《无线传播理论和传播模型》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无线传播理论和传播模型（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、无线传播理论和传播模型,本课程重点,电波传播基础：直射、反射、绕射和散射，城区和开阔地的电波传播特点，陆地移动通信的电波传播特点，大、中、小尺度衰落，多径衰落 自由空间的电波传播计算，天线的远场 传播模型的分类：经验模型，半经验模型和确定性模型。三类小区：宏小区、微小区和微微小区以及各自的特点 常用的传播模型：OkumuraHata模型，COST231Hata模型，COST231WIM模型，Standard Macrocell模型，室内传播模型,电波传播基础,自由空间的电波传播,无线传播模型的分类,常用的传播模型,课程内容,无线电波,无线电波是无线通信中信息传播的载体 无线电波无处不在 无线广
2、播 无线电视 卫星通信 移动通信 雷达,无线电波,无线电波的传播 速度、频率和波长,无线电波的基本传播机制,直射 反射 散射 绕射（衍射）,反射,发生在光滑的、远大于波长的介质表面，如平坦的陆地、海面、建筑物和墙壁等物体的表面,反射,电波在不同性质的介质交界处，会有一部分发生反射，一部分通过 如果第二介质为理想导体，则所有的入射能量被反射回第一介质，没有能量损耗,反射,反射波和传输波的电场强度取决于菲涅尔反射系数 反射系数与材料的电导率、介电常数，以及波的极化方式、入射角和频率有关 电磁波投射到介质分界面上而不发生反射的入射角称为Brewster（布鲁斯特）角，此时反射系数为0,绕射,当接收机
3、和发射机之间的无线路径被物体的边缘阻挡时发生绕射,绕射使得无线电信号能够传播到阻挡物后面。,绕射损耗,收发之间有阻挡物和没有阻挡物两种情况接收场强的比值,绕射损耗的William C.Y.Lee近似解,散射,当电磁波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射,散射波产生于粗糙表面、小物体或其它不规则物体。在实际通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等都会引发散射,城区的电波传播,很少有直射波能直接到达移动台，大部分情况，接收的信号主要是反射波、绕射波和散射波的叠加,城区的电波传播,电波在城市峡谷中的波导效应,开阔地的电波传播,在开阔地，电波传播方式相对简单，主要以直
4、射波和反射波为主,陆地移动通信中的无线信号,陆地无线电波传播极其复杂，存在直射、反射、绕射和散射等多种传播方式和多径，有时会引起严重的信号衰落 基站发出的无线电信号的传播路径损耗受地面地形地物的影响很大，基站越高信号传得越远 无线电波传播还和频率相关，频率越高，传播路径损耗越大，绕射能力越弱，传播的距离也越近,陆地移动通信中的无线信号,小尺度衰落 描述多径衰落，通常服从瑞利概率密度函数，因而也称为瑞利衰落,大尺度衰落 描述由距离引起的信号的衰减，中值信号功率与距离长度增加的某次幂成反比变化,中尺度衰落 描述阴影衰落，变化趋向于正态（高斯）分布，通常称为对数正态衰落,陆地移动通信中的无线信号,多
5、径衰落,当接收机在可引起反射、绕射的复杂环境下移动时，在不到一个波长范围内会出现几十分贝的电平变化和激烈的相位摆动,电波传播基础,自由空间的电波传播,无线传播模型的分类,常用的传播模型,课程内容,自由空间的电波传播,自由空间电波传播损耗是无线电工程的一个基本参数，可提供一个有用的比较标准，来评价传输路径的性能 所谓自由空间是指充满均匀、线性、各向同性理想介质的无限大空间。在自由空间中，电磁波能量没有介质损耗，还不需要考虑边界条件 无限大真空空间是自由空间的一个典例,自由空间的电波传播,Pr:接收信号功率 Pt：发射信号功率 Gt：发射天线增益 Gr：接收天线增益 d：接收和发射天线之间的距离
6、：射频信号波长,自由空间传播的路径损耗,自由空间传播路径损耗（发射天线和接收天线都为点源天线）可写为：,传播距离越远，路径损耗越大,电波的频率越高，路径损耗也越大,自由空间的路径损耗,自由空间的路径损耗与频率和距离的关系：,自由空间的路径损耗计算前提条件,必须要满足天线的远场，天线的近场与远场是以距离 划分：,（D 为天线的最大物理尺寸）,且要求,及,自由空间的路径损耗计算前提条件,如工作频段850M的一个室外基站天线，假设天线的最大尺寸为2m，我们计算得到其远场距离为：,电波传播基础,自由空间的电波传播,无线传播模型的分类,常用的传播模型,课程内容,传播模型的分类,传播模型按性质来分可以分为
7、: 经验模型 半经验模型 确定性模型,经验模型,经验模型是根据大量的测试结果统计分析后导出的公式 如： OkumuraHata模型 COST231-Hata模型,半经验模型,半经验模型是在经验性模型基础上改进而成 COST231 Walfisch-Ikegami模型 校正之后的Standard Macrocell模型,确定性模型,确定性模型是对实际的现场环境直接应用电磁理论计算的方法 环境的描述从地形地物数据库中得到，环境描述的精度决定确定性模型的精度 通常基于几何绕射理论（GTD）、物理光学（PO）的射线跟踪或其他精确方法,Ray Tracing模型,三类小区,宏小区（宏蜂窝）：覆盖半径大于
8、1km 微小区（微蜂窝）：覆盖半径在0.11km之间 微微小区（微微蜂窝）：覆盖半径在0.010.1km之间,宏小区,宏小区（宏蜂窝） 覆盖半径通常大于1Km 高发射功率，大于10W，最高可达80W甚至更高 高增益天线，天线高过周围环境 常用于郊区、农村、公路等覆盖 通常采用经验传播模型或半经验传播模型进行预测,微小区,微小区（或微蜂窝） 覆盖半径在0.11公里之间 发射功率通常大于1W 中等增益天线，天线架设在和周围环境高度相当或者更低的位置 常用于话务热点或小盲区的连续覆盖 通常采用半经验模型或确定性（如射线跟踪）模型进行预测,微微小区,微微小区（或微微蜂窝） 微微小区的典型半径是在0.0
9、10.1km之间 发射功率通常只有几十毫瓦 小增益天线，在屋顶下面或者在建筑物内 常用于写字楼、商场、宾馆、会议中心等对覆盖要求高和高话务量的区域 通常采用半经验模型或确定性（如射线跟踪）模型进行预测,电波传播基础,自由空间的电波传播,无线传播模型的分类,常用的传播模型,课程内容,常用传播模型,OkumuraHata模型 COST231Hata模型 COST231WIM模型 Standard Macrocell模型 室内传播模型,OkumuraHata模型,Hata 在 Okumura 模型基础上，设定了一系列的限制条件，通过曲线拟合出来的经验公式 模型假设条件： 作为两个全向天线之间的传播损
10、耗处理； 作为准平滑地形而不是不规则地形处理； 以城市市区的传播损耗公式作为标准，其他地区采用校正公式进行修正。,Okumura-Hata 模型,适用频段f为1501500MHz；,基站天线有效高度为30200米；,移动台天线高度为110米；,通信距离为135km；,OkumuraHata模型,为天线高度增益校正因子 为在郊区和开阔区域中应用小城市的校正因子,Okumura-Hata模型,基站高150米 移动台高1.5米 频率为900MHz,COST231-Hata模型,COST231-Hata模型也是以Okumura等人的测试结果为依据，通过对较高频段的Okumura传播曲线进行分析得到的公
11、式 适用条件: f为15002000MHz； 基站天线有效高度为30200米； 移动台天线高度为110米； 通信距离为135km；,COST231-Hata模型公式,环境校正因子,Cost231-WIM模型公式,Standard Macrocell模型,移动台距基站的距离 基站天线的有效高度 绕射损耗 地物校正因子,Standard Macrocell模型,基站天线的有效高度算法会影响斜率的取值,基站有效天线高度算法,基站有效天线高度算法 绝对高度算法 平均高度算法 相对高度算法 斜率高度算法,有效高度固定不变 不考虑地形因素,基站有效天线高度算法,基站有效天线高度算法 绝对高度算法 平均高度
12、算法 相对高度算法 斜率高度算法,高出预测区域内平均海拔的高度 考虑地形因素,基站有效天线高度算法,基站有效天线高度算法 绝对高度算法 平均高度算法 相对高度算法 斜率高度算法,高出移动台的相对高度 考虑地形因素,基站有效天线高度算法,基站有效天线高度算法 绝对高度算法 平均高度算法 相对高度算法 斜率高度算法,有效高度受移动台所处位置影响 考虑地形因素 适合地势起伏较大的区域,两段式Standard Macrocell模型,校正过的两段式模型参数使预测更精确,Standard Macrocell模型中的Clutter Loss,Clutter Loss Offset in dB Height
13、 and Separation Through Loss in dB/Km,室外传播模型的应用,不同精度的模型,室内传播模型,对数距离模型,s,注：国外某建筑物的实测得到的路径损耗指数和标准差,室内传播模型,衰减因子模型,注：国外某建筑物的实测得到的FAF和测量与预测误差的标准差 路径损耗指数n1典型取值为2.8,s,室内传播模型的应用,要点回顾,电波传播基础：直射、反射、绕射和散射，城区和开阔地的电波传播特点，陆地移动通信的电波传播特点，大、中、小尺度衰落，多径衰落 自由空间的电波传播计算，天线的远场 传播模型的分类：经验模型，半经验模型和确定性模型。三类小区：宏小区、微小区和微微小区以及各自的特点 常用的传播模型：OkumuraHata模型，COST231Hata模型，COST231WIM模型，Standard Macrocell模型，室内传播模型,
