第8章天線與電波傳播.ppt

1、1,移動通信技術,第8章 天線與電波傳播,2,第8章 天線與電波傳播,內(nèi)容 天線的基本特性、基站天線的類型、天線的下傾、智能天線及天線的輻射功率 表征電波傳播衰耗特性的數(shù)字特征、OM模型概念 任意地形、地物衰耗場強中值和信號中值的預測 電波傳播電路的計算、覆蓋設計,3,第8章 天線與電波傳播,重點 自由空間傳播衰耗 OM模型及任意地形、地物情況下電波傳播衰耗中值的預測 系統(tǒng)均衡 難點 天線的基本特性 電波傳播衰耗特性的數(shù)字特征 任意地形、地物情況下電波傳播衰耗中值的預測,4,第8章 天線與電波傳播,目的和要求 了解天線的基本特性、類型 掌握自由空間傳輸衰耗、OM模型及電波傳播衰耗中值的計算方法

2、 了解電波傳播電路計算,5,8.1天線基本概念,天線基本特性 天線的方向性 指天線向一定方向輻射電磁波的能力 對接收天線表示天線對來自不同方向的電波的接收能力 方向圖 天線方向的選擇性常用方向圖來表示 輻射方向圖：以天線為球心的等半徑球面上，相對場強隨坐標變量和變化的圖形 工程設計中一般使用二維方向圖 無線網(wǎng)絡優(yōu)化中需使用三維方向圖,6,8.1天線基本概念,二維方向圖,7,8.1天線基本概念,三維方向圖,8,8.1天線基本概念,波束寬度 方向圖中通常都有兩個瓣或多個瓣 其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣 波束寬度：主瓣兩半功率點間的夾角 又稱為半功率（角）波束寬度、3dB波束寬度 主瓣波束

3、寬度越窄，方向性越好，抗干擾能力越強 經(jīng)常考慮3dB、10dB波束寬度,9,8.1天線基本概念,波束寬度示意圖,10,8.1天線基本概念,前后比 天線方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比 前后比值越大，天線定向接收性能就越好 基本半波振子天線的前后比為，對來自振子前后的相同信號電波具有相同的接收能力 以dB表示的前后比=10log前向功率/反向功率 典型值為25dB左右，有一個盡可能小的反向功率,11,8.1天線基本概念,天線的增益 天線功率增益表示在某特定方向上能量集中能力 天線增益指在相同輸入功率下，天線在最大輻射方向上某點產(chǎn)生的輻射功率密度和將其用參考天線替代后在同一點產(chǎn)生的輻射功率密

4、度之比 參考天線為全方向性天線(在所有方向上輻射功率密度都均勻相同)：增益用dBi表示 參考天線為半波振子天線:增益用dBd表示 同一個天線用dBd和dBi分別表示時的轉(zhuǎn)換關系為：0dBd=2.14dBi,12,8.1天線基本概念,天線增益,13,8.1天線基本概念,天線的極化 平面波按極化可分為線極化波、圓極化波（或橢圓極化波） 極化是指在垂直于傳播方向的波陣面上，電場強度矢量端點隨時間變化的軌跡 如軌跡為直線，該平面波就是線極化波 線極化波可分為垂直線極化波和水平線極化波；還有45傾斜的極化波 如軌跡為圓或橢圓，就是圓極化波或橢圓極化波,14,8.1天線基本概念,天線的極化示意圖,15,8

5、.1天線基本概念,天線的極化方向：天線輻射的電磁場的電場方向 基站天線一般采用的都是垂直放置的線極化天線 為改善接收性能和減少基站天線數(shù)，基站天線開始用雙極化天線，既能收發(fā)水平極化波，又能收發(fā)垂直極化波,16,8.1天線基本概念,天線的帶寬 用來描述天線處于良好的工作狀態(tài)下的頻率范圍 工作帶寬可根據(jù)天線的方向圖特性、輸入阻抗或電壓駐波比的要求確定 通常帶寬定義為：天線增益下降3dB時的頻帶寬度，或在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度 在移動通信系統(tǒng)中：當天線的輸入駐波比1.5時，天線的工作帶寬 天線的工作波長不是最佳時天線性能要下降,17,8.1天線基本概念,例：天線的頻帶寬度=890-820=

6、70MHz,18,8.1天線基本概念,天線的輻射特性 導線載有交變電流時，可形成電磁波輻射 輻射的能力與導線的長短和形狀有關 能產(chǎn)生顯著輻射的直導線稱為振子,19,8.1天線基本概念,天線的功能就是控制輻射能量的去向 一個單一的對稱振子具有“面包圈”形的方向圖,20,8.1天線基本概念,對稱振子組陣控制輻射能量構成“扁平的面包圈” 把信號集中到所需要的地方 例：設一個對稱振子天線在接收機中有1mW的功率，由4個對稱振子構成的天線陣的接收機就有4mW的功率，天線增益為10log(4mW/1mW)=6dBd,21,8.1天線基本概念,利用反射板可把輻射能量控制聚焦到一個方向，反射面放在陣列的一邊構

7、成扇形覆蓋天線 進一步提高了增益 例：扇形覆蓋天線與單個對稱振子相比的增益為10log(8mW/1mW)=9dBd,22,8.1天線基本概念,基本電振子 無限小的線電流元，即其長度L遠小于波長 基本電振子的輻射是有方向性的,23,8.1天線基本概念,電對稱振子 最簡單的天線是對稱振子 由兩段同樣粗細和長度為L的直導線構成，在天線中間的兩個端點之間饋電 半波振子天線長度與波長的關系可表示為2L=/2 全波振子天線長度與波長的關系為2L=,24,8.1天線基本概念,幾個名詞 對稱振子：兩臂長度相等的振子，每臂長度為/4 全波對稱振子：全長與波長相等的振子 折合振子：將振子折合起來 隨著長度L的增加

8、，方向圖變得比較尖銳 L/2時，除了主瓣外還有副瓣 L=時，在垂直于振軸線的方向上沒有輻射 /2的對稱振子在800MHz頻段約200mm長；在400MHz頻段約400mm長,25,8.1天線基本概念,基本電振子、半波振子、全波振子天線的增益,26,8.1天線基本概念,天線陣列輻射 為加強某一方向的輻射強度，常把幾副天線擺在一起構成天線陣 天線陣根據(jù)其排列可分為直線陣、平面陣和立體陣 天線陣的輻射特性主要取決于：陣元數(shù)、陣元的空間位置、陣元電流振幅分布、陣元電流相位分布 主要考慮均勻直線式天線陣：各陣元天線以相等的間距排列成一直線，電流大小相等、相位以均勻比例遞增或遞減,27,8.1天線基本概念

9、,基站天線的類型 全向天線 在水平各個方向上功率均勻地輻射，水平方向圖的形狀基本為圓形 垂直方向圖上，輻射能量是集中的，可獲得天線增益 一般由半波振子排列成的直線陣構成，并把按設計要求的功率和相位饋送到各個半波振子，以提高輻射方向上的功率 振子單元數(shù)每增加一倍(相應于長度增加一倍)，增益增加3dB 典型的增益值是69dBd 受限制的因素主要是物理尺寸,28,8.1天線基本概念,定向天線 定向天線的水平和垂直輻射方向圖是非均勻的 常稱為扇區(qū)天線，輻射功率或多或少集中在一個方向 使用方向天線有兩個原因：覆蓋擴展及頻率復用 使用方向天線可改善蜂窩移動網(wǎng)中的干擾 定向天線一般由直線天線陣加上反射板 構

10、成或直接采用方向天線 典型增益值是916dBd 結(jié)構上一般為816個單元的天線陣,29,8.1天線基本概念,特殊天線 用于特殊場合信號覆蓋的天線 泄漏同軸電纜：用于室內(nèi)或隧道中的覆蓋 泄漏同軸電纜外層窄縫允許所傳送的信號能量沿整個電纜長度不斷泄漏輻射 接收信號能從窄縫進入電纜傳送到基站 使用泄漏同軸電纜時，沒有增益 為了延伸覆蓋范圍可以使用雙向放大器 通常能滿足大多數(shù)應用的典型傳輸功率值是2030W,30,8.1天線基本概念,多天線系統(tǒng) 許多單獨天線形成的合成輻射方向圖 最簡單的類型是在塔上相反方向安裝兩個方向性天線，通過功率分配器饋電 目的：用一個小區(qū)覆蓋大范圍，比用兩個小區(qū)情況所使用的信道

11、數(shù)要少 使用：不能使用全向天線，或當所需的增益(較大的覆蓋面積)比一個全向天線系統(tǒng)所能提供的要大時，可用多天線系統(tǒng)來形成全向方向圖 典型增益：單獨天線增益減去功率分配器帶來的3dB損耗,31,8.1天線基本概念,天線分集技術 分集技術用于移動通信系統(tǒng)中解決衰落問題 基站接收也采用分集接收技術 對用電池供電的MS，不能用提高發(fā)射功率滿足衰落儲備,32,8.1天線基本概念,天線下傾 天線下傾可改善系統(tǒng)的抗干擾性能 天線下傾主要是改變天線的垂直方向圖主瓣指向，使垂直方向圖的主瓣信號指向覆蓋小區(qū)，而垂直方向圖的零點或副瓣對準受其干擾的同頻小區(qū) 改善服務小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的信號強度 提高服務小區(qū)內(nèi)的C/I值

12、，減少對遠處同頻小區(qū)的干擾 提高系統(tǒng)的頻率復用能力，增加系統(tǒng)容量 改善基站附近的室內(nèi)覆蓋性能,33,8.1天線基本概念,兩種方式 機械下傾：通過機械裝置調(diào)節(jié)天線向下傾斜所需角度 電下傾：通過調(diào)節(jié)天線各振子單元相位(相控陣天線技術)，使天線垂直方向圖主瓣下傾一定角度，而天線本身仍保持和地面成垂直放置的位置,34,8.1天線基本概念,機械下傾天線 天線向下傾斜對覆蓋范圍的影響,35,8.1天線基本概念,利用方向圖中的凹坑減少同頻干擾 天線方向圖中的凹坑準確地對準被干擾小區(qū)，可以利用凹坑減少同頻干擾 對水平波束寬度為60的天線，向下傾斜角應選在1416，此時凹坑最大 為保證其覆蓋范圍，還須調(diào)整基站發(fā)

13、射功率 不同類型的天線，垂直方向圖不同，凹坑所對應的下傾角也不同,36,8.1天線基本概念,天線向下傾斜對抗同頻干擾能力的改善 例：服務小區(qū)天線固定下傾5時的載干比C/I分布圖,37,8.1天線基本概念,利用天線下傾降低同頻干擾時，下傾角須根據(jù)天線的三維方向圖具體計算后認真選擇 改善抗同頻干擾能力的大小不與下傾角成正比 要盡量減小對同頻小區(qū)的干擾，又要保證滿足服務區(qū)的覆蓋范圍 考慮實際地形、地物的影響 下傾角較大時，須考慮天線前后比和旁瓣的影響 進行場強測試和同頻干擾測試，確認C/I值的改善程度,38,8.1天線基本概念,電下傾天線 利用賦形波束技術，設計向下傾斜或抗干擾性更好的陣列定向天線

14、水平方向圖形狀不變化，覆蓋范圍減小,39,8.1天線基本概念,天線輻射能量集中在服務區(qū)內(nèi)，對其他小區(qū)干擾很小,40,8.1天線基本概念,能有效減小同頻干擾 有效地減小遠距離干擾 遠距離干擾：距離達320km遠的其他系統(tǒng)由于大氣波導原因產(chǎn)生的干擾 增加電下傾天線的高度來覆蓋盲區(qū)或弱信號點較多的丘陵地區(qū)，仍能減小同頻干擾,41,8.1天線基本概念,適用于GSM系統(tǒng)的智能天線 智能天線 多波束智能天線與自適應智能天線 目前在GMS系統(tǒng)中采用多波束智能天線 自適應天線陣列主要在3G中應用 多波束天線：一個扇區(qū)多個波束覆蓋 波束指向固定，寬度隨陣元數(shù)定，用波束切換技術隨用戶移動，基站自動選擇不同的相應波

15、束，使接收信號最強,42,8.1天線基本概念,多波束智能天線系統(tǒng) 系統(tǒng)必須在多波束智能天線與基站間添加射頻交換矩陣,43,8.1天線基本概念,分時隙多波束,44,8.1天線基本概念,多波束智能天線結(jié)構 由4個置于一條直線且相距半 個波長的陣元組成，在一個 傳統(tǒng)基站120扇區(qū)內(nèi)，該天 線產(chǎn)生4個30的并行窄波束 多波束智能天線通過檢測上行 鏈路的到達方向DOA選擇對應 的下行邏路的最佳波束,45,8.1天線基本概念,使用多波束智能天線的GSM系統(tǒng)可實現(xiàn)波束分集，解決衰落問題 分集接收的兩個支路信號取自多波束智能天線兩個波束的接收信號 采用波束分集時，要求系統(tǒng)選擇兩個最佳波束，通過射頻交換矩陣與接

16、收機的兩個分集接收端連接,46,8.1天線基本概念,典型的移動基站天線技術指標 有效輻射功率ERP ERP以理論上的點源為基準的天線輻射功率 ERP對于基站天線表示為：ERP=P-LC-Lf+Ga P是基站輸出功率，LC是合路器損耗，Lf是饋線損耗，Ga是基站天線增益 基站天線增益用dBi表示為等效各向同性輻射功率EIRP,47,8.1天線基本概念,典型指標 增益：15dBi 極化方式：垂直極化 阻抗：50 反向損耗：18dB 前后比：30dB 可調(diào)下傾角：210 3dB（半功率）波束寬度：水平：64；垂直：18 10dB波束寬度：水平：120；垂直：30 垂直上旁瓣抑制：-12dB ；垂直下

17、旁瓣抑制：-14dB,48,8.1天線基本概念,傳輸線基本概念 傳輸線(或饋線)：連接天線和發(fā)射(或接收)機輸出(或輸入)端的導線 任務：有效地傳輸信號能量 傳輸線必須屏蔽或平衡 以最小的損耗傳送信號 不拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號 應合理布局，盡量縮短饋線長度 有導體的電阻損耗和絕緣材料的介質(zhì)損耗。隨饋線長度的增加和工作頻率的提高而增加,49,8.1天線基本概念,超短波頻段的傳輸線 平行線傳輸線 由兩根平行的導線組成 是對稱式或平衡式的傳輸線 損耗大，不能用于UHF頻段 同軸電纜傳輸線 兩根導線為芯線和屏蔽銅網(wǎng) 不對稱式或不平衡式傳輸線 工作頻率范圍寬，損耗小 能屏蔽靜電，但不能屏蔽磁場的干擾 使

18、用時切忌與強電流線路并行走向，不能靠近低頻信號線路,50,8.1天線基本概念,饋線終端匹配連接 饋線終端所接負載阻抗等于饋線特性阻抗 終端負載是天線時，如天線振子較粗，輸入阻抗隨頻率的變化較小，易和饋線保持匹配 匹配時工作頻率范圍較寬 為使饋線與天線嚴格匹配，架設天線時還需通過測量，適當調(diào)整天線結(jié)構，或加裝匹配裝置,51,8.1天線基本概念,匹配 饋線和天線匹配時，高頻能量全部被負載吸收 饋線上只有入射波，沒有反射波 天線和饋線不匹配時，負載只能吸收部分能量 入射波的一部分能量反射回來形成反射波 例：反射損耗為10log(10/0.5)=13dB,52,8.1天線基本概念,電源與負載的連接 不

19、平衡電源或不平衡負載之間用同軸電纜連接，平衡電源與平衡負載間用平行傳輸線連接 平衡性或不平衡性遭到破壞時需加裝“平衡不平衡”的轉(zhuǎn)換裝置(平衡變換器) /2平衡變換器(形平衡變換器) /4四分之一波長短路傳輸線終端,53,8.1天線基本概念,/2平衡變換器(形平衡變換器) 用于不平衡饋線與平衡負載連接時的平衡變換 阻抗變換作用 例：同軸電纜的阻抗匹配,54,8.1天線基本概念,平衡-不平衡變換 四分之一波長短路傳輸線終端的高頻開路的性質(zhì)，可實現(xiàn)天線平衡輸入端口與同軸饋線不平衡輸出端口間的平衡-不平衡變換,55,8.2電波傳播,概述 統(tǒng)計數(shù)字特征 場強中值 具有50%概率的場強值稱為場強中值 場強

20、值高于規(guī)定電平值的持續(xù)時間占統(tǒng)計時間的一半時，所規(guī)定的電平值 場強中值等于接收機最低門限值時通信可通率為50%,56,8.2電波傳播,衰落深度 表示衰落的嚴重程度 用接收電平與場強中值電平之差表示 一般移動通信系統(tǒng)中，衰落深度可達2030dB 衰落持續(xù)時間 場強低于某一給定電平值的持續(xù)時間 用于表示信息傳輸受影響的程度，也可用于判斷信令誤碼的長度,57,8.2電波傳播,衰落速率 簡稱衰落率，用來描述衰落的頻繁程度，即接收信號場強變化的快慢 單位時間內(nèi)場強包絡與給定電平值ER的交點數(shù)的一半 與工作頻率、MS行進速度和行進方向等因素有關 N=V/(/2)=1.85*103*V*f(Hz) 式中V以

21、km/h為單位，f單位為MHz 系統(tǒng)設計時，音頻通帶或信令數(shù)據(jù)通帶的低端應高于衰落率,58,8.2電波傳播,場強估算模型 自由空間的傳播損耗 自由空間是一個理想的空間 電波直線傳播，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 信號從天線發(fā)散傳播，接收機只能收到發(fā)射信號功率的一部分，未收到部分可視為傳播損耗,59,8.2電波傳播,自由空間的傳播損耗Lbs Lbs=32.45+20lgf(MHz)+20lgd(km) 僅與傳輸距離、工作頻率有關，與收發(fā)天線增益無關 工作頻率提高一倍，或傳播距離增加一倍時，傳播損耗增加6dB,60,8.2電波傳播,場強估算模型 Okumura模式（

22、OM模型） Egli模型 Bullingron（BM）模型 OM模型 以日本東京城市場強中值實測結(jié)果的經(jīng)驗曲線構成 將城市視為“準平滑地形”，給出城市場強中值，對于其他地形或地物情況，則給出修正值，在場強中值基礎上進行修正 OM模型適用范圍：頻率為1001500MHz；基站天線高度為30200m；移動臺天線高度為110m；傳播距離為120km的范圍場強預測,61,8.2電波傳播,地形地物的分類 地形的分類 準平滑地形 傳播路徑地形剖面圖上，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,62,8.2電波傳播,基站天線有效高度hb hb=htn-hg

23、n hgn：從基站天線架設點起35km距離內(nèi)的平均地面海拔高度 Htn：基站天線的海拔高度 天線高度均指天線有效高度 MS天線有效高度hm 有效高度 指地面以上的高度,63,8.2電波傳播,地物的分類 按地面障礙物的密集程度和屏蔽程度分： 開闊地：在電波傳播方向上無高大樹木、建筑物等障礙物，呈開闊狀地面 郊區(qū)：移動臺周圍的障礙物不稠密 市區(qū)：移動臺周圍的障礙物稠密,64,8.2電波傳播,準平滑地形上的 電波傳播特性 市區(qū)傳播衰減中值 的預測 基本衰耗中值Am(f,d) 取決于傳播距離d、 工作頻率f Am(f,d)曲線以 hb=200m，hm=3m 為基準,65,8.2電波傳播,基站天線有效

24、高度增益因子 Hb(hb,d),66,8.2電波傳播,MS天線有效 高度增益因子 Hm(hm,f),67,8.2電波傳播,準平滑市區(qū)傳播衰減中值 L市區(qū)=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f) Hb(hb,d)、Hm(hm,f)為增益因子，計算衰減中值時取減號,68,8.2電波傳播,郊區(qū)、開闊地的 衰減中值的預測 郊區(qū)衰減中值的預測 L郊區(qū)=Ls市區(qū)- Kmr 郊區(qū)修正因子Kmr,69,8.2電波傳播,開闊地衰減中值的預測 L開闊地=Ls市區(qū)- Qo(或Qr) Qo為開闊地修正因子 Qr為準開闊地的修正因子,70,8.2電波傳播,不規(guī)則地形修正因子 丘陵地的修正因子 地形起

25、伏高度h：指自接收MS向發(fā)射的基站方向延伸10km的范圍內(nèi)，地形起伏的90%與10%處的高度差 丘陵地修正因子分為兩項 以h為參數(shù)而變化的丘陵地修正因子Kh 丘陵地微小修正因子Khf 主要是考慮在丘陵中，谷底與山峰處的屏蔽作用不同，靠近山峰處，Khf取負值，靠近山谷處，Khf取正值,71,8.2電波傳播,丘陵地的修正因子,72,8.2電波傳播,孤立山岳的修正因子Kjs 電波傳播路徑上有刃形單獨山岳時，其背后的場強計算應考慮其繞射衰減 繞射衰減修正因子Kjs在山岳高度H為200m時，以山岳到發(fā)射點的距離d1、到接收點的距離d2為參數(shù) 若山岳高度H200m，則需乘上高度影響系數(shù)=0.07，即修正因

26、子變?yōu)椋篕js,73,8.2電波傳播,孤立山岳的 修正因子Kjs,74,8.2電波傳播,斜坡地形的修正 因子Ksp 在510km內(nèi)地形傾斜 正斜坡，傾角為+m 負斜坡，傾角為-m,75,8.2電波傳播,水陸混合路徑的修正因子KS 以dSR與全距離d的比值為地形參數(shù) 水面位于MS一方時混合路徑修正因子如曲線A(實線)所示 水面位于基站一方時混合路徑的修正因子如曲線B(虛線)所示 當水面在傳播路徑中間時，則取曲線的中間值,76,8.2電波傳播,水陸混合路徑 修正因子KS,77,8.2電波傳播,其他因素對電波傳播的影響 街道走向修正因子Kaf/Kac 當電波傳播方向與街道走向平行 在縱向路線上 修正

27、因子Kaf為正值，表示場強中值高于基準場強中值 當電波傳播方向與街道走向垂直 在橫向路線上 修正因子Kac為負值，表示場強中值低于基準場強中值,78,8.2電波傳播,街道走向修正因子Kaf/Kac,79,8.2電波傳播,建筑物的穿透衰耗Lp 各個頻段的電波穿透建筑物的能力不同 不同材料、結(jié)構和樓房層數(shù)，其吸收衰耗不同 室內(nèi)傳播衰耗：Lb=L0+Lp Lb為實際路徑衰耗中值；L0為街心的路徑衰耗中值；Lp為建筑物的穿透損耗 Lp隨樓層增高而近似下降,80,8.2電波傳播,植被衰耗 由樹木、植被對電波的吸收作用引起 植被衰耗取決于樹木的高度、種類、形狀、分布密度、空氣濕度、季節(jié)變化、工作頻率、天線

28、極化、通過樹林的路徑長度等多方面的因素 大片森林對電波傳播產(chǎn)生的附加衰耗 一般垂直極化波比水平極化波的衰耗要稍大些 在城市中對電波傳播引起的衰耗與大片森林不同,81,8.2電波傳播,植被衰耗,82,8.2電波傳播,隧道中的傳播衰耗 由于隧道壁的吸收及電波干涉而產(chǎn)生 隧道中，中等功率通信設備間的通信距離，在通常情況下為200m左右，在理想條件下不超過300m 當通信系統(tǒng)中的一方天線在隧道外時，通信距離還要大大縮短 電波在隧道中的衰耗還與工作頻率有關 頻率越高，衰耗越小 當隧道出現(xiàn)分支或轉(zhuǎn)彎時，衰耗會急劇增加，彎曲度越大，衰耗越嚴重,83,8.2電波傳播,隧道中的傳播衰耗 曲線A為160MHz時隧

29、道內(nèi)兩半波偶極子天線間傳輸衰耗 曲線B為200平衡波導線的衰耗,84,8.2電波傳播,任意地形地物信號中值的預測 給定發(fā)射功率，準平滑市區(qū)接收功率中值 PP=Po-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm,f) Po為自由空間傳播條件下的接收信號功率 傳播路徑不是準平滑的市區(qū)，根據(jù)地形地物修正 Ppe = PP+ KT KT=Kmr+Q0+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+Ks 根據(jù)地形地物，KT可能是一項或多項 任意地形地物時，收發(fā)天線間的信號傳播衰減中值 LA = LT+ KT LT=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f),85,8.2電波傳播,例1：設基站天線有

30、效高度為60m，移動臺天線高度為1.5m，工作頻率為900MHz，在準平滑市區(qū)，通信距離為20km時，其傳播路徑上的衰減中值為多少？ 解：自由空間傳播衰耗Lbs=32.45+20lgf+20lgd =32.45+20lg900+20lg20 =117.56dB 查圖得Am(f,d)=33dB，Hb(hb,d)=-11dB，Hm(hm,f)=-2.5dB 根據(jù)已知條件，KT=0，則傳播衰耗中值為： LA=LT=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f) =117.56+33-(-11)-(-2.5) =164.06dB,86,8.2電波傳播,例2：若將例1中的地形改為郊區(qū)，正斜坡

31、地形，且m=15mrad，其他條件不變，則傳播衰耗中值為多少？ 解：查圖得Kmr=9dB，Ksp=4dB 根據(jù)地形可得KT=Kmr+Ksp，則傳播衰耗中值為： LA=LT-Kmr-Ksp =164.06-9-4 =151.06dB,87,8.2電波傳播,陸地移動通信電波傳播特性 場強變化的原因 場強瞬時值：快衰落 多徑衰落引起 快速、大幅度的變化 統(tǒng)計特性滿足瑞利分布，又稱為瑞利衰落 場強中值：慢衰落 陰影效應、氣象條件變化引起 變化緩慢 服從對數(shù)正態(tài)分布,88,8.2電波傳播,場強中值變動分布 場強瞬時值 在障礙物均勻的城市街道地區(qū)或森林小區(qū)間，變動分布近似服從瑞利分布 在郊區(qū)和不規(guī)則地形上

32、，近似于對數(shù)正態(tài)分布，其標準偏差=67dB 場強中值 在市區(qū)，累積分布近似服從對數(shù)正態(tài)分布，標準偏差取決于地形地物、工作頻率等因素 隨時間變化標準偏差t和隨位置變化標準偏差L 標準偏差,89,8.2電波傳播,隨通信概率變化的歸一化對數(shù)正態(tài)分布,90,8.2電波傳播,例：設通信概率為50%時，路徑損耗中值為140dB，要提高通信概率到90%，則路徑損耗為？ 解：查曲線得x值為1.28 標準偏差為=8.25dB 路徑損耗變化量為x=10.56dB Lm=140dB-1.28=129.44dB,91,8.3電波傳播電路的計算,計算步驟 根據(jù)業(yè)務性質(zhì)和用戶要求，初步確定服務區(qū)及無線區(qū)域組成、話音質(zhì)量、

33、可靠通信概率 預定無線設備方案并進行電波傳播電路計算，即考慮噪聲、衰減等因素后計算區(qū)域覆蓋或天線高度 綜合考慮技術、成本、使用，對設備方案及無線區(qū)域組成進行調(diào)整，以獲得最佳設計,92,8.3電波傳播電路的計算,話音質(zhì)量標準 主觀評定試聽確定 分為五個等級 5級(優(yōu))：幾乎無噪聲 4級(良)：有輕微噪聲 3級(中)：有使人煩惱的噪聲 2級(差)：有非常煩人的噪聲 1級(劣)：話音幾乎不可懂 話音的可懂度隨級別的降低而降低 話音質(zhì)量標準要求移動通信網(wǎng)音頻帶內(nèi)信噪比不小于29dB,93,8.3電波傳播電路的計算,接收機允許的最小輸入信噪比 鑒頻器解調(diào)輸出輸入信噪比,94,8.3電波傳播電路的計算,接

34、收機允許的最小輸入信噪比 無線接力傳輸 系統(tǒng)終端輸出噪聲是多次轉(zhuǎn)發(fā)信號所產(chǎn)生噪聲按功率疊加 接收機允許的最小輸入信噪比 (Si/Ni)FM(So/No)FM-GFM+10lg(r+1) GFM ：調(diào)頻接收機的信噪比改善度 r：最大可能轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù) 在工程上，必須將計算出的(Si/Ni)FM與門限信噪比比較 大于門限值時可用，否則，應取門限值作接收機允許的最小輸入信噪比 普通鑒頻器，一般為9dB；如果采用鎖相環(huán)解調(diào)器，門限值將比普通鑒頻器下降35dB,95,8.3電波傳播電路的計算,接收機允許最小輸入功率中值Pmin和移動臺、基站間電波傳播衰減中值的計算 接收機允許的最小輸入功率中值Pmin NF為

35、接收機噪聲系數(shù)；K為波爾茲曼常數(shù)；T為絕對溫度；Bi為接收機帶寬；D為惡化量；C為中值變動量,96,8.3電波傳播電路的計算,電波傳播衰減中值LA的計算 LA=Pm+Gm+Gb-LC-Lf-Pmin Pm為移動臺發(fā)射功率（dBW）；Gm為移動臺天線增益（dB）；Gb為基站天線增益（dB）；LC為基站天線共用器總衰耗（dB）；Lf為基站、移動臺饋線衰耗（dB）,97,8.3電波傳播電路的計算,通信概率 通信概率：移動臺在無線覆蓋區(qū)邊緣進行滿意通話的成功概率，包括位置概率和時間概率 接收信號的中值電平概率密度 Pmin為接收機輸入要求的最小功率電平；aL為平均值；Pmin與aL的差值為系統(tǒng)余量SM

36、；陰影部分即為其通信概率,98,8.3電波傳播電路的計算,通信概率與 系統(tǒng)余量間的關系,99,8.3電波傳播電路的計算,可根據(jù)給定的通信概率和值確定系統(tǒng)余量；也可根據(jù)給定的系統(tǒng)余量和值獲得通信概率值 增大發(fā)射功率的方法增加無線覆蓋區(qū)邊緣的通信概率到90% 縮短通信距離為可減小路徑衰耗中值，提高系統(tǒng)的通信概率，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提高通信概率,100,8.3電波傳播電路的計算,例1：在準平滑市區(qū)，當無線覆蓋區(qū)域邊緣的通信概率為50%時，所需的發(fā)射機輸入功率為8.5dBW（7W）。若要求其它參數(shù)不變，以增大發(fā)射功率的方法增加無線覆蓋區(qū)邊緣的通信概率到90%，則系統(tǒng)余

37、量為多大，發(fā)射機功率應增加到多少 ？ 解：查表8-3得，準平滑市區(qū)的位置標準偏差L=6dB 查圖8-50得通信概率為90%時，系統(tǒng)余量為SM=7.5dB 由于其它參量不變，通信概率的提高只依賴于發(fā)射功率的提高 所需發(fā)射機輸出功率的增加量PT=8.5+SM=16dBW（40W） 若要求在無線區(qū)覆蓋邊緣90%的位置上和90%的時間里達到規(guī)定的話音質(zhì)量，則L用代替。L與t可查表8-3得到,101,8.3電波傳播電路的計算,例2：在郊區(qū)，通信概率為50%時，路徑衰耗中值為140dB，若要求通信概率提高到90%，其它參數(shù)與例1相同，通信距離應為多少 解：查表得，郊區(qū)地形的位置標準偏差為L=7.5dB 查

38、圖8-50得通信概率為90%時，系統(tǒng)余量為SM=9.5dB 要求通信概率為90%時，路徑衰耗中值LA=140-9.5=130.5dB 再按OM模型計算可得通信距離d ,102,8.4覆蓋設計,傳播模型的選用及修正 移動公網(wǎng)的網(wǎng)路規(guī)劃中常用的傳播模型,103,8.4覆蓋設計,修正 各地的傳播環(huán)境不同可能造成較大偏差 應用時需選擇適合本地環(huán)境的模型，還須對其加以修正，通過對模型的修正，來提高預測的精度 修正需進行實地測試，通過測試獲得進行模型校正的數(shù)據(jù)，然后用測試結(jié)果修正模型中相關參數(shù)，使預測結(jié)果更接近于當?shù)貙嶋H情況,104,8.4覆蓋設計,基站覆蓋預測 在規(guī)劃中根據(jù)用戶需求對基站覆蓋區(qū)域作出預測

39、 檢驗覆蓋范圍和覆蓋區(qū)內(nèi)質(zhì)量是否達到預期目標 覆蓋區(qū)內(nèi)是否還有“盲區(qū)” 是否由于鄰小區(qū)場強過高，交叉覆蓋造成“孤島” 檢查切換區(qū)是否分布在高話務密度區(qū)域 影響基站覆蓋的主要因素 使用的頻率、服務質(zhì)量要求、發(fā)射機輸出功率、接收機可用靈敏度、使用的天饋線、通信地點的傳播環(huán)境、選用的傳播模型等,105,8.4覆蓋設計,覆蓋預測：將已選擇的基站站址和參數(shù)輸入規(guī)劃軟件，由計算機仿真來完成 網(wǎng)路建成后，要通過路測對規(guī)劃進行檢驗，并針對路測中發(fā)現(xiàn)的不足，通過調(diào)整該地區(qū)基站數(shù)、站址等進行網(wǎng)路調(diào)整和優(yōu)化，以達到預期目標,106,8.4覆蓋設計,天線分集接收 分集天線間的距離D：為了保證分集效果，接收天線和分集接收