移動信道中的電磁波傳播

1、第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播第第2章章 移動信道中的電磁波傳播移動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 移動信道的特征移動信道的特征 2.3 陸地移動信道的場強估算陸地移動信道的場強估算 2.4 幾個常用的傳播模型幾個常用的傳播模型 2.5 其他移動信道的傳輸特點其他移動信道的傳輸特點第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動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頻率f30 MHz時， 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， 在移動信道中， 電波遇到各種障礙物時會發(fā)生反射反射和散射散射現象， 它對直射波會引起干涉， 即產生多徑衰落現象。發(fā) 射 天 線接收天線第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動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的電波傳播， 它是理想傳播條件。 第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動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，其相對介電常數r和相對導磁率r都等于1； （2）傳播路徑上

3、沒有障礙物阻擋，到達接收天線的地面反射信號場強可忽略不計。 電波在自由空間里傳播時，能量的衰減要由于輻射能量的擴散引起。 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，則距輻射源d米處的電場強度有效值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) 實際情況下，滿足以下兩個條件即視為自由空間傳播實際情況下，滿足以下兩個條件即視為自由空間傳播第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動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 移動信道中的

4、電磁波傳播移動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 移動信道中的電磁波傳播移動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 在不考慮傳導電流和介質磁化的情況下， 介質折射率n與相對介電系數r的關系為rn 大氣的相對介電系數與溫度、 濕度和氣壓有關。 大氣高度不同， r也不同， 即dn/dh是不同的。 根據折射定律， 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 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電

5、磁波傳播 大氣折射對電波傳播的影響， 在工程上通常用“地球等效半徑”來表征， 即認為電波依然按直線方向行進， 只是地球的實際半徑R0(6.37106m)變成了等效半徑Re, Re與R0之間的關系為dhdnRRRke0011 (2.11) 式中， k稱作地球等效半徑系數。 標準大氣折射情況下，等效地球半徑Re=8500km第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動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 計算，天線的高度分別為ht和hr， 兩個天線頂點的連線AB與地面相切于C點。 由于地球等效半徑Re遠遠大于天線高度， 不難證明， 自發(fā)射天線頂點A到切點C的距離d1為

6、tehRd21同理， 由切點C到接收天線頂點B的距離d2為22erdR hhtReoAd1Cd2Bhr第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播可見， 視線傳播的極限距離d為 )(221rtehhRddd在標準大氣折射情況下，在標準大氣折射情況下， 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 移動信道中的電磁波傳播移動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、設障礙物與發(fā)射點和接收點的相對位置如圖 2.3 所示。 圖中， x表示障礙物頂點P至直射線TR的距離， 稱為菲涅爾余隙。菲涅爾余隙。 規(guī)定阻擋時余隙為負， 如圖 2.3(a)所示； 無阻擋時余隙為正， 如圖 2.3(b)所示。d1PTRRTd1d2d2h2h1h1xxPh2(a)(b) 圖 2.3 障礙物與余隙(a) 負余隙； (b) 正余隙第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動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系如圖 2.4 所示。 圖2.4 繞射損耗與余隙關系 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 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播 由圖 2.4 可見， 當x/x10.5 時， 附加損耗約為0dB， 即障礙物對直射波傳播基本上沒有影響。 為此， 在選擇天線高度時， 根據地形盡可能使服務區(qū)內各處的菲涅爾余隙可能使服務區(qū)內各處的菲涅爾余隙x0.5x1; 當x0， 即直射線低于障礙物頂點時， 損耗急劇增加； 當x=0時， 即TR直射線從障礙物頂點擦過時， 附加損耗約為 6dB。 圖中， 縱坐標為繞射引起的附加損耗， 即相對于自由空間傳播損耗的分貝數。 橫坐標為x/x1, 其中x1是第一菲涅爾區(qū)在P點橫截面的半徑， 它由下列關

9、系式可求得：21211ddddx(2.13) 第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播 例 3 . 1 設圖 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 移動信道中的電磁波傳播移動信

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 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播 2.1.5 反射波反射波 當電波傳播中遇到兩種不同介質的光滑界面兩種不同介質的光滑界面時， 如果界面尺寸比電波波長大得多， 就會產生鏡面反射鏡面反射。 由于大地和大氣是不同的介質， 所以入射波會在界面上產生反射（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 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播 通常

11、， 在考慮地面對電波的反射時， 按平面波處理， 即電波在反射點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反射系數R表征， 它定義為反射波場強與入射波場強的比值， R可表示為 R = |R|e-j (2.14) 式中， |R|為反射點上反射波場強與入射波場強的振幅比振幅比， 代表反射波相對于入射波的相移相移。 對于水平極化波和垂直極化波的反射系數和分別由下列公式計算： 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介電常數：第第2 2章章

12、 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播 對于地面反射， 當工作頻率高于150MHz(2m)時， 1， 由式(3 - 23)和式(3 - 24)可得 Rv=Rh = -1 (2.18) 即反射波場強的幅度等于入射波場強的幅度， 而相差為180。60crj(2.17)第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播 在圖 2. 5 中， 由發(fā)射點T發(fā)出的電波分別經過直射線(TR)與地面反射路徑(ToR)到達接收點R， 由于兩者的路徑不同， 從而會產生附加相移。 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 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播 通常(ht+hr)相關帶寬時，發(fā)生頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落，即傳輸信道對信號中不同頻率成分有不同的隨機響應，信號中各分量衰落不一致，衰落信號波形將產生失真。當信號的帶寬1/T0時，信道表現為慢衰落；當碼時，信道表現為慢衰落；當碼率率1/Ts1/T0時，信道表現為快衰落；為避免快衰落失真和多普勒影響引時，信道表現為快衰落；為避免快衰落失真和多普勒影響引起的誤碼率，信號速率必須超過衰落速率的起的誤碼率，信號速率必須超過衰落速率的100200倍倍第第2 2章章 移動信道

14、中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播2.3 陸地移動信道的傳輸損耗陸地移動信道的傳輸損耗 2.3.1 接收機輸入電壓、 功率與場強的關系 圖2.18 接收機輸入電壓的定義Us天線感應電勢 Rs內阻 Ri接收機輸入內阻 Us/2接收機端電壓在信道分析或設計中，首先要求出接收信號場強與距離的關系，然后由場強求出接收機的輸入電壓或輸入功率。 1. 接收機輸入電壓的定義 圖2.18表達了天線上感應的信號電勢與接收機的輸入電壓的關系。 天線上感應的信號電勢為只是接收機輸入功率的最大值，常稱為額定輸入功率。 實際中， 這種感應電勢sU， 并不等于接收機輸入端的端電壓。 因此， 在談到接收機的輸入電壓時，應

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

16、勢接收機端電壓第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播2接收場強與接收電壓的關系 在采用線天線時，接收場強E是指天線有效長度為 1m時，天線所感應的電壓值，常以/V m作單位。圖 2.19 表達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 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播2.3.2 由場強定義的服務區(qū) 可以用場強定義小區(qū)基站的覆蓋區(qū)域邊界，它是一個統計的

17、邊界。一個典型的 95%邊界、1/V m的服務區(qū)，見圖 2.21 中所示。當移動臺沿著這個邊界移動時，95%的位置上接收到的信號電平高于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。 在實際中，接收機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，接收機的輸入端與天線之間有一個阻抗匹配網絡，如圖 2.20 所示。假定天線阻抗為73.12，接收機的輸入阻抗為50。接收機輸入端的端電壓U與天線上的感應電勢sU，有以下關系： 11500.412273.12issssRUUUUR (0

18、.1) 第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播圖2.21 典型的統計服務區(qū)第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播圖2.22 小區(qū)覆蓋結構和服務區(qū)根據邊界的統計特性，希望在相鄰小區(qū)有重疊，見圖 2-22。該重疊將提供一個更高的覆蓋可能性。若小區(qū) 1 和 2 是兩個1/V m的 95%邊界，對于每個基站而言，信號電平大于1/V m的可能性是 95%。則至少一個信號大于或等于1/V m的概率是聯合概率： 121 (1)(1)1 0.05 0.050.9975ppp (0.1) 第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動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， 峰點與谷點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稱為不規(guī)則地形。 ()bh第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播 hts基站天線頂點的海拔高度 hga從天線設置地點開始，沿著電波傳播方向的3km到15km之內的地面 平均海拔高度gatsbhhh移動臺天線的有效高度：hm總是指天線在當地地面上的高度。 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

20、信道中的電磁波傳播移動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， 如農田、 荒野、 廣場、 沙漠和戈壁灘等。 郊區(qū)。郊區(qū)。 在靠近移動臺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傳播模式的性質，它可以分為以下三種：(1) 經驗模式；(2) 半經驗或半確定性模式；(3) 確定性模式。經驗模式是根據大量的測量結果統計分析后導出的公式。用經驗模式預測路徑

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

22、出等式，為了改善它們和實驗結果的一致性，根據實驗結果對等式進行修正，得到的等式是天線周圍地區(qū)某個規(guī)定特性的函數。半經驗或半確定性模式的應用同樣很容易、速度很快。 因為移動通信所處環(huán)境的具有多樣性，所以每個傳播模式都是針對某一特定類型環(huán)境設計的。因此，可以根據傳播模式的應用環(huán)境對它進行分類。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 移動信道中的電磁波傳播移動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)射天線通常架設在周圍建筑物上方，收發(fā)之間沒有直達射線。 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，根據收發(fā)天線和環(huán)境障礙物的相對位置分成兩類情況； (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：室內和室外，發(fā)射天線在屋頂上面或在建筑物內。無論在室內還是在室外情況中， 和 通常要分別考慮。 一般地，3種類型的模式和3種小區(qū)類型之間有相互對應的關系。例如，經驗模式和半經驗模式適用于具有均勻特性的宏小區(qū)。半經驗模式還適用于均勻的微小區(qū)，在這里，半經驗模式所考慮的參數能夠很好地表征整個環(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 移動信道中的電磁波傳

24、播移動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強度,根據測試結果繪成經驗曲線構成的模型。奧村信號預測方法奧村信號預測方法: :把“準平坦地形準平坦地形”作為分析和描述傳播特性的基準。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，使用奧村預測方法首先需要對所預測的地

25、形判斷屬于哪類環(huán)境。除了選擇合適的環(huán)境類型外，還需要根據特殊地形對得到的平均路徑損耗預測值進行修正?；鶞剩夯鶞剩褐械绕鸱匦蔚氖袇^(qū)，基站有效天線高度hb為200米，移動天線高度hm為3米的傳播損耗基本中值的預測曲線,其它地形通過修正因子來修正。2.4 幾個常用的傳播模型幾個常用的傳播模型 第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播1 1、準平坦地形大城市、準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,移動臺天線高度為移動臺天線高度為3m3m時相對時相對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)準平坦地形大城市地區(qū)的中值路徑損耗準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 移動信道中的電磁波傳播移動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) 移動臺Hm(hm, f)2000100070040020010010020040010001075321 505101520市區(qū)移動臺天線高度增益因子

27、 Hm(hm , f) / dB移動臺天線高度 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)當基站或移動臺天線高度不是基準高度時，通過修正因子當基站或移動臺天線高度不是基準高度時，通過修正因子H Hb b(h(hb b,d),d)或或H Hm m(h(hm m,f),f)進行修正。進

28、行修正。第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動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 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播 2. 郊區(qū)和開闊地損耗的中值郊區(qū)和開闊地損耗的中值 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)場強中值與基準場強中值之差稱為郊區(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、 準開闊地修正因子 Qo：開闊地Qr：準開闊地3530252015100200300500 700 10002000頻率 f / MHz開闊地修正因子 Qo / dB準開闊地修正因子 Qr / dBQrQo 為了求出郊區(qū)、為了求出郊區(qū)、 開闊地及準開闊地的損耗中值，開闊地及準開闊地的損耗中值， 應先求出相應的市區(qū)傳應先求出相應的市區(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 移動信道中的電磁波傳播移動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 丘陵地的地形參數用地形起伏高度h表征。 它的定義是： 自接收點向發(fā)射點延伸10 km的范圍內， 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應關系電場變化按 (a)修正后的中值地形起伏 Khf Khf(a)(b)第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動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 當電波傳播路徑上有近似刃形的單獨山岳時， 若求山背后的電場強度， 一般從相應的自由空間場強中減去刃峰繞射損耗即可。 但對天線高度較低的陸上移動臺來說， 還必須考慮障礙物的陰影效應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孤立山岳至移動臺的距離 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(移動臺)H200 m其中， d1是發(fā)射天線至山頂的水平距離， d2是山頂至移動臺的水平距離。如果實際的山岳高度不為200m， 則上述求得的修正因子Kjs還需乘以系數， 計算的經驗公式為H07. 0第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動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 移動信道中的電磁波傳播移動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， 接收信號的場強往往比全是陸地時要高。 為估算水陸混合路徑情況下的場強中值， 用水面距離dSR與全程距離d的比值作為地形參數。

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。 曲線A表示水面靠近移動臺一方的修正因子圖 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移動臺RdSRddSRd(A) 實線T移動臺R(B) 虛線5基站T基站第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動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 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播PR=PT-LM+Gb+Gm-Lb-Lm-Ld 根據已得出的中值路徑損耗，可求出移動臺接收到的根據已得出的中值路徑損耗，可求出移動臺接收到的信號功率為：信號功率為：PR接收機收到的中值信號功率（dBW）；PT發(fā)射機輸出功率（dBW）；LM中值路徑損耗（dB）；Gb、Gm分別為基站、移動臺天線增益（dB）；Lb基站饋線損耗（dB）；Lm移動臺饋線損耗（dB）；Ld基站天線公用器損耗（dB）；第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動信道中

37、的電磁波傳播 例 3 - 2 某一移動信道， 工作頻段為450MHz， 基站天線高度為50m， 天線增益為6dB， 移動臺天線高度為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)射機送至天線的信號功率為 10W， 求移動臺天線得到的信號功率中值。 第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播 解 (1) 根據已知條件， KT=0, LM=LT， 式(2.58)可分別計算如下： 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 移動信道中的電磁波傳播移動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 移動臺天線高度增益因子 Hm(hm, f) = 0dB 把上述各項代入式(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 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播 (2) 中等起伏地市區(qū)中接收信號的功率中值10lg1060144.5000128.598.5RTMbmbmd

39、TbmMbmdPPLGGLLLPGGLLLLdbWdbWdbWdbWdBWdBm dB、dBW、dBm第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動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據的經驗公式， 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，移動臺天線高度1 -10 m Hata將市區(qū)的傳播損耗表示為一個標準的公式標準的公式和一個應用于其他不同環(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準公式為(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 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播 對于小城市到中等城市， a(hm)移動臺高度修正因子移動臺高度修正因子的表達式為 a(hm)=(1.1lgf-0.7)hm-(1.56lgf-0.8)dB 對于大城市, a(hm)的表達式為 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告中的所有地形修正。 Hata模型適用于大區(qū)制移動系統，不適合覆蓋距離不到模型適用于大區(qū)制移動系統，不適合覆蓋距離不到1km的個人通信系統。的個人通信系統。第第2 2章章 移動信道中的電磁波傳播移動信道中的電磁波傳播例題： 設基站天線高度為40m，發(fā)射頻率為800 MHz，移動 臺天線高度為2 m，通信距離為15 km，求大城市地區(qū)的中值路徑損耗。 解：應用Hata模型求解因為是大城市地區(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