電波的傳播特性演示文稿

電波的傳播特性演示文稿本文檔共57頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分電波的傳播特性本文檔共57頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分3重點(diǎn)OM模型及任意地形、地物情況下電波傳播衰耗中值的預(yù)測難點(diǎn)任意地形、地物情況下電波傳播衰耗中值的預(yù)測目的和要求了解衰落對信號傳輸?shù)挠绊懻莆兆杂煽臻g傳輸衰耗、OM模型及電波傳播衰耗中值的計(jì)算方法本文檔共57頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分47.1無線電波無線電波的概念電波的傳播方式本文檔共57頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分51.無線電波的概念無線電波的概念無線電波是一種能量的傳輸形式電場和磁場在空間交替變換，向前行進(jìn)傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直的，同時(shí)這兩者又都垂直于傳播方向本文檔共57頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分6無線電波的傳播速度傳播速度和傳播媒質(zhì)有關(guān)

真空中的傳播速度等于光速(Ｃ＝3×108m／s)空氣中的傳播速度略小于光速

通常認(rèn)為它等于光速

無線電波的波長、頻率和傳播速度的關(guān)系：λ＝Ｖ/ｆＶ為速度(m/s)；ｆ為頻率(Hz)；λ為波長(m)不同介質(zhì)中傳播速度不同、波長不同本文檔共57頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分7無線電波的極化概念：無線電波在空間傳播時(shí)，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化

電波的極化方向：無線電波的電場方向極化波必須用對應(yīng)的極化特性的天線接收

否則在接收過程中會產(chǎn)生極化損失極化的類型線極化水平極化、垂直極化+45°傾斜極化、-45°傾斜極化橢圓極化圓極化本文檔共57頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分8本文檔共57頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分9雙極化天線兩個(gè)天線為一個(gè)整體，有兩個(gè)獨(dú)立的波，這兩個(gè)波的極化方向相互垂直

類型V/H（垂直/水平）極化傾斜（+45°/-45°）極化本文檔共57頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分107.1.2電波的傳播方式電波的傳播方式在分析電波傳播特性時(shí)總是以自由空間的傳播環(huán)境為參考進(jìn)行自由空間一種理想的、均勻的、各向同性的介質(zhì)空間當(dāng)電磁波在自由空間中傳播時(shí)直線傳播，不發(fā)生反射、折射、散射和吸收現(xiàn)象只存在電磁波能量擴(kuò)散而引起的傳播損耗實(shí)際傳播環(huán)境中電波的傳播方式直射、反射、繞射、散射本文檔共57頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分11微波傳播特性無線電波的波長不同，傳播特點(diǎn)也不完全相同

主要傳播特性視距傳播多徑傳播繞射能力弱電波傳播中的三種損耗路徑傳播損耗慢衰落損耗快衰落損耗本文檔共57頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分12電波在建筑物內(nèi)傳播的類型室內(nèi)無線環(huán)境特點(diǎn)覆蓋范圍小傳播距離短傳播時(shí)延要小的多室內(nèi)環(huán)境中用戶多處于靜止和慢速移動(dòng)狀態(tài)，可忽略多普勒頻移室內(nèi)環(huán)境變化更復(fù)雜，電波傳播受建筑類型、室內(nèi)布局、建筑材料影響較大

即使在同一個(gè)建筑物內(nèi)的不同位置，其傳播環(huán)境也不盡相同，甚至差別很大本文檔共57頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分137.2電波傳播中的衰落電波傳播的衰落特性場強(qiáng)估算模型本文檔共57頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分147.2.1電波傳播的衰落特性1.衰落的概念由于實(shí)際傳播環(huán)境中復(fù)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的多徑傳播都會對電磁波的傳播產(chǎn)生影響，導(dǎo)致接收信號的隨機(jī)變化衰落的類型陰影衰落（陰影效應(yīng)、氣象條件變化）

場強(qiáng)中值的緩慢變化（慢衰落）多徑衰落（多徑效應(yīng)）

瞬時(shí)值有快速、大幅度的變化（快衰落）本文檔共57頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分152.表征衰落的統(tǒng)計(jì)數(shù)字特征場場強(qiáng)中值E0概念：場強(qiáng)值超過設(shè)定場強(qiáng)值的概率為50%時(shí)，該設(shè)定值為場強(qiáng)中值若場強(qiáng)中值等于接收機(jī)最低門限值，則可通信率為50%。（只有50%的時(shí)間可正常通信）場強(qiáng)中值不能反映衰落的嚴(yán)重程度例：統(tǒng)計(jì)時(shí)間為T，超過E0的時(shí)間為t1、t2、t3則：超過E0的概率為p(t)=(t1+t2+

t3)/T×100%當(dāng)p(t)=50%時(shí)，

E0為場強(qiáng)中值本文檔共57頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分16衰落深度：衡量衰落的嚴(yán)重程度接收電平與場強(qiáng)中值電平之差表示以場強(qiáng)中值電平為參考，表明信號起伏偏離其中值電平的程度衰落深度=20Lg（Ei/Eo)若為電平值，則衰落深度=Ei-Eo本文檔共57頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分17衰落速率N衡量場強(qiáng)變化的快慢，即頻繁程度單位時(shí)間內(nèi)場強(qiáng)包絡(luò)與給定電平值ER相交次數(shù)的一半衰落率與工作頻率、移動(dòng)臺行進(jìn)速度和方向等因素有關(guān)平均衰落率：其中v（km/h）、f（MHz）系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，音頻通帶或信令數(shù)據(jù)通帶的低端應(yīng)高于衰落率本文檔共57頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分18衰落持續(xù)時(shí)間場強(qiáng)低于某一給定電平值的持續(xù)時(shí)間表示信息傳輸?shù)氖苡绊懗潭然蛐帕钫`碼的長度本文檔共57頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分197.2.2場強(qiáng)估算模型電波傳播受地形地物的影響即電波傳播特性與實(shí)際空間環(huán)境相關(guān)預(yù)測時(shí)在自由空間基礎(chǔ)上考慮具體環(huán)境影響OM模型Egli模型BM模型Cost231模型本文檔共57頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分20以日本東京城市場強(qiáng)中值實(shí)測結(jié)果得到的經(jīng)驗(yàn)曲線構(gòu)成的模型。模型：城市視為準(zhǔn)平滑地形，給出經(jīng)驗(yàn)曲線其他地形地物情況則給出修正值適用范圍：頻率：100MHz～1500MHzBTS天線高度：30m～200mMS天線高度：1m～10m傳播距離：1km～20km1.OM模型(Okumura-M.Hata奧村哈達(dá))本文檔共57頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分21美國陸上移動(dòng)通信、VHF、UHF信號預(yù)測方法，對丘陵地形預(yù)測較準(zhǔn)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、

hR(英尺)

其他地形給出修正因子適用范圍：頻率：25MHz～470MHz傳播距離：60km以內(nèi)2.Egli模型本文檔共57頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分22理論模型以自由空間、平面大地和球面地形傳播理論為基礎(chǔ)，以諾模圖形式給出。適用范圍：頻率：30MHz～3000MHz傳播距離：1～幾百公里3.BM（Bullingron）本文檔共57頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分23歐洲建議廣泛用于建筑物高度近似一致的城區(qū)和郊區(qū)環(huán)境應(yīng)用分兩種情況：高基站天線----非視距NLOS低基站天線----視距LOS4.cost231模型本文檔共57頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分247.3電波傳播特性預(yù)測OM模型任意地形地物信號中值的預(yù)測場強(qiáng)中值變動(dòng)分布及預(yù)測覆蓋設(shè)計(jì)本文檔共57頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分257.3.1OM模型模型：城市視為準(zhǔn)平滑地形，給出經(jīng)驗(yàn)曲線其他地形地物情況則給出修正值OM模型可在適用范圍內(nèi)作電波傳播預(yù)測地形、地物的分類準(zhǔn)平滑地形上的電波傳播特性不規(guī)則地形修正因子其他因素對電波傳播的影響本文檔共57頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分261.地形、地物的分類地形的分類準(zhǔn)平滑地形：地形剖面圖上，表面起伏高度在20m以下，且起伏緩慢不規(guī)則地形丘陵地形孤立山岳傾斜地形水陸混合地形本文檔共57頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分27地物的分類根據(jù)障礙物的密集程度和屏蔽程度分類地物的類型開闊地：無較大樹木、建筑物等障礙物

準(zhǔn)開闊地郊區(qū)：障礙物不稠密市區(qū)：障礙物稠密▲只能考慮一種地物形態(tài)，而地形可根據(jù)實(shí)際情況組合本文檔共57頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分28天線有效高度基站天線有效高度hb=hta-hgahga：從基站天線架設(shè)點(diǎn)起3～15km距離內(nèi)的平均地面海拔高度hta：基站天線架設(shè)的海拔高度MS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本文檔共57頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分292.準(zhǔn)平滑地形上的電波傳播自由空間的傳播損耗市區(qū)傳播衰耗中值的預(yù)算郊區(qū)、開闊地傳播衰耗中值的預(yù)算預(yù)算中的注意點(diǎn)本文檔共57頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分30自由空間：理想的空間（真空）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自由空間傳播損耗的含義：損耗

來自于球面波發(fā)散傳播中，天線

未接收到的能量即：球面波的擴(kuò)散損耗自由空間傳播損耗（1）自由空間的傳播損耗Lbs僅與d、f有關(guān)本文檔共57頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分31基本衰耗中值A(chǔ)m(f,d)基站天線有效高度增益因子Hb(hb,d)移動(dòng)臺天線有效高度增益因子Hm(hm,f)準(zhǔn)平滑市區(qū)傳播衰耗中值L市區(qū)（2）市區(qū)傳播衰耗中值的預(yù)算本文檔共57頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分32基本衰耗中值

Am(f,d)hb=200m

hm=3m參數(shù)：f、d本文檔共57頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分33基站天線有效

高度增益因子

Hb(hb,d)以hb=200m時(shí)

的值為基準(zhǔn)

(0dB)本文檔共57頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分34移動(dòng)臺天線有效

高度增益因子

Hm(hm,f)以hm=3m時(shí)的值為

基準(zhǔn)(0dB)當(dāng)hm>5m時(shí)，還與

環(huán)境有關(guān)

（拐點(diǎn)）本文檔共57頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分35自由空間傳播衰耗

Lbs(dB)=32.45+20lgd(km)+20lgf(MHz)準(zhǔn)平滑市區(qū)傳播衰耗中值

L市區(qū)=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)本文檔共57頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分36（3）郊區(qū)、開闊地傳播衰耗中值的預(yù)算郊區(qū)修正因子

Kmr的預(yù)測參數(shù)：f，d本文檔共57頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分37開闊地修正因子QO

準(zhǔn)開闊地修正因子Qr參數(shù)：f本文檔共57頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分383.不規(guī)則地形修正因子丘陵地修正因子孤立山岳的修正因子斜坡地形的修正因子水陸混合地形修正因子本文檔共57頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分39（1）丘陵地修正因子丘陵地：連綿、起伏高度有限本文檔共57頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分40丘陵地修正因子Kh

、微小修正因子Khf參數(shù)：△h：自MS向發(fā)射BTS方向延伸10km范圍內(nèi)，地形起伏的90%與10%處的高度差。預(yù)測點(diǎn)靠近山峰處與山谷處衰耗不同，考慮微小修正因子Khf(近山峰處>0；近山谷處<0)在丘陵地預(yù)測時(shí)，須同時(shí)使用Kh和Khf本文檔共57頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分41(2)孤立山岳的修正因子孤立山岳：

山岳近似刃形，單獨(dú)

(背面考慮繞射衰耗)孤立山岳的

修正因子Kjs基準(zhǔn)：山岳高度H=200m參數(shù)：山岳到發(fā)射點(diǎn)距離d1到接收點(diǎn)距離d2當(dāng)H≠200m時(shí)，

修正因子為本文檔共57頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分42(3)斜坡地形的修正因子斜坡地形：

5~10km內(nèi)地形傾斜正斜坡：

電波傳播方向上

地形逐漸增高，

傾角為+θm(mrad)

負(fù)斜坡：

地形逐漸降低，

傾角為-θm斜坡地形的修正因子Ksp參數(shù)傾角θm收發(fā)天線間距d本文檔共57頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分43水陸混合地形：

區(qū)域中既有水面，

又有陸地水陸混合地形

修正因子Ks(>0)水域信號比陸地強(qiáng)參數(shù)水面位置位于

BTS側(cè)/MS側(cè)水面距離與全距離比例全距離d(4)水陸混合地形修正因子本文檔共57頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分44街道走向/修正因子Kaf/Kac縱向：電波傳播方向與

街道平行

Kaf>0，表示場強(qiáng)中值

高于基準(zhǔn)場強(qiáng)中值橫向：電波傳播方向與

街道垂直

Kac<0，表示場強(qiáng)中值

低于基準(zhǔn)場強(qiáng)中值4.其他因素對電波傳播的影響本文檔共57頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分45不同的材料、結(jié)構(gòu)和樓房層數(shù)，其吸收衰耗的數(shù)據(jù)都不一樣。一般的傳播模型都是以街心或空闊地面為假設(shè)條件，如果移動(dòng)臺在室內(nèi)使用，計(jì)算傳播衰耗和場強(qiáng)時(shí)，需把建筑物的穿透衰耗也計(jì)算進(jìn)去樹木、植被對電波有吸收作用。在傳播路徑上，由樹木、植被引起的附加衰耗不僅取決于樹木的高度、種類、形狀、分布密度、空氣濕度及季節(jié)變化，還取決于工作頻率、天線極化、通過樹林的路徑長度等多方面的因素。本文檔共57頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分467.3.2任意地形地物信號中值預(yù)測任意地形地物衰耗中值LA的預(yù)測LA=LT-KTLT=Lbs+Am-Hb-HmKT=Kmr+Qo+Qr+Kh+Khf+αKjs+Ksp+Ks+Kaf/Kac信號中值Ppe的預(yù)測任意地形地物接收功率Ppe=PP+KT準(zhǔn)平滑市區(qū)接收功率PP=Po-Am+Hb+Hm自由空間下接收功率Po本文檔共57頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分477.3.3場強(qiáng)中值變動(dòng)分布及預(yù)測影響通信可靠性的重要因素是場強(qiáng)的變化特性1.場強(qiáng)中值變動(dòng)分布場強(qiáng)瞬時(shí)值變動(dòng)規(guī)律(隨位置)50m樣本區(qū)間——>區(qū)間內(nèi)場強(qiáng)累積分布障礙物均勻的城市街道地區(qū)、森林：近似瑞利分布

郊區(qū)不規(guī)則地形，障礙物有空隙：近似正態(tài)分布

σ=6~7dB場強(qiáng)中值變動(dòng)規(guī)律(隨位置)1~2km樣本區(qū)間，每20m左右一個(gè)場強(qiáng)中值

——>各小區(qū)間中值累積分布的50%值和變動(dòng)幅度市區(qū)：近似正態(tài)分布

郊區(qū)、丘陵地：近似正態(tài)分布本文檔共57頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分48實(shí)際應(yīng)用中，σ不同時(shí)，常用σ隨通信概率變化的歸一化曲線計(jì)算

xσ為相對于中值的變動(dòng)幅度本文檔共57頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分49接收信號中值隨時(shí)間變化服從正態(tài)分布分布隨時(shí)間、位置變化的標(biāo)準(zhǔn)偏差

D為收發(fā)天線間距，Δh為地形波動(dòng)高度頻率MHzσLσt準(zhǔn)平滑地形不規(guī)則地形Δh(m)D(km)50100150175市區(qū)郊區(qū)50150300508910陸地2571503.5~5.54~791113水陸混合3791145067.5111518水面914209006.58141821本文檔共57頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分50場強(qiáng)變動(dòng)分布為中值分布

和瞬時(shí)值分布的合成市區(qū)：正態(tài)分布和

瑞利分布的合成

郊區(qū)、丘陵地：

標(biāo)準(zhǔn)偏差為σL和σt的

兩個(gè)正態(tài)分布的合成合成瞬時(shí)值變動(dòng)幅度曲線

不同的頻率時(shí)，表示

相對于中值的變動(dòng)本文檔共57頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分512.通信概率MS在無線覆蓋區(qū)邊緣進(jìn)行滿意通話的成功概率包括：位置概率和時(shí)間概率

信號中值隨位置變化遠(yuǎn)大于隨時(shí)間的變化，因此，時(shí)間概率可忽略中值隨位置呈正態(tài)分布本文檔共57頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分52通信概率與系統(tǒng)余量的關(guān)系可根據(jù)p(x)和σ確定SM

也可根據(jù)SM和σ確定p(x)本文檔共57頁；當(dāng)前第52頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分53若要求在無線區(qū)覆蓋邊緣90%的位置上和90%的時(shí)間里達(dá)到規(guī)定的話音質(zhì)量，則σL用σ代替，，式中σL與σt可查表得到。在系統(tǒng)其它參數(shù)不變的情況下，要提高系統(tǒng)的通信概率，只能縮短通信距離以減小路徑衰耗中值，減小的衰耗中值即為系統(tǒng)余量。系統(tǒng)以減小傳播距離為代價(jià)提高通信概率本文檔共57頁；當(dāng)前第53頁；編輯于星期二\16點(diǎn)57分547.3.4覆蓋設(shè)計(jì)傳播模型的選用及修正不同模型適用于不同的應(yīng)用環(huán)境模型的適用范圍當(dāng)?shù)氐膫鞑l件常用模型的比較各種模型在預(yù)