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1、无线电波与天馈线基础,课程提纲,天线选型及安装,天线基本知识,馈线基本知识,无线电波传播理论,传播模型与覆盖预测,无线电波频谱,在不同的频段内的电磁波具有不同的传播特性。对于移动通信来讲，我们重点关注UHF频段。,无线电波分布在3Hz到3000GHz之间，在这个频谱内划分为12个频带，如下表。,4,移动通信系统工作频段,什么叫无线电波,什么叫无线电波？无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向,无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直
2、于地面，我们就称它为垂直极化波。如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波。,湖南省邮电规划设计院3G培训,6,电波主要传播方式,直射波传播 地波传播 天波传播 散射传播 绕射传播,建筑物反射波 绕射波 直达波 地面反射波,直射波、反射波、地波,直射波也称视距传播或视线传播，从发射天线直接射到接收天线。这也是发射机同接收机间最简单的电波传播方式，接近于自由空间传播。自由空间指该区域是各向同性（沿各个轴特性一样）且同类（均匀结构）。 另一种方式是地面反射波。直射波和反射波叠加的结果可能使信号加强，也可能使信号减弱，即所谓的多径效应。,地波传播的衰减随着频率增高而增大，在移动通信中为非主导传
3、播方式,对流层散射波,这种传播主要是由于电磁波投射到大气层(主要为大气中的对流层)中的不均匀气团时产生散射，其中一部分电磁波到达接收地点。 对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。它的反射系数随高度增加而减少。这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲。对流层方式应用于波长小于10米（即频率大于30MHz）的无线通信中。,对于短波以上频段，电离层是反射体。从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，因此这种传播用于长距离通信。同对流层一样，电离层也具有连续波动的特性。,电磁波的绕射（阴影效应）,绕射：电磁波在传播过程中有一定绕过障碍物的能力，这种现象称为绕射。 由于电磁波具有一定绕射能力，所以能够绕过高
4、低不平的地面或有一定高度的障碍物，然后到达接收点。这也就是在障碍物后面有时仍能收到无线电信号的原因。 电磁波的绕射能力与电波波长有关，波长越长绕射能力越强，反之则弱。绕射能力还和接收天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关。频率越高，建筑物越高、越近，绕射损耗越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，绕射损耗越小。,电磁波的干涉（多径效应）,由同一波源所产生的电磁波经过不同路径到达某接收点，则该接收点的场强由不同路径来的电磁波合成。这种现象称为波的干涉，也称作多径效应。 合成电场强度与各射线电场的相位有密切关系，当它们同相位时，合成场强最大，反相时，合成场强最小。所以当接收点不同时，合成场强也是随之
5、变化的。,移动通信中电波传播的衰落,移动通信中电波传播的衰落,快衰落 多径信号的矢量合成形成随机驻波场，移动台通过该驻波场引起场强起伏，称快衰落 慢衰落 由障碍物阻挡造成阴影效应，接收信号强度下降，但该场强中值随地理改变变化缓慢，故称慢衰落,13,快衰落,快衰落：合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大 ，称为快衰落。 快衰落原因： 由于移动台常工作在城市建筑群和其它地形地物复杂的环境中，基站和移动台之间的电波传播不再是单纯的直射波形式，而出现多个路径的反射，以致到达接收天线的信号时来自不同传播路径的各个分量的合成波。由于各分量的相互干涉而产生深度的快衰落，即多径衰落。,快衰落特性,场强服
6、从瑞利分布 瑞利衰落 振幅、相位、角度随机,14,慢衰落,慢衰落：移动台场强随着所处位置改变而呈现较慢变动，称为慢衰落。 慢衰落原因： 障碍物阻挡产生的阴影效应，因此也称为阴影衰落； 气象条件的变化使电波折射系数随时间变化，多径传播到达接收点的信号时延也随之变化。 慢衰落特点： 近似服从对数正态分布，即场强的分贝数接近正态分布。标准偏差约57dB 变化的大小取决于障碍物的状况及工作频率； 变化的速率取决于障碍物状况和移动台移动速度。,15,抗快衰落措施,抗快衰落措施分集技术,显分集 空间分集 极化分集 频率分集：GSM-跳频，WCDMA-扩频技术 其它：方向性分集、场分集、发射分集,隐分集 隐
7、分集即是利用信号处理技术将分集作用隐含在被传输信号之中，如RAKE接收技术、信道交织、纠错编码等 可看作时间分集,损耗,绕射损耗,穿透损耗,T,R,T,R,反射损耗,传播损耗,绕射损耗,电磁波在绕射点四处扩散 绕射波函盖除障碍物外的所有方向 扩散损耗最为严重 计算公式复杂，随不同绕射常数变化,传播损耗,穿透损耗,室内信号取决于建筑物的穿透损耗 室内窗口处与室内中部信号差别较大 建筑物材质对穿透损耗影响较大 电磁波的入射角对穿透损耗影响较大 频率越大，穿透能力越强,电磁波穿透墙体的反射和折射,传播损耗,穿透损耗,物体阻挡/穿透损耗为： 隔墙阻挡：520dB 楼层阻挡：20dB， 室内损耗值是楼层
8、高度的函数，-1.9dB/层 家具和其它障碍物的阻挡： 215dB 厚玻璃： 610dB 火车车厢的穿透损耗为：1530dB 电梯的穿透损耗： 30dB左右 茂密树叶损耗：10dB,传播损耗,反射损耗,传播损耗,从发射点到接收点信号经过各种增益和衰减，接收信号电平应使用同样的公式算。同频、邻频干扰的信号电平也类似. PMR=PASET-LC-LBF+GB-LP+GM-LMF PMP 移动台接收信号电平 PASET-基站发射功率 LC-基站天线共用器损耗 LBF-基站馈线损耗 GB-基站发射天线增益 LP-传播损耗 GM-移动台接收天线增益 LMF-移动台馈线损耗,从公式中可看到:除LP 外,其
9、余值都是比较确定的。信号电平的不确定性在于LP 值的不确定。LP 的大小与很多因素有关: 与距发射点的距离、收发信天线的高度、地形地物、植被水域有关。可以说任何一个地方的信号传播都是不一样的, 我们所说的传播模型就是预测LP 值的，往往是在一定条件下统计平均得到的大致规律，例如奥村模式。较准的模式是在基本模式的基础是经过多次校正。为什么要进行测试? 就是为了校正预测。因为传播的复杂性每次测试也不完全一样，因而必须预测和实测相结合.,传播损耗,由于移动信道是一个变参信道，要对信号场强进行准确计算很困难。工程上常采用理论分析结合典型实测数据，找出各种地形地物下的传播损耗（或接收场强）和距离、工作频
10、率及天线高度等之间的关系。 为此常将地形地物分为几种不同类型，分别求出它们的传播损耗（或接收场强）中值，然后找出中值变动和瞬时值变动的数值，从而得出传播衰耗估算值，以保证通信的可靠性。,无线传播环境,电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接决定传播模型的选取。影响传播环境的主要因素： 地貌：高山、丘陵、平原、水域、植被 地物：建筑物、道路、桥梁 噪声：自然噪声、人为噪声 气候：雨、雪、冰（对UHF频段影响微小）,无线传播环境,传播环境分类 参照ITU-R P.1411-1，结合中国国情，分类如下,传播损耗,传播损耗的定义,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
11、，到达接收天线的输入端时，功率电平的损耗（或衰减）值，一般用dB表示。,1、自由空间的传播损耗：,2、绕射损耗：,4、建筑物穿透损耗,传播损耗的常见类型,3、反射损耗：,传播损耗,自由空间传播损耗,Ploss=32.44+20lgf+20lgd 设f=900MHz，该传播损耗可描述为： Ploss=91.52+20lgd =L0+10lgd L0=91.52 = 4 路径损耗斜率 在实际通信环境中，一般在3至5之间,传播损耗,平坦地形传播损耗,Ploss = 10lgd -20lghb - 20lghm = 4 路径损耗斜率 hb：基站天线高度 hm：移动台高度,传播损耗,准平滑地形及不规则地
12、形传播损耗,准平滑地形 表面起伏平缓，起伏高度小于 等于20米的地形 不规则地形 除了准平滑地形之外的其余地形，可按状态分为：丘陵地形、孤立山岳、倾斜地形、水陆混合地形等,课程提纲,天线选型及安装,天线基本知识,馈线基本知识,无线电波传播理论,传播模型与覆盖预测,传播模型,传播模型用于预期地形和人为环境对无线电波传播中 路径损耗的影响 传播模型是覆盖规划的基础，好的模型可以保证规划 的精确度 无线传播模型受系统工作频率的影响，不同的传播模 型有不同的工作频率范围；而且有室内传播模型和 室外传播模型之分 运用传播模型时，要注意各项参数的单位取值。,1、传播模型的概念,传播损耗的计算公式称为传播模
13、型。,几种常见的传播模型,经典模型是科学家通过CW测试数据逐步拟合出来的,Okumura-Hata模型,路径损耗 （dB） 基站天线高度（m） 移动台天线高度（m）,载波频率（MHz） 基站与移动台间距离（Km） 移动台天线修正因子（dB）,中小城市： 大城市：,频率范围为150MHZ到1500MHZ,Okumura-Hata模型,在郊区，标准模型可以修正为： 在农村（开阔地），模型可以修正为： 在农村（准开阔地），模型可以修正为：,Cost231-Hata模型,0dB 中等城市和郊区中心区 3dB 大城市,频率范围为1500MHZ到2000MHZ,Walfisch-lkegami模型,标准
14、W-I 模型： L= Lo + Lrts + Lmsd Lo 自由空间损耗 Lrts 建筑、街道等绕射、散射损耗 Lmsd 多层屏蔽绕射损耗 对于直线街道(d20m)： L= 42.6 + 26log(d) + 20log(f) L 传播损耗（dB） d 传播距离（km） f 频率（MHz）,频率范围为800MHZ-2000MHz 移动台天线高度：1-3 m 基站天线高度：4-50 m 小区半径：0.02-5 km,一般规划软件模型表示式,Lp= K1+K2lgd+K3(hm)+K4lg(hm)+K5lg(Heff)+K6lg(Heff)lgdK7diffn+Kclutter,K1与频率(MH
15、z)有关的常数 K2 与距离(km)有关的常数 K3,K4移动台天线高度(m)修正系数 K5,K6基站天线高度(m)修正系数 K7绕射修正系数 Kclutter地物衰减修正系数 d基站和移动台之间的距离(km) hm,Heff移动台天线和基站天线有效高度(m),初始K参数是根据经典模型转换而来的,模型校正CW测试,为了获得符合实际环境的无线传播模型，提高覆盖预测的准确性， 为网络规划打好基础，需要对一些典型环境进行传播模型的校正。,选择站点，建立模拟基站；,选择路线，路测采集数据；,利用模型校正工具软件进行校正， 获得K1、K2，KCLUTER。,模型校正, 选择具有代表性的传播环境，如密集城
16、区、一般城区、郊区等分别选取测试点，且要 覆盖尽量多的地物类型 每一种人为环境，最好有三个或三个以上测试站点，以尽可能消除位置因素影响 获取不同方向，不同距离的测试数据；同 一距离多个测试数据 采样符合李氏定律：40波长，采样50个样点 车速上限：Vmax=0.8/Tsample,数字地图,进行模型校正就必须具有数字地图。移动通信所用的数字地图包括地形高度，地貌类型等对移动通信电波传播有影响的地理信息，是规划软件进行模型校正、覆盖预测、干扰分析、频率规划的重要基础数据。进行模型校正时,对模型校正的正确性起着十分重要的作用。地图的数据要尽可能的新，要反映最近土地的使用情况。最坏不能超过两年。对于市区地图时间要求可能还要短一些，这样数字地图才能够反映实际的地貌信息。,数字地图是
