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1、NetRein电电波传传播与覆盖预测预测 （第三课课）上海网驭驭通讯讯技术术有限公司内容提要1、陆地移动环境中的无线电电波传播2、覆盖区预测及相关因素3、传播模型4、场强测试与测试数据处理2移动环境中的电波传播第一节31、移动台的天线比较低2、移动台的移动性3、信号电平随机变化传播路径总是受到地形及人为环境的影响；各种地形环境和复杂的人为建筑物 、树林等使得接收信号为大量的散射、反射信号的迭加；移动台总是在移动，即使移动台不同，周围环境也一直在变化，如人、车的移 动、风吹动树叶等；使得基站与移动台之间的传播路径不断发生变化。还有是 移动台相对与基站的移动方向、移动速度的不同，都会导致信号电平的
2、变化；信号电平随时间和位置的变化而变化；只能用随机过程的概率分布来描述；陆地移动通信环境的特点44、在城市环境中存在着波导效应由于街道两旁有高大的建筑物，导致波导效应。结果使得沿传播方向的街道上 信号增强，垂直于传播方向的街道上信号减弱，两者相差达10dB左右。另外， 这种现象在离基站约8公里左右将减弱； 5、人为噪声现象严重比较常见的有同频干扰、邻频干扰；还有互调干扰、近端对远端比干扰等；随 着频率复用系数的提高，同邻频干扰将成为主要因素。6、干扰现象严重人为噪声主要是机动车的点火噪声；还有电力线噪声和工业噪声陆地移动通信环境的特点（续）5波导效应示意图波导效应61、电波传播模式2、信号的表
3、示方法在陆地移动通信系统中，主要的传播模式是视距内的直射波和反射波传播。大部 分情况是移动台附近散射体产生的多个反射波，即多径传播模式；多径信号的构成主要由两类：一类是从远地散射体产生的回波，这种回波的时延 较长且较稳定；另一类是从移动台附近半径为50400波长的建筑物和树林反射和 散射的回波，这类回波数量大，时延短，它们是构成多径信号的主要部分。信号是一个随机值，需要用中值和瞬时值来联合表征。实际的接收信号是在中值 的基础上叠加了瞬时值。称中值为长期衰落，瞬时值为短期衰落。m(x)为长期衰落，或本地均值，或慢衰落； r0(x)为短期衰落，或瑞利衰落，或快衰落； 电波传播模式和信号表示信号场强
4、的两种不同的表示方法用于不同的场合：以时间函数表示的信号用于 研究信号的衰落现象；而以距离函数表示的信号则用于研究传播损耗曲线。 另外，接收信号的中值电平随时间的变化远小于随位置的变化。73、长期衰落的统计特性 1、长期衰落的定义：是指接收到的衰落信号的平均值。是指在一个特定 的长度L内平均得到的信号电平值（或场强值、或损耗值）。L的取值为40个波 长内取3650个测试信号。 2、长期衰落形成的原因：是由于传播路径上的地形和人为环境结构的变化而造成的。 3、长期衰落的概率密度函数和累积概率分布函数：长期衰落的概率 密度分布服从对数正态概率密度函数，长期衰落的累积概率分布服从对数正态 累积分布。
5、长期衰落84、短期衰落的统计特性1、短期衰落的定义：是指接收的衰落信号的瞬时值。 2、短期衰落形成的原因：由于传播受到移动台周围（50100个波长内） 的散射体（主要指人为建筑物）或自然障碍（主要指树林）的反射在地面上造成 多径波干涉，结果形成驻波场。当移动台通过这个驻波场时，接收信号呈现短期 衰落，场强会起伏。 3、短期衰落的概率密度函数和累积概率分布函数：短期衰落的概率 密度分布服从瑞利概率密度函数，短期衰落的累积概率分布服从瑞利累积分布。为短期衰落r的均方根值短期衰落95、信号传播的其它特性 1、衰落电平交叉率：在单位时间内，信号中值以正斜率通过某一规定电平的预期速率。当规定电平为中值电
6、平时的衰落电平交叉率，称为衰落率。 2、衰落平均持续时间：指场强低于某一电平的持续时间，衰落平均持续时间将引起传输数据的突发差错。 3、时延展宽：在多径传播环境下，由于接收到来自各个方向的反射波的路径 时延差，对于不连续的数字脉冲信号将产生时延展宽现象。时延展宽是决定相干 带宽的唯一因素，也是产生码间干扰的主要原因。 4、相干带宽：当两个频率f1与f2的间隔大于相干带宽时，f1与f2两个信号的 衰落不相关或相关系数较小；如果两个频率f1与f2的间隔小于相干带宽时，则两 个信号的衰落相关；采用频率分集时要考虑相干带宽。 5、码间干扰：码间干扰是由于在多径传播中相对于大的时延展宽或高的传输比特率所
7、引起的。在数据传输系统中，传输比特率受到时延展宽的限制。信号传播的其它特性10电波传播模式电波传播模式11长期衰落与短期衰落信号表示：长期衰落 与短期衰落12长期衰落的采样定理长期衰落：本地均值13长期衰落的概率分布密度函数 ：对数正态分布长期衰落的对数正态分布特性14电平交叉率衰落电平交叉率151、传播损耗的定义2、传播损耗与距离的一般关系在移动通信中，随着传播距离的增加，传播损耗将增加。在120公里范围内， 大致为40dB/dec。dec为10倍距离。当距离在增大时，将增大至5060dB/dec。对于某一无线电链路，从发射天线输出端的信号经过一定的传播路径，到达接 收天线的输入端时，功率电
8、平的损耗（或衰减）值，一般用dB表示。传播损耗161、自由空间的传播损耗：2、绕射损耗：4、建筑物贯穿损耗3、传播损耗的常见类型绕射损耗分单刃绕射、多刃绕射、圆球形绕射；绕射损耗一般比较大，其中圆 球形绕射损耗最大。多刃绕射损耗可以由单刃绕射损耗累加得到。 3、反射损耗：反射损耗与反射面的反射系数（扩散系数、镜面反射系数、漫反射系数等）有 关，也和反射角的大小有关。建筑物的贯穿损耗是指电波通过建筑物的外层结构时所受到的衰减，它等于建 筑物外与建筑物内的场强中值之差。 900MHz，一般中等城市取1318dB，大城市取20dB；1800MHz加5dB传播损耗常见类型（一）175、人体损耗：手持机
9、位于使用者的腰部和肩部时，接收的信号场强比天线离开人体几个波长 时将分别降低47dB和12dB。一般人体损耗设为3dB。7、植被损耗：一般车内损耗5dB。植被损耗与树林的稠密程度、树叶形状（针叶、阔叶）、树林的厚度、树林与 接收天线的距离等有关； 在树林内部（0.2dB/m（900M）、0.3dB/m（1800M）； 部分穿过树林（绕射或20dB/dec）； 接收天线周围有树林，低于树林，大致为10dB；6、车内损耗：传播损耗常见类型（二）18菲涅尔区与传播余隙4、菲涅尔区与传播余隙1、菲涅尔区f(n)=ST+RT=SR+n* /2SRT2、传播余隙：第一菲涅尔区半径的0.577倍。满足f(n
10、)与f(n-1)的曲面之间的区域称为第n菲涅尔区。N=1时，称为第一菲涅尔 区，其是一个椭球体，第一菲涅尔区包含全部发射能量的1/2。另外测试和理论 表明，若间隙大于第一菲涅尔区半径的0.577倍，则损耗等于自由空间的损耗间隙(第一菲涅尔半径）19覆盖区预测及相关因素第二节20无线网络建设示意图211、主要的影响因素1、服务质量指标； 2、发射机输出功率； 3、接收机的可用灵敏度； 4、天线的方向性及增益； 5、天线高度； 6、工作频率； 7、传播环境（地形以及人为环境）； 8、分集接收的应用；小区覆盖范围的相关因素222、噪声受限和干扰受限1、噪声受限：覆盖区的范围受信噪比控制（S/N)，决
11、定于传播条件及人为噪声，所以又称为传播受限； 2、干扰受限：覆盖区的范围主要受载干比控制（C/I)，在用户密度高的市 区，频率复用系数高，基站区成为干扰受限。由于干扰受限是用户密度增长的 结果，又称容量受限。干扰受限还包括邻频干扰。噪声受限干扰受限同频小区小区覆盖范围的相关因素（二）231、话音质量2、覆盖区边缘无线可通率移动网一般要求三级话音。由于主观因素太强，一般用其它指标来代替。实际 规划中使用接收机灵敏度可接收的接收机输入端最低可用信号电平和干扰指标 来代替，两个指标都要满足。离基站一定距离上的接收信号电平不是一个常数，是随时间、位置不断变化的 随机量。在覆盖区边缘进行满意通话（话音质
12、量达到规定指标）的成功概率。 又称为通信概率。 通信概率与位置和时间有关。随时间的变化远小于随位置的变化，因此，主要 考虑位置因素。 由于中值电平只能保证50%时间位置的信号电平满足通信要求，这种服务 质量难以令人满意。因此，一般要求比50%高。如原来：城市90%，农村75%。 现在城市95%，农村80%。另外，交叠覆盖区的通信概率会提高。服务质量指标24由于提高了通信概率，意味着接收到的信号电平比中值还要高出一定的值，以 保证达到指定的通信概率。这个值称为系统余量。为标准偏差，城市取6.5dB，郊区取8dB，不规则地形取10dB。系统余量与恶化量指存在多径传播效应及人为噪声（主要是汽车火花干
13、扰）的情况下，为了达到 只有接收机内部噪声条件下的同样的话音质量所必需的接收电平的增加量。 移动台高速运动，信号恶化比较明显，移动台缓慢移动或静止时则几乎可以忽 略。 一般恶化量储备为810dB。此时服务质量好了，但投资很大，一般实际上取 23dB。恶化量251、接收机的可用灵敏度为达到一定信号质量指标所必需的接收机输入端信号电平的最低值； GSM系统：BTS为-108dBm，移动台-102dBm；接收机输入端有效信号电平2、接收机输入端最低可用信号电平3、不同覆盖类型要求下的最低可用信号电平室外覆盖：考虑人体损耗； 室内覆盖：考虑人体损耗和建筑物贯穿损耗； 车内覆盖：考虑车内损耗和人体损耗；
14、考虑到服务质量，为使信号电平达到接收机的可用灵敏度，接收机输入端最低 可用信号电平；264、最低可用信号电平的计算例子设中等城市环境，GSM900网络，手机的接收机灵敏度为-102dBm，通信概率 要求为95%，为达到室内覆盖，求下行链路最低可用信号电平值。最低可用信号电平为：-102 + 10.7 + 3 + 15 + 3 = -70dBm。接收机输入端有效信号电平例子27采用分集技术，可以抑制衰落的影响。 分集有很多种：宏观分集、微观分集。 微观分集又分：空间分集、频率分集、极化分集、场量分 集、多径分集等等。 宏观分集用于抑制慢衰落，微观分集用于抑制快衰落。 在GSM移动通信系统中，主要
15、采用空间分集接收方式。分 集增益与通信概率（覆盖区边缘无线可通率）有关，概率 越大，分集增益越大。水平分集增益一般为35dB。分集增益28u空间分集是具体实施就是在同一基站或小区，采用两副水平间隔数 十个波长的天线接收同一信号，在通过分集组合技术选出 最强信号或组合成衰落较小的信号。可以用分集增益来表 示空间分集的改善情况，其大小与采用组合技术有关，但 主要改善取决于分集天线的有效高度（he）与水平间距（d ）之比值（he/ d=）及接收信号到达角（来波角）。如 下图所示，当接收正面来的信号（即=0）时，两幅分集 接收天线上信号相关系数最小，分集增益最大；当接收侧 面来的信号（即=90）时，则
16、其相关系数最大，分集增 益最小。分集增益29分集增益分集增益在垂直天线联线的方向最大为了得到和水平分集同样的 分集效果，垂直分开距离是水平分集距离的5倍左右。这适用于 中等和较大的蜂窝小区。30分集增益为了获得较好的分集增益并在工程实施可以实现，通常取分集接 收天线上的信号其相关系数0.7来决定天线间距。对于900MHz 频段，我们不妨取一个折衷的来波角进行计算(=45)，则得到 其分集天线的有效高度与间距的关系如下表所示:分集天线有效高度/m305060708090100 分集天线间距/m3.45.66.77.88.91011.1可以看出，天线愈高要求分集间距愈大，但当间距超过6m时，在铁 塔上安装就很困难了。一般来讲基站天线高度为3060m，天线间距 为46m为宜。但当天线安装在屋顶时，应尽量拉开天线间距， 使d0.11he.。31分集增益极化分集是指把两副接收天线的极化角度互成90， 这样就可以
