無線傳播特性

無線傳播特性第1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄一、無線傳播基本原理二、無線傳播的特點三、無線傳播模型四、模型校正第2頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月無線電波波段劃分不同的頻段內(nèi)的頻率具有不同的傳播特性第3頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月電場電場電場振子電波傳輸方向磁場磁場電磁波的產(chǎn)生根據(jù)Maxwell方程組：空間某處只要有變化的磁場就能激發(fā)出渦旋電場，而變化的電場又能激發(fā)渦旋磁場。交變的電場和磁場互相激發(fā)就形成了連續(xù)不斷的電磁振蕩即電磁波。電磁波的速度只隨介質(zhì)的電和磁的性質(zhì)而變化，電微波在真空中傳播的速度，等于光在真空中傳播的速度。光和電磁波在本質(zhì)上是相同的，光是一定波長的電磁波。第4頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁波的傳播池塘中的波紋：能量從源點向四周傳播，并逐漸減弱電磁波的傳播與此類似，不同之處（當輻射源是各向同性的理想點源時）：在三維空間以球面波的形式傳播傳播介質(zhì)不同，空氣、障礙物、反射物第5頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月無線傳播的理論基礎(chǔ)在自由空間中，由點源發(fā)射的正弦波向各個方向輻射球面波，此時該點源稱為各向同性輻射源假設(shè)點源發(fā)射功率為Prad(W)，在距離d(m)處的單位面積功率（即Poynting矢量）為：對于實際天線，若輻射功率為Pt(W)，天線增益為Gt(dBi)

，則Poynting矢量為：第6頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月無線傳播的理論基礎(chǔ)若接收天線有效接收面積為Ae(m2)，增益為Gr(dBi)

，則兩者關(guān)系：因此在距離d處接收到的功率為：無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計的理論基礎(chǔ)是傳播損耗，自由空間傳播損耗為：其它傳播模型都是以自由空間傳播模型為理論基礎(chǔ)發(fā)展起來的第7頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄一、無線傳播基本原理二、無線傳播的特點三、無線傳播模型四、模型校正第8頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月①建筑物反射波②繞射波③直射波④地面反射波無線傳播的特點陸地移動通信的電波傳播機制實際環(huán)境的無線傳播LOS和NLOS第9頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月無線信道特征d(m)Pr(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落無線信道隨用戶的位置和時間而變化多徑散射、陰影遮擋使得接收功率發(fā)生劇烈變化慢衰落衰減：Pr正比于1/dn陰影：障礙物遮擋快衰落多徑效應在很小的距離間隔和時間間隔上，信號強度快速變化產(chǎn)生Doppler頻移產(chǎn)生時延擴展第10頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月分集技術(shù)抗快衰落措施－分集技術(shù)－顯分集空間分集極化分集頻率分集：GSM--跳頻，WCDMA--擴頻技術(shù)其它：方向性分集、場分集、發(fā)射分集－隱分集隱分集即是利用信號處理技術(shù)將分集作用隱含在被傳輸信號之中，如RAKE接收技術(shù)、信道交織、糾錯編碼等可看作時間分集第11頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月時延擴展多徑傳播：不同路徑的信號到達接收機的時間不同當多徑信號不能被接收機區(qū)分時就產(chǎn)生同信道干擾（CCI），對于WCDMA系統(tǒng)，多徑時延必須大于一個碼片周期(0.26μs)才能被識別典型值(μs):Open<0.2,Suburban=0.5,Urban=3解決均衡、RAKE技術(shù)第12頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月Doppler頻移Doppler效應的例子：火車經(jīng)過你的身邊移動通信中的Doppler頻移V：移動臺速度：信號到達角度第13頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月TRTR繞射損耗穿透損耗地物損耗損耗第14頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月特點電磁波在繞射點四處擴散繞射波覆蓋除障礙物外的所有方向擴散損耗最為嚴重計算公式復雜，隨不同繞射常數(shù)變化繞射損耗第15頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月XdBmWdBm穿透損耗=X-W=BdB電磁波穿透墻體的反射和折射

室內(nèi)信號取決于建筑物的穿透損耗室內(nèi)窗口處與室內(nèi)中部信號差別較大建筑物材質(zhì)對穿透損耗影響較大電磁波的入射角對穿透損耗影響較大穿透損耗第16頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

物體阻擋/穿透損耗為：

隔墻阻擋：5～20dB

樓層阻擋：＞20dB，

室內(nèi)損耗值是樓層高度的函數(shù)，-1.9dB/層

家具和其它障礙物的阻擋：2～15dB

厚玻璃：6～10dB

火車車廂的穿透損耗為：15～30dB

電梯的穿透損耗：30dB左右

茂密樹葉損耗：10dB

穿透損耗第17頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月地面性質(zhì)水面稻田田野城市、山地、森林等效地面反射系數(shù)0.9～10.6～0.80.3～0.50.1～0.2反射損耗（dB）0～12～46～1014～20反射損耗第18頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月無線傳播環(huán)境電波傳播受地形結(jié)構(gòu)和人為環(huán)境的影響，無線傳播環(huán)境直接決定傳播模型的選取。影響傳播環(huán)境的主要因素：

地貌：高山、丘陵、平原、水域、植被地物：建筑物、道路、橋梁噪聲：自然噪聲、人為噪聲氣候：雨、雪、冰（對UHF頻段影響微小）第19頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月無線傳播環(huán)境傳播環(huán)境分類參照ITU-RP.1411-1，結(jié)合中國國情，分類如下傳播環(huán)境描述密集城區(qū)高樓林立，信號幾乎不可能從建筑物屋頂繞射傳播普通城區(qū)街道較寬，建筑物較低，信號可以從屋頂繞射郊區(qū)建筑物較低矮，且較稀疏鄉(xiāng)村建筑物低矮，稀疏，植被較多山區(qū)公路室內(nèi)第20頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月無線傳播環(huán)境傳播環(huán)境分類對應的小區(qū)類型小區(qū)類型小區(qū)半徑典型天線安裝位置Macro-cell>500m天線安裝于室外，高于周圍屋頂平均高度Micro-cell100~500m天線安裝于室外，低于周圍屋頂平均高度Pico-cell<100m天線安裝于室內(nèi)或室外，低于周圍所有屋頂高度其它新的小區(qū)分類，如Mini-cell…第21頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄一、無線傳播基本原理二、無線傳播的特點三、無線傳播模型四、模型校正第22頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月確定性模型自由空間模型雙線模型RayTracing傳播模型分類經(jīng)驗模型Okumura-HataCOST231-HataCOST231Walfish-IkegamiKeenan-Motley半經(jīng)驗模型計算機輔助計算模型

第23頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月Okumura-HataCOST231-HataCOST231Walfish-Ikegami室內(nèi)傳播模型計算機輔助計算模型常用傳播模型第24頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月自由空間傳播模型Lfs=91.48+20lgd, forf=900MHzLfs=97.98+20lgd, forf=1900MHzLfs=99+20lgd, forf=2100MHz自由空間傳播模型適用于具有各向同性傳播介質(zhì)（如真空）的無線環(huán)境，是理論模型。該環(huán)境在現(xiàn)實中并不存在，但空氣介質(zhì)近似于各向同性介質(zhì)。第25頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月Okumura-Hata模型市區(qū):Lu(dB)=69.55+26.16*log(f)?13.82*log(Hb)?a(Hm)+

[44.9?6.55*log(Hb)]*log(d)其中，a(Hm)為移動臺天線高度修正因子。對于中等城市：a(Hm)=

[1.1*log(f)?0.7]*Hm?

[1.56*log(f)?0.8]對于大城市：a(Hm)=8.29*[log(1.54*Hm)]2?1.1 forf<=200MHz（不適合現(xiàn)有移動通信體制）a(Hm)=3.2*[log(11.75*Hm)]2?4.97 forf>=400MHz第26頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月Okumura-Hata模型郊區(qū)：Lsu(dB)=Lu?2*[log(f/28)]2?5.4鄉(xiāng)村半開闊地：Lrqo(dB)=Lu?4.78*[log(f)]2+18.33*log(f)?35.94鄉(xiāng)村開闊地：Lro(dB)=Lu?4.78*[log(f)]2+18.33*log(f)?40.94第27頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月Okumura-Hata模型適用范圍： 頻率范圍f:

150~1500MHz 基站天線高度Hb:

30~200m 移動臺高度Hm:

1~10m 距離d:

1~20km宏蜂窩模型基站天線高度高于周圍建筑物1km以內(nèi)預測不適用頻率超過1500MHz以上時不適用第28頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月COST231-Hata模型市區(qū)：Lu(dB)=46.3+33.9*log(f)?13.82*log(Hb)?a(Hm)+

[44.9?6.55*log(Hb)]*log(d)+Cm其中， a(Hm)=

[1.1*log(f)?0.7]*Hm?

[1.56*log(f)?0.8] Cm=0dBformediumsizedcityandsuburbancentreswithmoderatetreedensity Cm=3dBformetropolitancentres郊區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的修正值與Okumura-Hata模型相同第29頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月COST231-Hata模型適用范圍： 頻率范圍f:

1500~2000MHz 基站天線高度Hb:

30~200m 移動臺高度Hm:

1~10m 距離d:

1~20km宏蜂窩模型基站天線高度高于周圍建筑物1km以內(nèi)預測不適用頻率超過2000MHz或低于1500MHz時不適用第30頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月COST231Walfish-Ikegami模型基站與移動臺之間無可視路徑（Non-LOS）Lb=Lo forLrts+Lmsd<=0其中，Lo為自由空間傳播損耗第31頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月COST231Walfish-Ikegami模型Lrts:屋頂?shù)浇值赖睦@射和散射損耗其中，第32頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月COST231Walfish-Ikegami模型Lmsd:多重屏障損耗其中，第33頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月COST231Walfish-Ikegami模型Lmsd:多重屏障損耗其中，對于樹木密度適中的中等城市：對于大城市：第34頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月COST231Walfish-Ikegami模型Lb=42.6+26*log(d)+20*log(f) ford>=0.020kmOr:Lb=Lo ford<0.02km其中，Lo為自由空間傳播損耗基站與移動臺之間有可視路徑（LOS）對于高樓林立的街道（StreetCanyon）傳播環(huán)境，基站天線通常低于周圍建筑物的屋頂高度。受傳播環(huán)境的影響，無線信號通常只能沿街道走向傳播。第35頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月COST231Walfish-Ikegami模型適用范圍： 頻率范圍f:

800~2000MHz 基站天線高度Hbase:

4~50m 移動臺高度Hmobile:

1~3m 距離d:

0.02~5km 建筑物高度Hroof(m)

路面寬度w(m)

建筑物間距b(m)

相對直射波方向的街道走向α()

市區(qū)環(huán)境，宏蜂窩或微蜂窩郊區(qū)環(huán)境或鄉(xiāng)村環(huán)境不適用第36頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月室內(nèi)傳播模型室內(nèi)環(huán)境與室外環(huán)境差異巨大，室外模型不適用于室內(nèi)環(huán)境L=37+30Log10(R)+18.3n((n+2)/(n+1)-0.46)

f：頻率(MHz)R：天線到移動臺距離(m)n：天線到移動臺之間相隔的樓層數(shù)第37頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月計算機輔助計算模型為便于計算，各種規(guī)劃軟件均具有自身的傳播模型數(shù)學公式這些模型可以通過模型校正來調(diào)整參數(shù)使其更接近實際環(huán)境常用的有Planet，Asset，Atoll模型校正后的模型比經(jīng)驗模型適用范圍更廣必需準確的、滿足精度要求的地理數(shù)據(jù)庫第38頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月WCDMA系統(tǒng)需要的傳播模型Where:R isthebasestation-mobilestationseparationinkilometres;f isthecarrierfrequencyof2000MHz;hb isthebasestationantennaheight,inmetres,measuredfromthe average rooftoplevel

3GPP推薦的傳播模型第39頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)有模型的適用性郊區(qū)、鄉(xiāng)村：宏蜂窩模型適用，如COST231-HATA，視需要校正城區(qū)、密集城區(qū)：宏蜂窩模型、微蜂窩模型，適合于初始簡單規(guī)劃用于詳細規(guī)劃時，經(jīng)典的宏蜂窩模型和微蜂窩模型存在缺陷：城市建筑物的影響考慮不完善密集城區(qū)街道的波導效應沒有考慮模型校正工作量巨大華為在香港3G項目規(guī)劃時，采用RayTracing

模型第40頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月RayTracing模型經(jīng)驗模型，如Okumura-Hata、COST231-HATA、COST231WI等模型建立在實測統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，直觀可靠,經(jīng)驗模型仍然是當今進行移動通信場強預測的主要工具；但是用該方法所得出的電波傳播模型對環(huán)境的依賴性較大,對實測設(shè)備、數(shù)字地圖的要求也較高,使得經(jīng)驗模型的實用性存在一定問題。確定性模型，如RayTracing，應用電磁波傳播理論來建立預測模型,基礎(chǔ)牢固,結(jié)果更具有普遍性,獲得人們愈來愈多的關(guān)注，并已經(jīng)形成商用軟件。RayTracing模型預測精度較高、模型校正工作量小或基本不需要校正但需要高精度數(shù)字地圖、高性能計算機第41頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月RayTracing模型香港島、九龍第42頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月RayTracing模型香港島局部第43頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月RayTracing模型COST231-Hata預測結(jié)果RayTacing預測結(jié)果預測結(jié)果差異第44頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄一、無線傳播基本原理二、無線傳播的特點三、無線傳播模型四、模型校正第45頁，