qū)的中值路徑損耗LM(dB):圖 2.24第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 圖 2.25 天線高度增益因子(a) 基站Hb(hb, d); (b) 移動(dòng)臺(tái)Hm(hm, f)2000100070040020010010020040010001075321 505101520市區(qū)移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子

27、 Hm(hm , f) / dB移動(dòng)臺(tái)天線高度 hm / m中等城市 400 MHz 200 MHz(MHz)市區(qū)hb200 m基站天線高度增益因子 Hb(hb , d) / dB3040201053110080705060203050 70 100200300 500700 1000基站天線有效高度 hb / m20100102030d / km70100604020110d / km(a)大城市(b)當(dāng)基站或移動(dòng)臺(tái)天線高度不是基準(zhǔn)高度時(shí)，通過修正因子當(dāng)基站或移動(dòng)臺(tái)天線高度不是基準(zhǔn)高度時(shí)，通過修正因子H Hb b(h(hb b,d),d)或或H Hm m(h(hm m,f),f)進(jìn)行修正。進(jìn)

28、行修正。第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播圖 2.26 街道走向修正曲線100705030201075864202468距離 d / km縱向線路修正值 Kal /dB橫向線路修正值 Kac / dB(b) Kac(a) Kal(a)為縱向路線 Kal； (b)為橫向路線 Kac第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 2. 郊區(qū)和開闊地?fù)p耗的中值郊區(qū)和開闊地?fù)p耗的中值 郊區(qū)的建筑物一般是分散、 低矮的， 故電波傳播條件優(yōu)于市區(qū)。 郊區(qū)場強(qiáng)中值與基準(zhǔn)場強(qiáng)中值之差稱為郊區(qū)修正因子， 記作Kmr。圖 2.27 郊區(qū)修正因子200010007005003

29、002001000510152025郊區(qū)修正因子 Kmr / dB頻率 f / MHzd 1 km5 km10 km20 km圖 2.28 開闊地、 準(zhǔn)開闊地修正因子 Qo：開闊地Qr：準(zhǔn)開闊地3530252015100200300500 700 10002000頻率 f / MHz開闊地修正因子 Qo / dB準(zhǔn)開闊地修正因子 Qr / dBQrQo 為了求出郊區(qū)、為了求出郊區(qū)、 開闊地及準(zhǔn)開闊地的損耗中值，開闊地及準(zhǔn)開闊地的損耗中值， 應(yīng)先求出相應(yīng)的市區(qū)傳應(yīng)先求出相應(yīng)的市區(qū)傳播損耗中值，播損耗中值， 然后再減去由圖然后再減去由圖 2.27 或圖或圖 2.28 查得的修正因子即可。查得的修正

30、因子即可。 第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 3. 不規(guī)則地形上傳播損耗的中值不規(guī)則地形上傳播損耗的中值 1). 丘陵地的修正因子丘陵地的修正因子Kh 丘陵地的地形參數(shù)用地形起伏高度h表征。 它的定義是： 自接收點(diǎn)向發(fā)射點(diǎn)延伸10 km的范圍內(nèi)， 地形起伏的90%與10%的高度差(參見圖2.29 )上方)即為h。分為丘陵地平均修正因子Kh、微小修正因子Khf 圖 2.29 丘陵地場強(qiáng)中值修正因子 (a) 修正因子Kh; (b) 微小修正因子Khf1001020301020 3050 70100200300 500h / m丘陵地修正因子 Kh / dB基站發(fā)射dm1

31、0 kmhh的定義10%90%10203050 70100200300 50001020h / m微小修正值 Khf / dBh地形起伏與電場變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系電場變化按 (a)修正后的中值地形起伏 Khf Khf(a)(b)第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播2). 孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子Kjs 當(dāng)電波傳播路徑上有近似刃形的單獨(dú)山岳時(shí)， 若求山背后的電場強(qiáng)度， 一般從相應(yīng)的自由空間場強(qiáng)中減去刃峰繞射損耗即可。 但對(duì)天線高度較低的陸上移動(dòng)臺(tái)來說， 還必須考慮障礙物的陰影效應(yīng)和屏蔽吸收等附加損耗。(450-900M，110-350m)圖 2.30 孤立山岳修正因子K

32、js 2010010200246810孤立山岳至移動(dòng)臺(tái)的距離 d2 / km孤立山岳修正因子 Kjs / dBA曲線： d160 kmB曲線： d130 kmC曲線： d115 kmABC孤立山岳典型地形T(基站)(基站)T3 10 13kmd1d2HR(移動(dòng)臺(tái))H200 m其中， d1是發(fā)射天線至山頂?shù)乃骄嚯x， d2是山頂至移動(dòng)臺(tái)的水平距離。如果實(shí)際的山岳高度不為200m， 則上述求得的修正因子Kjs還需乘以系數(shù)， 計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為H07. 0第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 3). 斜波地形修正因子斜波地形修正因子Ksp 斜坡地形系指在510km范圍內(nèi)的傾斜地

33、形。 若在電波傳播方向上， 地形逐漸升高， 稱為正斜坡， 傾角為+m； 反之為負(fù)斜坡， 傾角為-m， 如圖 2.31 的下部所示。 圖 2.31 斜坡地形修正因子Ksp 201001020201001020斜坡地形修正因子 Ksp / dB平均傾角m / mradd60 kmd30 kmd30 kmd30 km基站發(fā)射mm第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 4). 水陸混合路徑修正因子水陸混合路徑修正因子KS 在傳播路徑中如遇有湖泊或其它水域， 接收信號(hào)的場強(qiáng)往往比全是陸地時(shí)要高。 為估算水陸混合路徑情況下的場強(qiáng)中值， 用水面距離dSR與全程距離d的比值作為地形參數(shù)。

34、 此外， 水陸混合路徑修正因子KS的大小還與水面所處的位置有關(guān)。 曲線A表示水面靠近移動(dòng)臺(tái)一方的修正因子圖 2. 32 水陸混合路徑修正因子 100806040200101520水面距離與全距離的比率( dSR / d ) / %水陸混合路徑修正因子 KS / dBd30 kmd60 kmAABB移動(dòng)臺(tái)RdSRddSRd(A) 實(shí)線T移動(dòng)臺(tái)R(B) 虛線5基站T基站第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 地形地物修正因子地形地物修正因子KT一般可寫成一般可寫成 KT = Kmr+Qo+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+KS (2.57)式中： Kmr郊區(qū)修正因子， 可由

35、圖 2.27 求得； Qo、 Qr開闊地或準(zhǔn)開闊地修正因子， 可由圖 2.28 求得； Kh、 Khf丘陵地修正因子及微小修正因子， 可由圖 2.29 求得； Kjs孤立山岳修正因子， 可由圖 2.30 求得； Ksp斜坡地形修正因子， 可由圖 2.31 求得； KS水陸混合路徑修正因子， 可由圖 2.32 求得。任意地形地區(qū)的傳播損耗中值任意地形地區(qū)的傳播損耗中值 LM = LT-KT (2.58) 式中，式中， LT為中等起伏地市區(qū)傳播損耗中值，為中等起伏地市區(qū)傳播損耗中值， 即即LM = Lfs+Am(f, d)-Hb(hb, d)-Hm(hm, f) (Kmr+Qo+Qr+Kh+Khf

36、+Kjs+Ksp+KS ) (2.59)任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值: 第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播PR=PT-LM+Gb+Gm-Lb-Lm-Ld 根據(jù)已得出的中值路徑損耗，可求出移動(dòng)臺(tái)接收到的根據(jù)已得出的中值路徑損耗，可求出移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)功率為：信號(hào)功率為：PR接收機(jī)收到的中值信號(hào)功率（dBW）；PT發(fā)射機(jī)輸出功率（dBW）；LM中值路徑損耗（dB）；Gb、Gm分別為基站、移動(dòng)臺(tái)天線增益（dB）；Lb基站饋線損耗（dB）；Lm移動(dòng)臺(tái)饋線損耗（dB）；Ld基站天線公用器損耗（dB）；第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中

37、的電磁波傳播 例 3 - 2 某一移動(dòng)信道， 工作頻段為450MHz， 基站天線高度為50m， 天線增益為6dB， 移動(dòng)臺(tái)天線高度為3m， 天線增益為 0dB； 在市區(qū)工作， 傳播路徑為中等起伏地， 通信距離為 10km。試求： (1) 傳播路徑損耗中值； (2) 若基站發(fā)射機(jī)送至天線的信號(hào)功率為 10W， 求移動(dòng)臺(tái)天線得到的信號(hào)功率中值。 第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 解 (1) 根據(jù)已知條件， KT=0, LM=LT， 式(2.58)可分別計(jì)算如下： 由式(2.10)可得自由空間傳播損耗 Lfs = 32.44+20lgf+20lgd = 32.44+20l

38、g450+20lg10 = 105.5dB第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 由圖 2.24 查得市區(qū)基本損耗中值 Am(f,d) = 27dB 由圖 2.25(a)可得基站天線高度增益因子 Hb(hb, d) = -12dB 移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子 Hm(hm, f) = 0dB 把上述各項(xiàng)代入式(2.58)， 可得傳播路徑損耗中值為 LM = LT = 105.5+27+12 = 144.5dB 第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 (2) 中等起伏地市區(qū)中接收信號(hào)的功率中值10lg1060144.5000128.598.5RTMbmbmd

39、TbmMbmdPPLGGLLLPGGLLLLdbWdbWdbWdbWdBWdBm dB、dBW、dBm第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 Hata模型是由Okumura用圖表給出的路徑損耗數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)公式， 該公式適用于1001500 MHz頻率范圍，距離在l-20km 之間，基站天線高度在30 -200 m之間，移動(dòng)臺(tái)天線高度1 -10 m Hata將市區(qū)的傳播損耗表示為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的公式標(biāo)準(zhǔn)的公式和一個(gè)應(yīng)用于其他不同環(huán)境的附加校正公式附加校正公式。 在市區(qū)的中值路徑損耗市區(qū)的中值路徑損耗的標(biāo)準(zhǔn)公式為(CCIR采納的建議) Lccir(dB) =69.55+26.16lg

40、f-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)lgd （2.60）2.4.2 Okumura-Hata模型模型 -宏蜂窩（宏蜂窩（ 1501000 MHz）第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播 對(duì)于小城市到中等城市， a(hm)移動(dòng)臺(tái)高度修正因子移動(dòng)臺(tái)高度修正因子的表達(dá)式為 a(hm)=(1.1lgf-0.7)hm-(1.56lgf-0.8)dB 對(duì)于大城市, a(hm)的表達(dá)式為 a(hm)=8.29(lg1.54hm)2-1.1dB f 300 MHz a(hm)=3.2(lg11.754hm)2-4.97dB f 300 MHz (2.61)

41、為了得到郊區(qū)的路徑損耗郊區(qū)的路徑損耗， 式（2.60）可以修正為 Ls(dB)=Lccir+Lps=Lccir+(-2lg(f/28)2 -5.4) （2.62）對(duì)于開闊地的路徑損耗開闊地的路徑損耗， 式（2.60）可以修正為 Ls(dB)=Lccir+Lop=Lccir+(-4.78(lgf)2+18.33lgf-40.94 ) （2.63) Hata模型沒有考慮奧村報(bào)告中的所有地形修正。 Hata模型適用于大區(qū)制移動(dòng)系統(tǒng)，不適合覆蓋距離不到模型適用于大區(qū)制移動(dòng)系統(tǒng)，不適合覆蓋距離不到1km的個(gè)人通信系統(tǒng)。的個(gè)人通信系統(tǒng)。第第2 2章章 移動(dòng)信道中的電磁波傳播移動(dòng)信道中的電磁波傳播例題： 設(shè)基站天線高度為40m，發(fā)射頻率為800 MHz，移動(dòng) 臺(tái)天線高度為2 m，通信距離為15 km，求大城市地區(qū)的中值路徑損耗。 解：應(yīng)用Hata模型求解因?yàn)槭谴蟪鞘械貐^(qū)，工作頻率大于300MHz，則a(hm)=3.2(lg11.754hm)2-4.97dB=3.2lg(11.75*2)2dB-4.97dB=1.045dB中值路徑損耗為LM =69.55+26.16lg