移動(dòng)信道中的電磁波傳播

第2章移動(dòng)信道中的電磁波傳播2.1VHF、UHF電磁波傳播特性2.2移動(dòng)信道的特征2.3陸地移動(dòng)信道的場強(qiáng)估算2.4幾個(gè)常用的傳播模型2.5其他移動(dòng)信道的傳輸特點(diǎn)2.1VHF、UHF電磁波傳播特性2.1.1

電磁波傳播方式當(dāng)頻率f＞30MHz時(shí)，典型的傳播通路：沿路徑①直射波，主要傳播方式；沿路徑②地面反射波；

路徑③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)生反射和散射現(xiàn)象，它對直射波會(huì)引起干涉，即產(chǎn)生多徑衰落現(xiàn)象。

2.1.2直射波傳播特性直射波傳播可按自由空間傳播來考慮。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。

實(shí)際情況下，滿足以下兩個(gè)條件即視為自由空間傳播（2.4）（2.5）（2.3）（2.6）（2.7）（2.8）自由空間傳播損耗Lfs可定義為:

［Lfs］(dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)(2.10)

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與相對介電系數(shù)εr的關(guān)系為大氣的相對介電系數(shù)與溫度、濕度和氣壓有關(guān)。大氣高度不同，εr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，即式中，c為光速。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(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(6.37×106m)變成了等效半徑Re,Re與R0之間的關(guān)系為(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

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為同理，由切點(diǎn)C到接收天線頂點(diǎn)B的距離d2為可見，視線傳播的極限距離d為在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下，Re=8500km,故(2.12)

式中，ht、hr的單位是m,d的單位是km。

2.1.4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。設(shè)障礙物與發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)的相對位置如圖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。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。圖2.3障礙物與余隙(a)負(fù)余隙；(b)正余隙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

由圖2.4可見，當(dāng)x/x1＞0.5時(shí)，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(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x＞0.5x1;

當(dāng)x＜0，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)系式可求得：(2.13)

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)+20lg150=32.44+23.52+43.54=99.5dB由式(2.13)求第一菲涅爾區(qū)半徑x1為由圖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

2.1.5反射波當(dāng)電波傳播中遇到兩種不同介質(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。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，反射角等于入射角），如圖

2.5所示。

圖2.5反射波與直射波通常，在考慮地面對電波的反射時(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-jψ(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，ψ代表反射波相對于入射波的相移。對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：

(2.15)(2.16)式中，是反射媒介的等效復(fù)介電常數(shù)：對于地面反射，當(dāng)工作頻率高于150MHz(λ＜2m)時(shí)，θ＜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°。(2.17)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(2.19)式中，d=d1+d2。通常(ht+hr)<<d,故上式中每個(gè)根號均可用二項(xiàng)式定理展開，并且只取展開式中的前兩項(xiàng)。例如：由此可得到(2.20)由路徑差Δd引起的附加相移Δφ為(2.21)式中，2π/λ稱為傳播相移常數(shù)。

這時(shí)接收場強(qiáng)E可表示為(2.22)

由式2.22可見，合成場強(qiáng)將隨反射系數(shù)以及路徑差的變化而變化，有時(shí)會(huì)同相相加，有時(shí)會(huì)反相抵消，這就造成了合成波的衰落現(xiàn)象。越接近于1，衰落就越嚴(yán)重。為此，在固定地點(diǎn)通信中，選擇站址時(shí)應(yīng)力求減弱地面反射，或調(diào)整天線的位置、高度，使地面反射區(qū)離開光滑界面。其中R=|R|e-jψ

2.2移動(dòng)信道的特征移動(dòng)信道：隨參信道

2.2.1多徑傳播與信號衰落在VHF、UHF移動(dòng)信道中，電波傳播方式：直射波、地面反射波、散射波。假設(shè)反射系數(shù)R=-1(鏡面反射)，則合成場強(qiáng)E為

圖2.6移動(dòng)信道的傳播路徑在實(shí)際移動(dòng)信道中，散射體很多，所以接收信號是由多個(gè)電波合成的。直射波、反射波或散射波在接收地點(diǎn)形成干涉場，使接收信號的幅度急劇變化，即產(chǎn)生了衰落現(xiàn)象。這種由多徑傳播引起的衰落，稱為多徑衰落。（快衰落、短期衰落）衰落反映了微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長量級接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，其變化率比慢衰落快故成為快衰落。由于快衰落表示接收信號的短期變化，所以又稱為短期衰落

圖2.7典型的信號衰落特性接收信號場強(qiáng)的變化速率，與車速以及電波波長有關(guān)，信號電平的變化范圍可達(dá)30dB,振幅每起伏一次，稱為一次衰落，衰落的平均速率為,衰落一次的平均距離為。局部中值——慢衰落多徑衰落——快衰落信號的局部中值：其含義是在局部時(shí)間中，信號電平大于或小于它的時(shí)間各為50％。快衰落主要由多徑傳播產(chǎn)生，根據(jù)產(chǎn)生快衰落的主要因素，可以細(xì)分為三類：空間選擇性衰落：在不同的地點(diǎn)，電磁波的衰落特性不同，主要由于天線點(diǎn)波束的擴(kuò)散，引起空間選擇性衰落，衰落周期為，波長，為擴(kuò)散寬度。頻率選擇性衰落：在不同頻率上，電磁波的衰落特性不同。它是由于時(shí)延擴(kuò)散引起的衰落，衰落周期與相對時(shí)延擴(kuò)散成正比。(3)時(shí)間選擇性衰落：在不同的時(shí)間，電磁波的衰落特性不同。由于移動(dòng)臺的移動(dòng)速度變化，使得接收的信號發(fā)生頻率擴(kuò)散，在接收點(diǎn)產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰落。衰落周期為，為相對頻移。

2.2.2多徑效應(yīng)與瑞利衰落圖2.8移動(dòng)臺接收N條路徑信號移動(dòng)臺往往受到各種障礙物和其它移動(dòng)體的影響，以致到達(dá)移動(dòng)臺的信號是來自不同傳播路徑的信號之和。多徑衰落的信號包絡(luò)服從瑞利分布，故把這種多徑衰落稱為瑞利衰落。通過分析和大量實(shí)測表明，多徑效應(yīng)使接收信號包絡(luò)變化接近瑞利分布。在典型移動(dòng)信道中，衰落深度可達(dá)30db左右，衰落速率30~40次/s。，故把這種多徑衰落稱為瑞利衰落

2.2.3慢衰落特性和衰落儲備陰影區(qū)：在移動(dòng)信道中，電波傳播路徑上存在起伏地形、建筑物、樹林等障礙物，這些障礙物的后面，形成電波的陰影區(qū)。陰影效應(yīng)：當(dāng)移動(dòng)臺在運(yùn)動(dòng)過程中穿過陰影區(qū)時(shí)，信號場強(qiáng)中值電平產(chǎn)生緩慢衰落。通常把這種現(xiàn)象稱為陰影效應(yīng)。陰影衰落：由陰影效應(yīng)產(chǎn)生的衰落又稱為陰影衰落。慢衰落：由陰影效應(yīng)和氣象條件的變化，造成接收信號場強(qiáng)的緩慢變化，稱為慢衰落。由于氣象條件的變化，大氣折射率發(fā)生平緩變化，使得同一地點(diǎn)處所收到的信號中值電平，隨時(shí)間作慢變化。這種因氣象條件造成的慢衰落，其變化速度更緩慢(衰落周期常以小時(shí)甚至天為量級)，因此?？珊雎圆挥?jì)。慢衰落近似服從對數(shù)正態(tài)分布，即以分貝數(shù)表示的信號電平為正態(tài)分布.圖2.10信號慢衰落特性曲線

研究慢衰落規(guī)律的方法，通常把同一類地形、地物中的某一段距離(1~2km)作為樣本區(qū)間，每隔20m(小區(qū)間)左右觀察信號電平的中值變動(dòng)，以統(tǒng)計(jì)分析信號在各小區(qū)間的累積分布和標(biāo)準(zhǔn)偏差?；咎炀€高度為220m，移動(dòng)臺天線高度為3；基站天線高度為60m，移動(dòng)臺天線高度為3m。市區(qū)的慢衰落分布曲線。郊區(qū)的慢衰落分布曲線。圖2.11慢衰落中值標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差取決于地形、地物和工作頻率等因素，郊區(qū)比市區(qū)大，也隨工作頻率升高而增大，如圖所示。

衰落儲備——在信道設(shè)計(jì)中，必須使信號的電平留有足夠的余量，以使中斷率R小于規(guī)定的指標(biāo)。影響衰落儲備的因素：由地形、地物、工作頻率和要求的通信可靠性指標(biāo)等因素決定。通信可靠性：也稱作可通率，并用T表示，它與中斷率的關(guān)系是T=1-R。圖2.12衰落儲備量圖2.12示出了可通率T分別為90%、95%和99%的三組曲線，根據(jù)地形、地物、工作頻率和可通率要求，由此圖可查得必須的衰落儲備量。例如：f=450MHz，市區(qū)工作，要求T=99%，則衰落儲備為多少由圖可查得此時(shí)必須的衰落儲備約為22.5dB。

2.2.4多徑時(shí)散與相關(guān)帶寬

1.多徑時(shí)散多徑效應(yīng)在時(shí)域上將造成數(shù)字信號波形的展寬。假設(shè)基站發(fā)射一個(gè)極短的脈沖信號Si(t)=a0δ(t)，經(jīng)過多徑信道后，移動(dòng)臺接收信號呈現(xiàn)為一串脈沖，結(jié)果使脈沖寬度被展寬了。這種因多徑傳播造成信號時(shí)間擴(kuò)散的現(xiàn)象，稱為多徑時(shí)散。圖2.13多徑時(shí)散示例必須指出，多徑性質(zhì)是隨時(shí)間而變化的。如果進(jìn)行多次發(fā)送脈沖試驗(yàn)，則接收到的脈沖序列是變化的，如圖2.14所示。它包括脈沖數(shù)目的變化、脈沖大小的變化及脈沖延時(shí)差的變化。一般情況下，接收到的信號為個(gè)不同路徑傳來的信號之和，即：(2.41)

式中，ai是第i條路徑的衰減系數(shù)；τi(t)為第i條路徑的相對延時(shí)差。圖2.14時(shí)變多徑信道響應(yīng)示例圖2.15多徑時(shí)延信號強(qiáng)度

式中，Δ表示多徑時(shí)散散布的程度。Δ越大，時(shí)延擴(kuò)展越嚴(yán)重；Δ越小，時(shí)延擴(kuò)展越輕。最大時(shí)延是以包絡(luò)電平下降30dB時(shí)測定的時(shí)延值，表2-1多徑時(shí)散參數(shù)典型值（450MHz/900MHz)

2.相關(guān)帶寬從頻域觀點(diǎn)而言，多徑時(shí)散現(xiàn)象將導(dǎo)致頻率選擇性衰落，即信道對不同頻率成分有不同的響應(yīng)。若信號帶寬過大，就會(huì)引起嚴(yán)重的失真。當(dāng)信號的帶寬>相關(guān)帶寬時(shí)，發(fā)生頻率選擇性衰落，即傳輸信道對信號中不同頻率成分有不同的隨機(jī)響應(yīng)，信號中各分量衰落不一致，衰落信號波形將產(chǎn)生失真。當(dāng)信號的帶寬<相關(guān)帶寬時(shí)，發(fā)生非頻率選擇性衰落，即信號中各分量的衰落狀況與頻率無關(guān)，給頻率分量所遭受的衰落具有一致性，因而衰落信號的波形不失真。工程上，對于角度調(diào)制信號，相關(guān)帶寬可按下式估算：

Δ為時(shí)延擴(kuò)展。(2.45)2.2.5多普勒效應(yīng)通信雙方的相對運(yùn)動(dòng)，引起接收信號的頻率發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)所引起的附加頻移稱為多普勒頻移，表示為：(2.46)式中是入射電波與移動(dòng)臺運(yùn)動(dòng)方向的夾角，是運(yùn)動(dòng)速度，是波長，是最大多普勒頻移。例：載波fc=900MH，移動(dòng)臺速度v=50km/h，求最大多普勒頻移。解：λ=c/fc=(3*108)/(900*106)=0.333mfm=v/λ=(50*103/3600)/0.333=41.7Hz

fD決定信號速率的下限。當(dāng)碼率1/Ts>1/T0時(shí)，信道表現(xiàn)為慢衰落；當(dāng)碼率1/Ts<1/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起的誤碼率，信號速率必須超過衰落速率的100~200倍2.3陸地移動(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)端電壓接收機(jī)端電壓圖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圖2.21典型的統(tǒng)計(jì)服務(wù)區(qū)圖2.22小區(qū)覆蓋結(jié)構(gòu)和服務(wù)區(qū)

2.3.3地形、地物分類

1.地形的分類與定義

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。

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移動(dòng)臺天線的有效高度：hm總是指天線在當(dāng)?shù)氐孛嫔系母叨取D2.23基站天線有效高度基站天線的有效高度為：

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)①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。②郊區(qū)。在靠近移動(dòng)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。③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。確定性模式應(yīng)用電磁理論對具體的現(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。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)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)境對它進(jìn)行分類。通常考慮的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)。宏小區(qū)是面積很大的區(qū)域，覆蓋半徑約1~30km，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0.1~1km之間，覆蓋面積并不一定是圓的。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0.01~0.1km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)。2.4.1Okumura模型Okumura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(qiáng)度,根據(jù)測試結(jié)果繪成經(jīng)驗(yàn)曲線構(gòu)成的模型。奧村信號預(yù)測方法:把“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”，它分為丘陵地形、孤立山峰、傾斜地形和水陸混合路徑。地面障礙物分成三類：(1)開闊區(qū)；(2)郊區(qū)；(3)市區(qū)。因此，使用奧村預(yù)測方法首先需要對所預(yù)測的地形判斷屬于哪類環(huán)境。除了選擇合適的環(huán)境類型外，還需要根據(jù)特殊地形對得到的平均路徑損耗預(yù)測值進(jìn)行修正?；鶞?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1、準(zhǔn)平坦地形大城市其中，LM為傳播路徑的損耗中值，Lfs為自由空間傳播損耗，Am為中等起伏地形市區(qū)，基站天線高度為200m,移動(dòng)臺天線高度為3m時(shí)相對于自由空間的中值損耗，又稱基本中值損耗。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LM(dB):圖2.24圖2.25天線高度增益因子(a)基站Hb(hb,d);(b)移動(dòng)臺Hm(hm,f)當(dāng)基站或移動(dòng)臺天線高度不是基準(zhǔn)高度時(shí)，通過修正因子Hb(hb,d)或Hm(hm,f)進(jìn)行修正。圖2.26街道走向修正曲線

2.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)修正因子圖2.28開闊地、準(zhǔn)開闊地修正因子為了求出郊區(qū)、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)傳播損耗中值，然后再減去由圖2.27或圖2.28查得的修正因子即可。

3.不規(guī)則地形上傳播損耗的中值

1).

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Δh表征。它的定義是：自接收點(diǎn)向發(fā)射點(diǎn)延伸10km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Δh。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Khf2).

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。但對天線高度較低的陸上移動(dòng)臺來說，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Kjs

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)α，計(jì)算α的經(jīng)驗(yàn)公式為

3).

斜波地形修正因子Ksp

斜坡地形系指在5~10km范圍內(nèi)的傾斜地形。若在電波傳播方向上，地形逐漸升高，稱為正斜坡，傾角為+θm；反之為負(fù)斜坡，傾角為-θm，如圖2.31

的下部所示。圖2.31斜坡地形修正因子Ksp

4).

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(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)。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)臺一方的修正因子圖2.32水陸混合路徑修正因子

地形地物修正因子KT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

LM=LT-KT(2.58)

式中，

LT為中等起伏地市區(qū)傳播損耗中值，即LM=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)–(Kmr+Qo+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+KS

)

(2.59)任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值:

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)臺接收到的信號功率為：PR接收機(jī)收到的中值信號功率（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)臺天線增益（dB）；Lb基站饋線損耗（dB）；Lm移動(dòng)臺饋線損耗（dB）；Ld基站天線公用器損耗（dB）；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)送至天線的信號功率為10W，求移動(dòng)臺天線得到的信號功率中值。

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+20lg450+20lg10=

105.5dB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

(2)中等起伏地市區(qū)中接收信號的功率中值dB、dBW、dBm

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100~1500MHz頻率范圍，距離在l-20km

之間，基站天線高度在30-200m之間，移動(dòng)臺天線高度1-10mHata將市區(qū)的傳播損耗表示為一個(gè)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。

在市區(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+26.16lgf-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)lgd

（2.60）2.4.2Okumura-Hata模型----宏蜂窩（150~1000MHz）

對于小城市到中等城市，a(hm)移動(dòng)臺高度修正因子的表達(dá)式為

a(hm)=(1.1lgf-0.7)hm-(1.56lgf-0.8)dB

對于大城市,a(hm)的表達(dá)式為

a(hm)=8.29(lg1.54hm)2-1.1dB

f≤300MHz

a(hm)=3.2(lg11.754hm)2-4.97dB

f≥300MHz(2.61