《2022年2022年华为-无线传播理论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年2022年华为-无线传播理论（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、产品版本GSM工程师使用对象无线产品产品名称资料编码无线传播理论描 述作 者修订版本日 期修 订 记 录日 期批 准日 期审 核2001/12/15日 期工程部资料开发部审 核2001/12/10日 期移动通信工程部拟 制华 为 技 术 有 限 公 司名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 23 页 - - - - - - - - - 目 录204.3 传播模型校正及实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184.2 CW测试的方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184.1 CW测试的原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
3、第四章传播模型校正. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153.5 规划软件 ASSET使用的传播模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153.4 室内传播模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133.3 COST231 Walfish Ikegami 模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133.2 COST231-Hata 模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123.1 Okumura-
5、Hata 模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11第三章无线传播模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82.4 传播损耗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72.3 分集接收. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72.2 多谱勒频移. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7、. . . . . . . . . . . . . .42.1 快衰落和慢衰落. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4第二章无线传播环境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2第一章无线传播基本原理. . . . . . . .
8、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1无线传播理论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -
9、- 第 2 页，共 23 页 - - - - - - - - - 无线传播理论1. 概要说明无线传播方式决定了蜂窝系统的设计从频段的确定频率分配无线电波的覆盖范围计算通信概率及系统间的电磁干扰直到最终确定无线设备的参数和进行场强预测本文主要讲述了蜂窝系统的传播环境介绍了传播过程中出现的快衰落和慢衰落现象以及传播损耗现象本文还介绍了GSM移动通信系统的信号损耗中值计算模型和具有代表性的几种传播模型同时对 CW 测试原理测试方法和传播模型的校正进行了介绍全文分为四节第一节无线传播基本原理讲述了电磁波的不同传播模式第二节无线传播环境讲述了快衰落和慢衰落多普勒频移分集接收以及传播损耗第三节无线传播模型
10、讲述了 Okumura-HataCOST231-HataCOST231 Walfish Ikegami室内传播模型和规划软件ASSET使用的传播模型第四节传播模型校正讲述了 CW测试的原理和方法并列举了模型校正的实例2. 关键词无线传播衰落 损耗传播模型模型校正 CW 测试无线传播理论华为技术1名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 23 页 - - - - - - - - - 第一章无线传播基本原理要点掌握电磁波的多种传播途径在规划和建设一个移动通信网时从频段的
11、确定频率分配无线电波的覆盖范围计算通信概率及系统间的电磁干扰直到最终确定无线设备的参数都必须依靠对电波传播特性的研究了解和据此进行的场强预测它是进行系统工程设计与研究频谱有效利用电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论众所周知无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线直达波或自由空间波地波或表面波对流层反射波电离层波如图 1所示就电波传播而言发射机同接收机间最简单的方式是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自由空间波的其他名字有直达波或视距波如图 1(a)直达波沿直线传播所以可用于卫星和外部空间通信另外这个定义也可用于陆上视距传播两个微波塔之间见图 1(b
12、)第二种方式是地波或表面波地波传播可看作是三种情况的综合即直达波反射波和表面波表面波沿地球表面传播从发射天线发出的一些能量直接到达接收机有些能量经从地球表面反射后到达接收机有些通过表面波到达接收机表面波在地表面上传播由于地面不是理想的有些能量被地面吸收当能量进入地面它建立地面电流这三种的表面波见图1(c)第三种方式即对流层反射波产生于对流层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如图 1(d)所示对流层方式应用于波长小于10米即频率大于30MHz的无线通信中第四种方式是经电离层反射传播当电波波长小于1米频率大于 300MHz时电离层是
13、反射体从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃见图 1(e)这种传播用于长距离通信除了反射由于折射率的不均匀电离层可产生电波散射另外电离层中的流星也能散射电波同对流层一样电离层也具有连续波动的特性在这种波动上是随机的快速波动蜂窝系统的无线传播利用了第二种电波传播方式这一点将在后文中论述在设计蜂窝系统时研究传播有两个原因第一它对于计算覆盖不同小区的场强提供必要的工具因为在大多数情况下覆盖区域从几百米到几十公里地波传播可以在这种情况下应用第二它可计算邻信道和同信道干扰预测场强有两种方法第一种纯理论方法适用于分离的物体如山和其他固体物体但这种预测忽略了地球的不规则性第二种基于在各种环境的测量包括不规则
14、地形及人为障碍尤其是在移动通信中普遍存在的较高的频无线传播理论华为技术2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 23 页 - - - - - - - - - 率和较低的移动天线第三种方法是结合上述两种方法的改进模型基于测量和使用折射定律考虑山和其他障碍物的影响在蜂窝系统中至少有两种传播模型第一种是 FCC建议的模型第二种设计模型由Okumura提供覆盖边界应考虑实际经验结果abcde电离层地波散射体(e) 无线电波通过电离层反射传播(d) 对流层对无线电波的不规则
15、散射(c) 地波传播(b) 视距通信的应用(a) 直达波沿直线传播图1 不同的传播模式无线传播理论华为技术3名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 23 页 - - - - - - - - - 第二章 无线传播环境要点掌握快衰落和慢衰落的概念掌握多普勒频移的概念掌握分集接收的方法掌握典型地形传播损耗的计算方法2.1 快衰落和慢衰落根据上一节的论述在一个典型的蜂窝移动通信环境中由于接收机与发射机之间的直达路径被建筑物或其他物体所阻碍所以在蜂窝基站与移动台之间的通信不
16、是通过直达路径而是通过许多其他路径完成的在UHF频段从发射机到接收机的电磁波的主要传播模式是散射即从建筑物平面反射或从人工自然物体折射如图 2所示无线传播理论华为技术4名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 23 页 - - - - - - - - - 地面反射波直达波绕射波建筑物反射波图2 多径传播模型所有的信号分量合成产生一个复驻波它的信号的强度根据各分量的相对变化而增加或减小其合成场强在移动几个车身长的距离中会有2030dB的衰落其最大值和最小值发生的位置大
17、约相差1/4波长大量传播路径的存在就产生了所谓的多径现象其合成波的幅度和相位随移动台的运动产生很大的起伏变化通常把这种现象称为多径衰落或快衰落如图 3所示在性质上多径衰落属于一种快速变化研究表明如移动单元所收到的各个波分量的振幅相位和角度是随机的那么合成信号的方位角和幅度的概率密度函数分别为022-1? r02-2无线传播理论华为技术5名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 23 页 - - - - - - - - - 其中 r为标准偏差2-1式和2-2式分别表明
18、方位角在02 是均匀分?布的而电场强度概率密度函数是服从瑞利分布的故多径衰落也称瑞利衰落大量研究结果表明移动台接收的信号除瞬时值出现快速瑞利衰落外其场强中值随着地区位置改变出现较慢的变化这种变化称为慢衰落见图 3它是由阴影效应引起的所以也称作阴影衰落电波传播路径上遇有高大建筑物树林地形起伏等障碍物的阻挡就会产生电磁场的阴影当移动台通过不同障碍物阻挡所造成的电磁场阴影时就会使接收场强中值的变化变化的大小取决于障碍物的状况和工作频率变化速率不仅和障碍物有关而且与车速有关研究这种慢衰落的规律发现其中值变动服从对数正态分布另外由于气象条件随时间变化大气介电常数的垂直梯度发生慢变化使电波的折射系数随之变
19、化结果造成同一地点的场强中值随时间的慢变化统计结果表明此中值变化也服从对数正态分布分布的标准偏差为rt由于信号中值变动在较大范围内随地点和时间的分布均服从对数正态分布所以它们的合成分布仍服从对数正态分布在陆地移动通信中通常信号中值随时间的变动远小于随地点的变动因此可以忽略慢衰落的影响r=rL但是在定点通信中需要考虑慢衰落距离 (m)接收功率 (dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落图3 快衰落和慢衰落总的来说在蜂窝环境中有两种影响第一种是多路径由于从建筑物表面或其他物体反射散射而产生的短期衰落通常移动距离几十米第二种是直接可见路径产生的主要接收信号强度的缓慢变化即长期场强变化也就无
20、线传播理论华为技术6名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 23 页 - - - - - - - - - 是说信道工作于符合瑞利分布的快衰落并叠加有信号幅度满足对数正态分布的慢衰落2.2 多普勒频移快速运动的移动台还会发生多普勒频移现象这是因为在移动台高速运动时接收和发送信号将导致信号频率将发生偏移而引起的干扰多普勒频移符合下面的公式 fI=f0-fDcosI= f0-v/cosIfI 为合成后的频率f0为工作频率fD 为最大多普勒频移I为多径信号合成的传播方向与
21、移动台行进方向的夹角v为移动台的运动速度为波长当移动台快速远离基站时为fI=f0-fD当移动台快速靠近基站时为fI=f0+fD当运动速度过高时多普勒频移的影响必须考虑而且工作频率越高频移越大2.3 分集接收多径衰落和阴影衰落产生的原因是不同的随着移动台的移动瑞利衰落随着信号的瞬时值快速变动而对数正态衰落随着信号平均值变动这两者是构成移动通信接收信号不稳定的主要因素使接收信号被大大恶化虽然通过增加发信功率天线尺寸和高度等方法能取得改善但采用这些方法在移动通信中比较昂贵有时也显得不切实际而采用分集方法即在若干支路上接收相互间相关性很小的载有同一消息的信号然后通过合并技术再将各个支路的信号合并输出那
22、么便可在接收终端上大大降低深衰落的概率由于衰落具有频率时间和空间的选择性因此分集技术包括空间分集时间分集频率分集极化分集和角度分集等五种空间分集若在空间设立两副接收天线独立接收同一信号由于其传播环境及衰落各不相同具有不相干或相干性很小的特点采用分集合并技术并使输出较强的有用信号降低了传播因素的影响在移动通信中空间的间距越大多径传播的差异就越大所收场强的相关性就越小天线间隔可以是垂直间隔也可以是水平间隔但是垂直间隔的分集性能太差不主张用这种方式为获得相同的相关系数基站两分集天线之间的垂直距离应大于水平距离这种方式在移动通信中是最有效的也是应用最普遍的一种分集方式时间分集可采用通过一定的时延来发送
23、同一消息或在系统所能承受的时延范围以内在不同时间内的各发送消息的一部分在GSM中采用的是后面会讲到的交织技术来实现时间分集的无线传播理论华为技术7名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 23 页 - - - - - - - - - 频率分集这种分集技术在GSM 中是通过调频来实现的极化分集它是通过采用垂直电子天线垂直磁性天线和环状天线来实现的角度分集由于地形地貌和建筑物等环境的不同到达接收端的不同路径的信号可能来自于不同的方向在接收端采用方向性天线分别指向不同的信
24、号到达方向则每个方向性天线接收到的多径信号是不相关的2.4 传播损耗在研究传播时特定收信机功率接收的信号电平是一个主要特性由于传播路径和地形干扰传播信号减小这种信号强度减小称为传播损耗在研究电波传播时首先要研究两个天线在自由空间各向同性无吸收电导率为零的均匀介质条件下的特性以理想全向天线为例经推导自由空间的传播损耗为2-3Lp= 32.4+20log(fMHz)+20log(dkm)其中f为频率d为距离公里上式与距离d成反比当d增加一倍自由空间路径损耗增加6分贝同时当减小波长 l提高频率 f路径损耗增大我们可以通过增大辐射和接收天线增益来补偿这些损耗当已知工作频率时2-3式还可以写成2-4Lp
25、= L0+ 10?log(dkm)式中称为路径损耗斜率在实际的蜂窝系统中根据测量结果显示? = 2?的取值范围一般在35之间?有了自由空间的路径损耗公式后可以考虑在平坦的但不理想的表面上2个天线之间的实际传播情况假设在整个传播路径表面绝对平坦无折射基站和移动台的天线高度分别为和如图 4所示hchm无线传播理论华为技术8名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 23 页 - - - - - - - - - AAAABBB(c) 仰角 g路径长度 d(b) 是单反射情
26、况(a) 是多反射情况图4 平坦表面的传播与自由空间的路径损耗相比平坦地面传播的路径损耗为Lp= 10?log d - 20loghc- 20loghm式中该式表明增加天线高度一倍可补偿 6dB损耗而移动台接收功? = 4率随距离的 4次方变化即距离增大一倍接收到的功率减小12dB地形地物的种类千差万别对移动通信电波传播损耗的影响也是错综复杂的在实际应用中是不可能存在绝对的平坦地形的对于复杂的地形一般可分为两类即准平滑地形和不规则地形准平滑地形指表面起伏平缓起伏高度小于等于20米的地形平均表面高度差别不大Okumura将起伏高度定义为距离移动台天线前方10公里内地形起伏 10%与90%的差CC
27、IR定义为收信机前方1050公里处地形高度超过90%与超过 10%的差除此以外的其它地形统称为不规则地形按其状态可分为丘陵地形孤立山岳倾斜地形和水陆混合地形等在对市区及其附近地区分析传输损耗时还可以依据地理区域的拥挤程度分类如分成开阔区密集市区中等市区郊区等无线传播理论华为技术9名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 23 页 - - - - - - - - - 在分析山区或者城市中摩天大楼密布的密集市区的传输损耗时通常还要分析绕射损耗绕射损耗是对障碍物高度和天
28、线高度的一种测量障碍物高度必须同传播波长比较同一障碍物高度对长波长产生的绕射损耗小于短波长预测路径损耗时把这些障碍物看作尖形障碍即刃形用物理光学中常用的方法可计算损耗图5中有两种障碍物第一种情况下高H处的视距路径无障碍物第二种情况下障碍物在电波路径中第一种中我们假设障碍物高度是负数第二种假设障碍物高度是正数绕射损耗 F可通过绕射常数 v求出v由下式给出v = - H 2/?(1/d1+1/d2)不同绕射损耗的近似值由下式求出F = 0v m1= 20log(0.5+ 0.62v)0 v 1= 20log(0.5e0.45v)- 1 v 0= 20log(0.4-0.12 - (0.1v + 0
29、.38)2)- 2.4 v - 1= 20log(- 0.225/v)v - 2.4(b) 正高度(a) 负高度图5 经过刀刃的无线传播无线传播理论华为技术10名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 23 页 - - - - - - - - - 第三章 无线传播模型要点掌握几种典型的传播模型传播模型是非常重要的传播模型是移动通信网小区规划的基础模型的价值就是保证了精度同时节省了人力费用和时间在规划某一区域的蜂窝系统之前选择信号覆盖区的蜂窝站址使其互不干扰是 一个
30、重要的任务如果不用预期方法唯一的方法就是尝试法通过实际测量进行这就要进行蜂窝站址覆盖区的测量在所建议的方案中选择最佳者这种方法费钱费力利用高精度的预期方法并通过计算机计算通过比较和评估计算机输出的所有方案的性能我们就能够很容易地选出最佳蜂窝站址配置方案因此可以说传播模型的准确与否关系到小区规划是否合理运营商是否以比较经济合理的投资满足了用户的需求由于我国幅员辽阔各省市的无线传播环境千差万别例如处于丘陵地区的城市与处于平原地区的城市相比其传播环境有很大不同两者的传播模型也会存在较大差异因此如果仅仅根据经验而无视各地不同地形地貌建筑物植被等参数的影响必然会导致所建成的网络或者存在覆盖质量问题或者所
31、建基站过于密集造成资源浪费随着我国移动通信网络的飞速发展各运营商越来越重视传播模型与本地区环境相匹配的问题一个优秀的移动无线传播模型要具有能够根据不同的特征地貌轮廓像平原丘陵山谷等或者是不同的人造环境例如开阔地郊区市区等做出适当的调整这些环境因素涉及了传播模型中的很多变量它们都起着重要的作用因此一个良好的移动无线传播模型是很难形成的为了完善模型就需要利用统计方法测量出大量的数据对模型进行校正传播模型的校正问题将在第 4节中做具体的介绍一个好的模型还应该简单易用模型应该表述清楚不应该给用户提供任何主观判断和解释因为主观判断和解释往往在同一区域会得出不同的预期值一个好的模型应具有好的公认度和可接受
32、性应用不同的模型时得到的结构有可能不一致良好的公认度就显得非常重要了多数模型是预期无线电波传播路径上的路径损耗的所以传播环境对无线传播模型的建立起关键作用确定某一特定地区的传播环境的主要因素有(1) 自然地形高山丘陵平原水域等(2) 人工建筑的数量高度分布和材料特性(3) 该地区的植被特征(4) 天气状况无线传播理论华为技术11名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 23 页 - - - - - - - - - (5) 自然和人为的电磁噪声状况另外无线传播模型还
33、受到系统工作频率和移动台运动状况的影响在相同地区工作频率不同接收信号衰落状况各异静止的移动台与高速运动的移动台的传播环境也大不相同一般分为室外传播模型和室内传播模型常用的模型如表1所示表1 几种常见的传播模型适用于 900和1800MHz 宏蜂窝预测规划软件 ASSET 中使用适用于 900和1800MHz 室内环境预测Keenan-Motley适用于 900和1800MHz 微蜂窝预测Cost231 Walfish-Ikegami适用于 1800MHz 宏蜂窝预测 Cost231-Hata适用于 900MHz 宏蜂窝预测Okumura-Hata适用范围模型名称3.1 Okumura-Hata
34、模型Okumura-Hata 模型由在日本测得的平均测量数据构成市区的路径损耗中值可以用下面的近似解析式表示Lp= 69.55+26.16logf - 13.82loghb+ (44.9- 65.5loghb) logd - Ahm式中从基站到移动台的路径损耗单位dBLp载波频率单位MHzf基站天线高度单位米hb移动台天线高度单位米hm基站到移动台之间的距离单位kmd对于中等城市或大城市修正Am=(1.1logf - 0.7)hm-(1.56logf - 0.8)在郊区传播模型可以修正为Lps= Lp(市区)- 2log(f /28)2- 5.4在开阔地传播模型可以修正为Lpo= Lp(市区)
35、- 4.78(log f)2+18.33log f - 40.94无线传播理论华为技术12名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 23 页 - - - - - - - - - 3.2 COST231-Hata模型适合频段15002000 MHz基站的天线高度Hb30200 m移动台天线高度 Hm1 10 m 覆盖距离1 20 km大城市区域在农村地区和郊区可以从图3中得到校正因子Lu (dB) = 46.3 + 33.9log(f) - 13.82log(Hb)
36、 - a(Hm) +44.9 - 6.55log(Hb)log(d) + Cm其中a(Hm) =1.1log(f) - 0.7Hm -1.56log(f) - 0.8Cm = 0 dB 对于中等城市和郊区中心区Cm = 3 dB 对于大城市对于农村准开阔地Lrqo (dB) = Lu - 4.78log(f)2 + 18.33log(f) - 35.94 对于农村开阔地Lro (dB) = Lu - 4.78log(f)2 + 18.33log(f) - 40.943.3 COST231 Walfish Ikegami 模型该模型适合于大城市环境适合频段800 2000 MHz使用的天线挂高4
37、 50 m移动台高度1 3 m 覆盖距离0.02 5kmHeight of buildingsHroof (m)Width of road w (m)Building separationb (m)Road orientation with respect to the direct radio path Phi ()无线传播理论华为技术13名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 23 页 - - - - - - - - - Urban areas 1. 基站和
38、移动台之间没有直射径的情况small cellsLb = Lo + Lrts + Lmsd (or Lb = Lo for Lrts + Lmsd = 0)其中Lo为自由空间的损耗Lo = 32.4 + 20log(d) + 20log(f)Lrts为屋顶和街道之间的衍射和散射损耗(对应慢衰落 )Lrts = -16.9 - 10log(w) + 10 log(f) + 20log(Hr - Hm) + Lcri其中Lcri = -10 + 0.354Phi for 0= Phi 35Lcri = 2.5 + 0.075(Phi-35) for 35= Phi 55Lcri = 4.0 - 0
39、.114(Phi-55) for 55= Phi Hroof= 0for Hb Hroof= 54 - 0.8(Hb - Hroof)for d = 0.5 and Hb =Hroof= 54 - 0.8(Hb - Hroof)(d/0.5)for d0.5 and Hb Hroof= 18 - 15(Hb - Hroof)/Hrooffor Hb = 0.020 km3.4 室内传播模型室内传播环境与室外微蜂窝宏蜂窝不同天线高度覆盖距离等因此原先的 Okomula-Hata 模型COST-231 模型已不再适用应使用 Keenan-Motley 模型LIndoor = LBS + kF(k)
40、 + pW(k) + D(d - d b)其中LBS为自由空间传播损耗LBS = 32.5 + 20logf + 20logdLindoor室内传播损耗f 频率MHzd传播距离kmk直达波穿透的楼层数f楼层衰减因子 (dB)p直达波穿透的墙壁数W墙壁衰减因子 (dB)D线性衰减因子 (dB/m)d b室内转折点 (m)典型值为 65m大于该值增加0.2dB/m3.5 规划软件 ASSET 使用的传播模型在实际无线传播环境中还应考虑各种地物地貌的影响华为公司使用的规划软件 ASSET正是考虑到这一点对传播模型进行了改进考虑了现实环境中各种地物地貌对电波传播的影响从而更好的保证了覆盖预测结果的准确
41、性模型表示式如下Lp= K1+K2logd + K3(hm)+K4log hm+ K5log(Heff)+K6log(Heff)log d+ K7 diffn+ Kclutter式中与频率有关常数K1距离衰减常数K2移动台天线高度修正系数K3K4无线传播理论华为技术15名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 23 页 - - - - - - - - - 基站天线高度修正系数K5K6绕射修正系数K7地物衰减修正系数Kclutter基站和移动台之间的距离单位kmd移
42、动台天线和基站天线的有效高度单位米hmheff在分析不同地区不同城市的电波传播时K值会因地形地貌的不同以及城市环境的不同而选取不同的值表2例举了一个曾经用于中等城市电波传播分析时的 K值以及一些 Clutter衰耗值表2 K参数值-1.00Suburban 2.30Order Urban 1.40Dense Urban 1.30Industrial & Commercial Areas-1.60High Buildings 1.50Rangeland 1.00Open Areas in Urban-1.50Wetland-2.00Inland WaterClutter 衰 耗 值 0.20K7
43、 -6.55K6-13.82K5 0.00K4 -2.88K344.90K2160.93K1参数 值K 参 数 名 称根据这些 K参数可以计算出传播损耗中值但是由于环境的复杂性还要进行适当的修正当蜂窝移动通信系统用于室内时要考虑建筑损耗建筑损耗是墙壁结构钢玻璃砖等楼层高度建筑物相对于基站的走向窗户区所占的百分比等的函数由于变量的复杂性建筑物的损耗只能在周围环境的基础上统计预测我们可以有以下一些结论y位于市区的建筑平均穿透损耗大于郊区和偏远区y有窗户区域的损耗一般小于没有窗户区域的损耗y建筑物内开阔地的损耗小于有走廊的墙壁区域的损耗y街道墙壁有铝的支架比没有铝的支架产生更大的衰减无线传播理论华为
44、技术16名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 23 页 - - - - - - - - - y只在天花板加隔离的建筑物比天花板和内部墙壁都加隔离的建筑物产生的衰减小平均的楼层穿透损耗是楼层高度的函数据资料记载损耗线的斜率是-1.9dB/ 层第一层楼的平均穿透损耗市区为 18dB左右郊区在 13dB左右特定楼层的测量表明建筑物内的损耗特性可看作是带衰减的损耗波导例如当电波沿着与室外窗户垂直的方向的走廊方向传播的时候损耗可以达到0.4dB/m当计算隧道中的电波传播
45、情况时需要考虑隧道的传播损耗这时可以把隧道简化成一个有耗波导来考虑实验结果显示在特定距离传播损耗随频率增加而下降当工作频段在2GHz 以下时损耗曲线与工作频率的关系呈指数衰减对于GSM频段可以近似认为损耗与距离呈现4次方的反指数变化即两个天线之间距离增加一倍损耗增大 12dB在 UHF频段还要考虑树叶对传播的影响研究表明一般夏天树木枝叶繁茂因此夏天信号的损耗会比冬天的时候大10dB左右垂直极化的信号损耗大于水平极化信号的损耗无线传播理论华为技术17名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -
46、- - 第 19 页，共 23 页 - - - - - - - - - 第四章 传播模型传播模型校正校正要点y掌握 CW测试的原理和方法y掌握进行传播模型校正的方法4.1 CW 测试的原理为了获得符合本地区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必须进行传播模型的校正CW 测试即连续波测试是进行模型校正的必经步骤通过 CW测试和数字地图可以获得进行模型校正的数据这些测试数据中的经纬度信息和接收电平形成模型校正的数据源利用随机过程的理论分析移动通信的传播可以表示为r(x) = m(x)r0(x)其中x为距离rx为接收信号r0x为瑞利衰落 mx为本地均值也就是长期衰落和空间传播
47、损耗的合成可以表示为m(x)=12Lx+Lx- L?r(y)dy其中 2L为平均采样区间长度也叫本征长度CW 测试就是尽可能获取在某一地区各点地理位置的本地均值即 r(x) 与m(x) 之差尽可能小因此要获取本地均值必须去除瑞利衰落的影响对于一组测量信号数据r(x)平均时若本征长度 2L 太短则仍有瑞利衰落影响存在若 2L太长则会把正态衰落也平均掉因此在 CW 测试中确定 2L关系到能否使所测数据与实际本地均值的逼近程度以及根据 CW 测试校正的传播模型预测的准确程度著名通信专家李建业证明对于 GSM系统在本征长度为40个波长采样 50个样点时可使测试数据与实际本地均值之差小于1dB不考虑测试
48、设备和数字地图的误差无线传播理论华为技术18名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 23 页 - - - - - - - - - 4.2 CW 测试的方法1. CW 测试的站址选择在测试之前首先需要确定测试站址及其数量根据一般经验在人口密集的大城市测试站址应不少于5个对于中小城市一般一个测试站址就够了这主要取决于测试基站天线高度及其EIRP大小站址选择的原则是要使它能够覆盖足够多的地物类型这些地物类型来自数字地图在实际测试中为便于测试测试站址可按以下标准来确定站
49、址是否合适(1) 天线高度大于 20米(2) 天线高于最近的障碍物5米以上5m图6 站址选择标准示意图如图 6所示在此障碍物主要指天线所在屋顶上的最高建筑物作为站址的建筑物应高于周围建筑物的平均高度2. CW 测试准备CW测试首先需要有一个测试基站发射RF信号可以 FM调制也可以不调制然后用 CW测试设备进行驱车测试基站系统包括发射天线馈线高功放高频信号源测试系统包括测试接收机GPS接收机测距仪测试软件以及便携式计算机等测试接收机的采样速度要尽可能高测试基站设备安装在选定的测试站址后应用功率计测量天线口的发射功率和反射功率计算出测试基站的有效辐射功率EIRP计算公式如下EIRP = 10log
50、P_forward(mW)- P_reflect(mW)+ Tx_Antenna _Gain +Rx_Antenna_Gain- Rx_Feeder _Loss无线传播理论华为技术19名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 23 页 - - - - - - - - - 其 中P_forward为 前 向 发 射 功 率P_reflected 为 反 射 功 率Tx_Antenna_Gain 为测试基站发射天线增益dBiRx_Antenna_Gain 为测试接收机
51、天线增益dBiRx_Feeder_Loss为测试接收机的馈线损耗基站设备安装调试正常后记录下该基站的 EIRP用GPS测量站址的经纬度用三角测量法测量建筑物的高度天线高度为建筑物高度加上天线桅杆高度以及天线本身长度的一半用便携式测试设备扫频以确认测试基站设备工作正常并且周围无干扰信号3. CW 测试专业的 CW测试设备的采样方式有三种按时间采样按脉冲采样按距离采样通用测试设备一般只能按时间采样按距离采样进行测试时能够严格满足李氏定理40个波长采样 3650个样点的要求测量准确度很高距离采样方法对于车速要求不严格但是存在一个车速上限车速的上限Vmax与CW 测试设备的最大采样速率Tsample有
52、关Vmax= 0.8?/Tsample在测试过程中应选取包含各种地物类型的测试路径作随机驱车测试当移动台离测试基站距离在3km 以内时接收信号受基站周围建筑物结构和天线高度的影响较大平行于信号传播方向的信号强度与垂直于信号传播方向的信号强度差 10dB左右因此在距基站半径3km以内的街道上测试时纵向和横向的街道最好采样同样数量的样本以消除其影响测试路径尽量不要选择高速公路以及很宽阔平直的街道而应选择较窄的街道对每个测试基站应采样尽量多的数据一般每个站点测试4小时以上为宜当遇到红灯等停车时应停止记录由于地形地物在一段时间内基本固定所以对于某一确定的基站在某一确定地点的本地均值是确定的该本地均值就
53、是CW测试期望测得的数据它也是与传播模型预测值最逼近的值4.3 传播模型校正及实例如果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面用途种类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各软件商开发的用于计算机辅助分析的传播模型各不相同但都基于Okumura 的基本模型并提供可作修正的参数下面结合前文曾提到的规划软件 ASSET中的传播模型介绍具体的模型校正的方法需要说明的是如果已有地形地物相似城市的模型参数可以直接用于规划预测而没有必要重做 CW测试和模型校正以节省人力物力无线传播理论华为技术20名师资料总结 - - -
54、精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 23 页 - - - - - - - - - ASSET 模型的 K1至K7 参数由具体的传播环境决定K(clutter) 是由不同地物决定的修正系数不同的地物决定了不同的K(clutter)这些 K参数是通过CW 测试的数据逐步拟合出来的获得 CW 测试数据后可以通过 K参数试验法和最小方差法两种途径得到在标准模型的众多K参数中每个 K参数对模型的影响程度是不一样的从对模型的分析可知K1K(clutter) 是常量与传播距离天线高度等因素无关K3K4为移动台的高度修正因子由于移动台的高度变化不大可定为 1.5米左右因此K3K4最终可以归结为最后阶段的微量调整K2K5K6的调整要视具体的测试数据和测试路径而定无线传播理论华为技术21名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 23 页 - - - - - - - - -
