无线传播理论及模型(V0.1).ppt

,CDMA 无线传播理论和模型,提 纲,基本概念 三种基本传播机制 移动通信中无线电波传播的特点 传播模型的分类 常用传播模型 传播模型在蜂窝设计中的应用,大尺度路径损耗和小尺度衰落,大尺度路径损耗 描述的是发射机天线和接收机天线之间（TR）长距离（几百米或几千米）上的场强变化。,小尺度衰落 当移动台在极小的范围内移动或短时间内，可能引起瞬时接收场强的快速波动，即小尺度衰落。,ERP与EIRP的定义,有效全向发射功率EIRP,有效发射功率ERP,因此对于同一传输系统，ERP比EIRP低2.15dB。,表示同理想全向天线相比，可由发射机获得的在最大天线增益方向上的最大发射功率，定义为：,表示同半波耦极子天线相比的最大发射功率。,天线的近场与远场,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,水平极化和垂直极化,水平极化：电场的方向平行于水平面 垂直极化：电场的方向垂直于水平面,路径损耗,路径损耗表示有效发射功率与接收功率之间的差值，表示信号衰减，单位为dB的正值，可以包括天线增益，也可以不包括天线增益：,提 纲,基本概念 三种基本传播机制 移动通信中无线电波传播的特点 传播模型的分类 常用传播模型 传播模型在蜂窝设计中的应用,平坦的开阔地的电波传播,接收到的信号主要是直射波和反射波的叠加,密集城区的电波传播,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,反射,当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射,反射发生于地球、建筑物和墙壁等物体的表面,电介质的反射,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，则所有的入设能量被反射会第一介质，没有能量损耗,电介质的反射,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 垂直极化的反射系数大于水平极化的反射系数 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,绕射损耗与遮挡物的位置及高度有关,多个遮挡物绕射损耗计算,每个障碍物的损耗单独计算 总的损耗为各个单独损耗相加,Epsteinpeterson模型：,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、街道标志和灯柱都会引发散射。,提 纲,基本概念 三种基本传播机制 移动通信中无线电波传播的特点 传播模型的分类 常用传播模型 传播模型在蜂窝设计中的应用,移动通信中无线电波传播的特点,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。,无线电波传播极其复杂，受到反射、绕射和散射等多径传播的影响，有时会引起严重的信号衰落 。,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。,提 纲,基本概念 三种基本传播机制 移动通信中无线电波传播的特点 传播模型的分类 常用传播模型 传播模型在蜂窝设计中的应用,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。用经验模型预测路径损耗的方法很简单，不需要相关环境的精确信息，但是不能提供非常精确的路径损耗估算值。,OkumuraHata模型,COST231-Hata模型,Lee模型等,确定性模型,确定性模型是对具体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。,在确定性模型中，已使用的几种技术通常基于射线跟踪的方法：几何绕射理论（GTD）、物理光学（PO）以及不经常用的精确方法。,在市区、山区和室内环境情况中，确定性的无线传播预测是一种极其复杂的电磁问题。,半经验半确定性模型,半经验半确定性模型先从确定性模型导出的公式入手。为了改善预测路径损耗精度，使理论预测和实验测量一致，需要从实验上对模型进行校正。,这类模型比经验模型要求更详细的环境信息，但又少于确定性模型所要求的环境信息。从模型的表达式看，半经验半确定性模型类似于经验模型，得到较为广泛的应用。,Ikegami模型,COST Walfish-Ikegani 模型,经常考虑的三类小区,宏小区（宏蜂窝）,宏小区是面积很大的区域，覆盖半径约130km，基站发射天线通常架设在周围建筑物上方。通常，在收发之间没有直达射线。,经常考虑的三类小区,微小区（或微蜂窝）,微小区的覆盖半径在0.11km之间，覆盖面积不一定是圆的。发射天线的高度可以和周围建筑物的高度相同或者略高于或低于。通常，根据收发天线和环境障碍物的相对位置分成两类情况：LOS（视距）情况和NLOS（非视距）情况。,经常考虑的三类小区,微微小区（或微微蜂窝）,微微小区的典型半径是在0.010.1km之间。微微小区可以分为两类：室内和室外。发射天线在屋顶下面或者在建筑物内。无论在室内还是在室外情况中，LOS和NLOS通常要分别考虑。,三种模型和三种小区类型的关系,一般，三种类型模型和三种小区类型之间有相互适应的关系：,经验模型和半经验半确定性模型对具有均匀特性的宏小区是适合的。,半经验公式还适用于均匀的微小区，在那里模型所考虑的参数能很好地表征整个环境。,确定性模型适用于微小区和微微小区，不管它们的形状如何，但是对宏小区是不能胜任的，因为这种环境所需的CPU时间使这些技术效率低下。,提 纲,基本概念 三种基本传播机制 移动通信中无线电波传播的特点 传播模型的分类 常用传播模型 传播模型在蜂窝设计中的应用,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。,自由空间传播模型,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。,当包括天线增益时， 自由空间路径损耗公式：,自由空间的路径损耗,当不包括天线增益时， 自由空间路径损耗公式：,自由空间传播路径损耗由上式可写为：,传播距离越远，路径损耗越大,从上式 可以看出：,电波的频率越高，路径损耗也越大,OkumuraHata模型,Okumura-Hata 模型是Hata在Okumura（奥村）大量测试数据的基础上用公式拟合得到的。,模型假设条件：,作为两个全向天线之间的传播损耗处理； 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 模型适用条件,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模型公式,d的单位为km，f的单位为MHz； 为城市市区的基本传播损耗中值； hb、hm基站、移动台天线有效高度，单位为米；,Okumurahata模型修正因子,移动台天线高度修正因子：,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式。,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；,适用条件:,Cost231-Hata模型公式,d的单位为km，f的单位为MHz； 为城市市区的基本传播损耗中值； hb、hm基站、移动台天线有效高度，单位为米；,Lee模型公式,接收信号电平,参考点接收信号电平,斜率因子,距离,参考距离,发射功率,参考发射功率,发射天线有效高度,参考发射天线高度,移动台高度,参考移动台高度,绕射损耗,地物校正因子,经验因子,Lee模型特点,标准参考条件 参考距离：1mile（1607米） 参考发射功率：50dBm 参考基站天线高度：150feet(45m) 参考移动台高度：10feet(3m),模型所有的经验导出因子来源于标准的参考条件;如果实际发射功率和移动台高度与参考相同，则公式简化为：,General模型,移动台距基站的距离 基站天线的有效高度 绕射损耗 K1、K2、K3、K4、K5分别是各个参量的校正因子 地物校正因子,提 纲,基本概念 三种基本传播机制 移动通信中无线电波传播的特点 传播模型的分类 常用传播模型 传播模型在蜂窝设计中的应用,传播模型在蜂窝设计中的应用,在无线蜂窝设计中，为了预测基站的覆盖半径或接收机的接收功率（功率链路预算），可用如下公式：,（ ）接收功率 （ ）发射功率 （dB）接收天线增益 （dB）发射天线的增益 （dB）上、下行链路的馈线损耗 （dB）传播路径损耗，可以通过前面介绍的模型进行预测。,传播模型的校正,城市、郊区、农村等不同的地方路径传播损耗是不同的，我们可以选用不同的传播模型和修正因子。 有的预测软件提供了通过实地测试就可以进行模型参数校正的功能，这种模型的提供大大地提高了计算机仿真预测覆盖情况的精度。,可校正General的模型,公式如下：,K1、K2、K3、K4、K5、K