第2章-移动通信电波传播.

1、移动通信技术第二章 移动通信电波传播移动通信技术移动通信技术 移动通信电波传播移动通信电波传播1234l 绝对功率的绝对功率的dB表示：表示：dBm射频信号的绝对功率常用射频信号的绝对功率常用dBmdBm、dBWdBW表示，它表示，它与与mWmW、W W的换算关系如下：例如信号功率为的换算关系如下：例如信号功率为x x W W，利用，利用dBmdBm表示时其大小为：表示时其大小为：例如：例如：1W1W等于等于30dBm30dBm，等于，等于0dBW0dBW。 pdBm 10 logloglogX 1000mW1mW pdBW 10logloglogX W 1W l相对功率的相对功率的dB表示：

2、表示：dBcl射频信号的相对功率常用射频信号的相对功率常用dB和和dBc两种两种形式表示，其区别在于：形式表示，其区别在于：dB是任意两个功是任意两个功率的比值的对数表示形式，而率的比值的对数表示形式，而dBc是某一是某一频点输出功率和载频输出功率的比值的对频点输出功率和载频输出功率的比值的对数表示形式数表示形式 六种分贝计算方法六种分贝计算方法 乘除变加减：乘除变加减： 10lg(xy)=10lgx+10lgy10lg(xy)=10lgx+10lgy或或 20lg(xy)=20lgx+20lgy 20lg(xy)=20lgx+20lgy 10lg(x/y)=10lgx 10lg(x/y)=1

3、0lgx10lgy10lgy或或 20lg(x/y)=20lgx20lg(x/y)=20lgx20lgy 20lgy 增益、衰减的加减：增益、衰减的加减： 直接加减，单位是直接加减，单位是dBdB。 增益、衰减与绝对电平的加减：增益、衰减与绝对电平的加减： 直接加减，单位服从绝对电平。直接加减，单位服从绝对电平。 四种绝对电平：四种绝对电平： 功率功率dBmdBm，10lg(px/1010lg(px/10-3-3) )； 逆运算逆运算pxpx=10(xdBm/10)=10(xdBm/10)1010-3-3 电压电压dBmvdBmv，20lg(ux/1020lg(ux/10-3-3) )； 逆运

4、算逆运算uxux=10(xdBmv/20)=10(xdBmv/20)1010-3-3 电压电压dBvdBv，20lg(ux/1020lg(ux/10-6-6) )； 逆运算逆运算uxux=10(xdBv/20)=10(xdBv/20)1010-6-6 场强场强dBv/mdBv/m，20lg(ux/1020lg(ux/10-6-6)/m)/m 三种绝对电平的相互换算三种绝对电平的相互换算 0dBm变为变为dBmv，20lg(10-375)1/2/10-3=48.75dBmv 0dBm变为变为dBv，20lg(10-375)1/2/10-6=108.75dBv dBmv变为变为dBv，dBmv20

5、lg(103)=dBmv60dB dBv变为变为dBmv，dBv20lg(103)=dBv60dB 绝对电平转换加值表绝对电平转换加值表 转换加值(dB) dBm dBmv dBv dBm 48.75 108.75 dBmv 48.75 60 dBv 108.75 60 dBm和和W的互换口诀的互换口诀lW增减一倍，增减一倍，dBm增减增减3dB；lW增减十倍，增减十倍， dBm增减增减10dB；口算题口算题l 1、我国无委规定：寻呼台站的最大容许发射功、我国无委规定：寻呼台站的最大容许发射功率是率是125瓦，请问是多少瓦，请问是多少dBm？l 2、GSM室内设计规范中规定，基站发射功率为室内

6、设计规范中规定，基站发射功率为20瓦，请问是多少瓦，请问是多少dBm？室内天线口设计功率是？室内天线口设计功率是10dBm，请问是多少，请问是多少W？室内覆盖边缘设计场强？室内覆盖边缘设计场强是是-75 dBm，请问是多少，请问是多少W？l 3、在某次、在某次PHS测试中测得信号电平为测试中测得信号电平为55 dBuV，请问是多少请问是多少dBm(计算结果不用四舍五入直接取整计算结果不用四舍五入直接取整数数)，核算为多少，核算为多少mW（用科学计数法表示）？（用科学计数法表示）？综合计算题综合计算题l4、测得某一路、测得某一路GSM载波下行信号功率为载波下行信号功率为+16dBm，底噪声电平为

7、，底噪声电平为-6dBm，请问其，请问其信噪比信噪比SNR是多少？将这路信号和另一路是多少？将这路信号和另一路CDMA载波信号功率为载波信号功率为+10dBm，底噪声，底噪声电平也为电平也为-6dBm的信号用合路器进行合路，的信号用合路器进行合路，设合路器插损为设合路器插损为0.6dB，请问合路器输出端，请问合路器输出端的总功率是多少？底噪声电平抬升到多少的总功率是多少？底噪声电平抬升到多少dBm？输出端信噪比是多少？输出端信噪比是多少？题解题解l 1 1、我国无委规定：寻呼台站的最大容许发射功率是、我国无委规定：寻呼台站的最大容许发射功率是125125瓦，瓦，请问是多少请问是多少dBmdBm

8、？l 答：根据口诀答：根据口诀30dBm=1W30dBm=1W，每加，每加10dB10dB瓦数是瓦数是1010倍的增加，倍的增加，则有：则有： 40dBm=10W40dBm=10W、 50dBm=100W50dBm=100W、 60dBm=1000W60dBm=1000W 125W=1000W/8 125W=1000W/8，根据第二句口诀，根据第二句口诀，W W数减一倍数减一倍dBdB数减数减 去去3,1/83,1/8需要减需要减3 3次，就是次，就是9dB9dB， 所以所以125W=1000W/8=60dBm-9125W=1000W/8=60dBm-9 =51dBm =51dBml 2 2、

9、 GSMGSM室内设计规范中规定，基站发射功率为室内设计规范中规定，基站发射功率为2020瓦，请瓦，请问是多少问是多少dBmdBm？室内天线口设计功率是？室内天线口设计功率是10dBm10dBm，请问是多少，请问是多少W W？室内覆盖边缘设计场强是？室内覆盖边缘设计场强是-75 -75 dBmdBm，请问是多少，请问是多少W W？l 答：答：1 1、10W10W是是40dBm40dBm，20W20W是是10W10W的一倍，应加的一倍，应加3dB3dB，所以，所以20W=43dBm20W=43dBm 2 2、10dBm= 10mW=0.01W10dBm= 10mW=0.01W 3 3、 -75

10、-75 dBmdBm=-90 dBm+15dB=-90 dBm+15dB -90 -90 dBmdBm=1=1 10 10-9 -9 mWmW，15dB15dB是是2 2的的5 5次方是次方是3232倍倍 所以所以-75 -75 dBmdBm=1 =1 10 10-9 -9 mWmW3232 =3.2 =3.2 10 10-8 -8 mWmW =3.2 =3.2 10 10-11-11 W Wl 3、在某次、在某次PHS测试中测得信号电平为测试中测得信号电平为55 dBuV，请问是，请问是多少多少dBm(计算结果不用四舍五入直接取整数计算结果不用四舍五入直接取整数)，核算为多，核算为多少少mW

11、（用科学计数法表示）？（用科学计数法表示）？l 答：答： dBv变为变为dBm是：是：dBv108.75=dBm 55 dBv108.75=-53.75dBm，直接取整为，直接取整为-53dBm 核算为核算为mW则有：则有：-50 dBm=110-5 mW -53dBm比比-50 dBm小小3dB，相应，相应mW数小一倍，则有：数小一倍，则有： -53 dBm=0.510-5 mWl 4 4、测得某一路、测得某一路GSMGSM载波下行信号功率为载波下行信号功率为+16dBm+16dBm，底噪声电平为底噪声电平为-6dBm-6dBm，请问其信噪比，请问其信噪比SNRSNR是多少？是多少？将这路信

12、号和另一路将这路信号和另一路CDMACDMA载波信号功率为载波信号功率为+10dBm+10dBm，底噪声电平也为底噪声电平也为-6dBm-6dBm的信号用合路器进行合路，的信号用合路器进行合路，设合路器插损为设合路器插损为0.6dB0.6dB，请问合路器输出端的总功，请问合路器输出端的总功率是多少？底噪声电平抬升到多少率是多少？底噪声电平抬升到多少dBmdBm？输出端信？输出端信噪比是多少？噪比是多少？l 答：答：1 1、SNR=16dBm-SNR=16dBm-（-6dBm-6dBm）=22dB=22dB 2 2、先把、先把dBmdBm换算成换算成mWmW相加再换回相加再换回dBmdBm 16

13、dBm=10+3+3=40 16dBm=10+3+3=40 mWmW 10dBm=10mW 10dBm=10mW，则有：则有：16dBm+10dBm =40 mW+10mW=50mW16dBm+10dBm =40 mW+10mW=50mW 50mW=100mW 50mW=100mW2=20dBm-3dB=17dBm2=20dBm-3dB=17dBm底噪声则是两路相等信号相加，直接加底噪声则是两路相等信号相加，直接加3dB3dB即可即可则有：则有：-6dBm+-6dBm =-3dBm-6dBm+-6dBm =-3dBm 或：或：-6dBm=0-6=1mW/2/2=1/4mW-6dBm=0-6=1

14、mW/2/2=1/4mW 1/4mW+ 1/4mW= 1/2mW=0.5mW=-3dBm 1/4mW+ 1/4mW= 1/2mW=0.5mW=-3dBm由于合路插损由于合路插损0.6dB0.6dB，则，信号和噪声各减，则，信号和噪声各减0.6dB0.6dB信号相加功率为信号相加功率为17dBm- 0.6dB=16.4dBm17dBm- 0.6dB=16.4dBm噪声叠加功率为噪声叠加功率为-3dBm- 0.6dB=-3.6dBm-3dBm- 0.6dB=-3.6dBm输出端信噪比考核的是最差的那一路，当然是输出端信噪比考核的是最差的那一路，当然是CDMACDMA了，它了，它的输入信噪比只有的输

15、入信噪比只有16dB16dB，远小于，远小于GSMGSM的的22dB22dB，合路后合路后CDMACDMA信号被插损信号被插损0.6dB0.6dB，底噪被抬升至，底噪被抬升至-3.6dB-3.6dB，则，则有有CDMACDMA合路后合路后SNR=10-0.6-SNR=10-0.6-（-3.6-3.6）=13dB=13dBl 蜂窝技术蜂窝技术频率复用的概念频率复用的概念频率复用方案频率复用方案 l可以称可以称K个频率组组成的小块覆盖区为个频率组组成的小块覆盖区为“簇簇”l例如中国联通例如中国联通GSM900上下行各有上下行各有6MHz频频率谱，每载波占带宽率谱，每载波占带宽200KHz，即每，即

16、每1MHz频率谱有频率谱有5个载波，则中国联通在个载波，则中国联通在900MHz频段共有频段共有30个载波，但第个载波，但第125号载波规定为号载波规定为保护间隔，不能使用，实际有载波保护间隔，不能使用，实际有载波29个，个，频点号（频点号（ARFCN）从）从96-124；现网每站一；现网每站一般设计般设计3个个CELL，在这里试设计一个，在这里试设计一个K=3的簇表的簇表或把或把124、122号预留，作为室内覆盖用，号预留，作为室内覆盖用，可以看出每可以看出每CELL标准配置为标准配置为3载波载波l 无线移动通信系统广泛使用六边形研究系统覆盖和业无线移动通信系统广泛使用六边形研究系统覆盖和业

17、务需求。务需求。l 实际上，由于无线系统覆盖区的地形地貌不同，无线实际上，由于无线系统覆盖区的地形地貌不同，无线电波传播环境不同，产生的电波的长期衰落和短期衰电波传播环境不同，产生的电波的长期衰落和短期衰落不同，因而一个小区的实际无线覆盖是一个不规则落不同，因而一个小区的实际无线覆盖是一个不规则的形状。的形状。l 当用六边形来模拟覆盖范围时，基站发射机或者安置当用六边形来模拟覆盖范围时，基站发射机或者安置在小区的中心（中心激励小区），或者安置在六边形在小区的中心（中心激励小区），或者安置在六边形的顶点之中的三个上（顶点激励小区）。的顶点之中的三个上（顶点激励小区）。 图图2-1 双频组和三频组

18、频率配置双频组和三频组频率配置 RKD3无线传播理论无线传播理论 无线传播理论无线传播理论l 无线传播基本原理无线传播基本原理 无线电波通过如下方式从发射天线传播到接无线电波通过如下方式从发射天线传播到接收天线：收天线： 第一种方式即直达波。由于沿直线传播，所第一种方式即直达波。由于沿直线传播，所以可用于卫星和外部空间通信，如图以可用于卫星和外部空间通信，如图 (a) (a) 。另外，这个定义也可用于陆上视距传播（两另外，这个定义也可用于陆上视距传播（两个微波塔之间），如图个微波塔之间），如图 (b) (b)。 无线传播理论无线传播理论第二种方式即地波或表面波。地波传播可看作是三种第二种方式即

19、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。从发射天情况的综合，即直达波、反射波和表面波。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；有些通过地球表面到达接球表面反射后到达接收机；有些通过地球表面到达接收机。这三种的表面波见图（收机。这三种的表面波见图（c c）。）。无线传播理论无线传播理论l 第三种方式即对流层反射波。这种波产生于对流层，对流第三种方式即对流层反射波。这种波产生于对流层，对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。它的反射系层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。它的反

20、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，如图曲，如图 (d) (d)。对流层方式应用于波长小于。对流层方式应用于波长小于1010米（即频率米（即频率大于大于30MHz30MHz）的无线通信中。）的无线通信中。无线传播理论无线传播理论第四种方式是经电离层反射传播。当电波波长小于第四种方式是经电离层反射传播。当电波波长小于1 1米（频率大于米（频率大于300MHz300MHz）时，电离层是反射体。从）时，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，如图电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，如图 (e)(e)。这种传播用

21、于长距离通信。这种传播用于长距离通信。另外，电离层中的流星也能散射电波。同对流层一另外，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是随机的快速波动。 无线传播理论无线传播理论（a） 直达波沿直线传播（b） 视距通信的应用（c） 地波传播（d） 对流层对无线电波的不规则散射（e） 无线电波通过电离层反射传播无线传播理论无线传播理论 典型的移动信道电波传播路径典型的移动信道电波传播路径 l 陆地移动信道的主要陆地移动信道的主要特征是多径传播。特征是多径传播。l 传播过程中会遇到各传播过程中会遇到各种

22、建筑物、树木、植种建筑物、树木、植被以及起伏的地形，被以及起伏的地形，会引起电波的反射，会引起电波的反射，如右图所示。如右图所示。无线传播理论无线传播理论l 这样，到达移动台天线的信号不是单一路径来的，这样，到达移动台天线的信号不是单一路径来的，而是许多路径来的众多反射波的合成。由于电波而是许多路径来的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各条反射波到达通过各个路径的距离不同，因而各条反射波到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端叠加，有时同相叠加而增强，有时反相在接收端叠加，有时同相叠加而增强，有时反相叠加而减弱。这样，

23、接收信号的幅度将急剧变化，叠加而减弱。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了衰落。这种衰落是由于多径现象所引起即产生了衰落。这种衰落是由于多径现象所引起的，称为多径衰落。的，称为多径衰落。无线传播理论无线传播理论无线传播理论无线传播理论在设计蜂窝系统时研究传播有两个原因：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到几十公里第二，它可计算邻信道和同信道干扰。第二，它可计算邻信道和同信道干扰。在蜂窝系统中，至少有两类传播模型：

24、在蜂窝系统中，至少有两类传播模型：第一类是室外宏蜂窝和微蜂窝的模型；第一类是室外宏蜂窝和微蜂窝的模型；第二类是室内传播模型第二类是室内传播模型无线传播理论无线传播理论l 无线传播环境无线传播环境 频段划分介绍频段划分介绍无线电波分布在无线电波分布在3Hz3Hz到到3000GHz3000GHz之间，在这个频谱内划之间，在这个频谱内划分为分为1212个带。个带。在不同的频段内的频率具有不同的传播特性。在不同的频段内的频率具有不同的传播特性。对于移动通信来讲，我们只关心对于移动通信来讲，我们只关心3003003000MHz 3000MHz 的的UHFUHF（Ultra High Frequency

25、Ultra High Frequency ）的频段。）的频段。无线频谱略表无线频谱略表由于种种原因，在一些欧、美、日等西方国家常常把部分微由于种种原因，在一些欧、美、日等西方国家常常把部分微波波段分为波波段分为L L、S S、C C、X X、KuKu、K K、KaKa等波段（或称子波段）等波段（或称子波段） 频率和波长波段代号频率范围波长范围L12GHz3015cmS24GHz157.5cmC48GHz7.53.75cmX813GHz3.752.31cmKu1318GHz2.311.67cmK1828GHz1.671.07cmKa2840GHz1.070.75cm无线传播理论无线传播理论l无线

26、通信中的电磁波按照其波长的不同无线通信中的电磁波按照其波长的不同具有不同的传播特点，下面按波长分述具有不同的传播特点，下面按波长分述如下：如下：l极长波（极低频ELF）传播l极长波是指波长为极长波是指波长为110万公里（频率为万公里（频率为330Hz）的电磁波。理论研究表明，这）的电磁波。理论研究表明，这一波段的电磁波沿陆地表面和海水中传一波段的电磁波沿陆地表面和海水中传播的衰耗极小。播的衰耗极小。无线传播理论无线传播理论l 超长波（超低频超长波（超低频SLFSLF）传播）传播l超长波是指波长超长波是指波长1 1千公里至千公里至1 1万公里万公里（频率为（频率为30300Hz30300Hz）的

27、电磁波。这一）的电磁波。这一波段的电磁波传播十分稳定，在海水波段的电磁波传播十分稳定，在海水中衰耗很小（频率为中衰耗很小（频率为75Hz75Hz时衰耗系数时衰耗系数为为0.3dB/m0.3dB/m）对海水穿透能力很强，可）对海水穿透能力很强，可深达深达100m100m以上。以上。无线传播理论无线传播理论l甚长波（甚低频甚长波（甚低频VLFVLF）传播）传播l甚长波是指波长甚长波是指波长1010公里公里100100公里（频率为公里（频率为330kHz330kHz）的电磁波。无线通信中使用的甚）的电磁波。无线通信中使用的甚长波的频率为长波的频率为1030kHz1030kHz，该波段的电磁波，该波段

28、的电磁波可在大地与低层的电离层间形成的波导中可在大地与低层的电离层间形成的波导中进行传播，距离可达数千公里乃至覆盖全进行传播，距离可达数千公里乃至覆盖全球球。无线传播理论无线传播理论l长波（低频长波（低频LFLF）传播）传播l长波是指波长长波是指波长1 1公里公里1010公里（频率为公里（频率为30300kHz30300kHz）的电磁波。其可沿地表面）的电磁波。其可沿地表面传播（地波）和靠电离层反射传播传播（地波）和靠电离层反射传播（天波）。（天波）。无线传播理论无线传播理论l中波（中频中波（中频MFMF）传播）传播l中波是指波长中波是指波长100100米米10001000米（频率为米（频率为

29、3003000kHz3003000kHz）的电磁波。中波可沿地表面）的电磁波。中波可沿地表面传播（地波）和靠电离层反射传播（天传播（地波）和靠电离层反射传播（天波）。中波沿地表面传播时，受地表面的波）。中波沿地表面传播时，受地表面的吸收较长波严重。中波的天波传播与昼夜吸收较长波严重。中波的天波传播与昼夜变化有关。变化有关。无线传播理论无线传播理论l短波（高频短波（高频HFHF）传播）传播l短波是指波长为短波是指波长为1010米米100100米（频率为米（频率为330MHz330MHz）的电磁波。短波可沿地表面）的电磁波。短波可沿地表面传播（地波），沿空间以直接或绕射传播（地波），沿空间以直接或

30、绕射方式传播（空间波）和靠电离层反射方式传播（空间波）和靠电离层反射传播（天波）。传播（天波）。无线传播理论无线传播理论l超短波（甚高频超短波（甚高频VHFVHF）传播）传播l超短波是指波长为超短波是指波长为1 1米米1010米（频率为米（频率为30300MHz30300MHz）的电磁波。超短波难以靠）的电磁波。超短波难以靠地波和天波传播，而主要以直射方式地波和天波传播，而主要以直射方式（即所谓的（即所谓的“视距视距”方式）传播。方式）传播。无线传播理论无线传播理论l微波传播微波传播l微波是指波长小于微波是指波长小于1 1米（频率高于米（频率高于300MHz300MHz）的电磁波。目前又按其波

31、长）的电磁波。目前又按其波长的不同，分为分米波（特高频的不同，分为分米波（特高频UHFUHF）、）、厘米波（超高频厘米波（超高频SHFSHF）、毫米波（极高）、毫米波（极高频频EHFEHF）和亚毫米波（至高频）和亚毫米波（至高频THFTHF）。）。无线传播理论无线传播理论l微波传播微波传播l微波的传播类似于光波的传播，是一微波的传播类似于光波的传播，是一种视距传播。其主要在对流层内进行。种视距传播。其主要在对流层内进行。总的说来，这种传播方式比较稳定，总的说来，这种传播方式比较稳定，但其传播也受到大气折射和地面反射但其传播也受到大气折射和地面反射的影响。另外，对流层中的大气湍流的影响。另外，对

32、流层中的大气湍流气团对微波有散射作用。利用这种散气团对微波有散射作用。利用这种散射作用可实现微波的超视距传播射作用可实现微波的超视距传播。无线传播理论无线传播理论l 自由空间电波传播是指天线周围为无限大真空自由空间电波传播是指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。时的电波传播，它是理想传播条件。l 电波在自由空间传播时，可以认为是直射波传电波在自由空间传播时，可以认为是直射波传播，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产播，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。生反射或散射。l 虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不产虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不产生反射、折射、绕射

33、、散射和吸收，但是，当生反射、折射、绕射、散射和吸收，但是，当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由于辐射能量的扩散而引起的。减，这是由于辐射能量的扩散而引起的。无线传播理论无线传播理论无线传播理论无线传播理论在研究传播时，特定收信机功率接收的信号电平在研究传播时，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。播信号减小，这种信号强度减小称为传播损耗。以理想全向天线为例。经推导，自由空间（各向以理想全向天线为例。经推导，自由空间（各向同

34、性，无吸收，电导率为零的均匀介质）的传播同性，无吸收，电导率为零的均匀介质）的传播损耗为：损耗为：LpLp = 32.4 + 20 = 32.4 + 20 lgf(MHzlgf(MHz ) + 20 ) + 20 lgdlgd (km ) (km ) 其中，其中，f f为频率，为频率，d d为距离（公里）。为距离（公里）。无线传播理论无线传播理论l由上式可见，自由空间中电波传播损耗由上式可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率（亦称衰减）只与工作频率f f和传播距离和传播距离d d有关，当有关，当f f或或d d增大一倍时，增大一倍时，L Lbsbs将分别将分别增加增加6dB6dB

35、。无线传播理论无线传播理论视距传播的极限距离视距传播的极限距离l 由于地球是球形的，凸起的地表面会挡住视线。由于地球是球形的，凸起的地表面会挡住视线。l 视线所能到达的最远距离称为视线距离视线所能到达的最远距离称为视线距离d0l 已知地球半径为已知地球半径为R = 6 370km，设发射天线和接，设发射天线和接收天线高度分别为收天线高度分别为hT和和hR（单位为（单位为m），理论上），理论上可得视距传播的极限距离可得视距传播的极限距离d0为为l 由此可见，视距决定于收、发天线的高度。天线由此可见，视距决定于收、发天线的高度。天线架设越高，视线距离越远。架设越高，视线距离越远。 无线传播理论无线

36、传播理论无线传播理论无线传播理论l 实际上，当考虑了空气的不均匀性对电波传播轨实际上，当考虑了空气的不均匀性对电波传播轨迹的影响后，在标准大气折射情况下，等效地球迹的影响后，在标准大气折射情况下，等效地球半径半径RR=8 500km=8 500km，可得修正后的视距传播的极限，可得修正后的视距传播的极限距离距离d d0 0为为 l 在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的传播机制为在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的传播机制为反射、绕射和散射反射、绕射和散射。l 当电波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生于当电波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面。

37、地球表面、建筑物和墙壁表面。 l 当发射机和接收机之间不存在视距路径，围绕阻挡体也产当发射机和接收机之间不存在视距路径，围绕阻挡体也产生波的弯曲。生波的弯曲。l 散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。在实散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。在实际的通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等都会发生散射际的通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等都会发生散射。无线传播理论无线传播理论无线传播理论无线传播理论l 在实际情况下，除了考虑在自由空间中的视距传在实际情况下，除了考虑在自由空间中的视距传输损耗外，还应考虑各种障碍物对电波传输所引输损耗外，还应考虑各种障碍物对电波传输所引起的损耗。通常将

38、这种损耗称为绕射损耗。起的损耗。通常将这种损耗称为绕射损耗。无线传播理论无线传播理论无线传播理论无线传播理论l菲涅尔区同心圆半径计算公式：菲涅尔区同心圆半径计算公式：无线传播理论无线传播理论第一菲涅尔区绕射距离速查表第一菲涅尔区绕射距离速查表无线传播理论无线传播理论l 电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑界面时，电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑界面时，会发生反射现象。会发生反射现象。反射波和直射波反射波和直射波l散射发生的基本条件是：电波行进路线当散射发生的基本条件是：电波行进路线当中有反射体，而且该反射体的截面最大尺中有反射体，而且该反射体的截面最大尺寸远小于波长；当该反射体的截

39、面最大尺寸远小于波长；当该反射体的截面最大尺寸大于波长时，则发生反射寸大于波长时，则发生反射无线传播理论无线传播理论无线传播理论无线传播理论l 当电波在传播路径上遇到起伏地形、建筑物、植当电波在传播路径上遇到起伏地形、建筑物、植被（高大的树林）等障碍物的阻挡时，会产生电被（高大的树林）等障碍物的阻挡时，会产生电磁场的阴影。磁场的阴影。l 移动台在运动中通过不同障碍物的阴影时，就构移动台在运动中通过不同障碍物的阴影时，就构成接收天线处场强中值的变化，从而引起衰落，成接收天线处场强中值的变化，从而引起衰落，称为阴影衰落。称为阴影衰落。l 由于这种衰落的变化速率较慢，又称为慢衰落。由于这种衰落的变化

40、速率较慢，又称为慢衰落。l 慢衰落是以较大的空间尺度来度量的衰落。慢衰落是以较大的空间尺度来度量的衰落。l 慢衰落速率主要决定于传播环境，即移动台周围慢衰落速率主要决定于传播环境，即移动台周围地形，包括山丘起伏，建筑物的分布与高度，街地形，包括山丘起伏，建筑物的分布与高度，街道走向，基站天线的位置与高度，移动台行进速道走向，基站天线的位置与高度，移动台行进速度等。度等。 无线传播理论无线传播理论无线传播理论无线传播理论l 慢衰落的深度，即接收信号局部中值电平变化的慢衰落的深度，即接收信号局部中值电平变化的幅度取决于信号频率与障碍物状况。幅度取决于信号频率与障碍物状况。l 频率较高的信号比频率较

41、低的信号容易穿透建筑频率较高的信号比频率较低的信号容易穿透建筑物，而频率较低的信号比频率较高的信号更具有物，而频率较低的信号比频率较高的信号更具有较强的绕射能力。较强的绕射能力。l 慢衰落的特性是与环境特征密切相关的，可用电慢衰落的特性是与环境特征密切相关的，可用电场实测的方法找出其统计规律。场实测的方法找出其统计规律。 无线传播理论无线传播理论l 当移动台在运动中通信时，接收信号频率会发当移动台在运动中通信时，接收信号频率会发生变化，称为多普勒效应。由此引起的附加频生变化，称为多普勒效应。由此引起的附加频移称为多普勒频移（移称为多普勒频移（Doppler ShiftDoppler Shift

42、），可用下），可用下式表示式表示 l 式中，式中， 是入射电波与移动台运动方向的夹角是入射电波与移动台运动方向的夹角（见下图），（见下图），v v是运动速度，是运动速度， 是波长。是波长。l 式中，式中， 与入射角度无关，是与入射角度无关，是f fD D的最大值，称的最大值，称为最大多普勒频移。为最大多普勒频移。 mfv无线传播理论无线传播理论无线传播理论无线传播理论mfv=0.33/120000/3600=0.01相干时间相干时间l相干时间为两个瞬时时间的信道冲激响应相干时间为两个瞬时时间的信道冲激响应保持强相关时的最大时间间隔。相干时间保持强相关时的最大时间间隔。相干时间越小，多普勒频移越

43、大；反之，相干时间越小，多普勒频移越大；反之，相干时间越大，多普勒频移越小。越大，多普勒频移越小。无线传播理论无线传播理论l 设计无线通信系统时，首要的问题是在给定条件设计无线通信系统时，首要的问题是在给定条件下如何算出接收信号的场强，或接收信号中值。下如何算出接收信号的场强，或接收信号中值。l 这些给定条件包括发射机天线高度、位置、工作这些给定条件包括发射机天线高度、位置、工作频率、接收天线高度、收发信机之间距离等。频率、接收天线高度、收发信机之间距离等。l 这就是电波传播的路径损耗预测问题，又称为信这就是电波传播的路径损耗预测问题，又称为信号中值预测。这里的信号中值是长区间中值。号中值预测

44、。这里的信号中值是长区间中值。 无线传播理论无线传播理论l无线传播模型无线传播模型 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。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，是一个重要的任务。干扰，是一个重要的任务。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

45、线传播模型的建立起关键作用。确定某一特定地区传播环境的对无线传播模型的建立起关键作用。确定某一特定地区传播环境的主要因素有：主要因素有：自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）；自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）；人工建筑的数量、高度、分布和材料特性；人工建筑的数量、高度、分布和材料特性；该地区的植被特征；该地区的植被特征；天气状况；天气状况；自然和人为的电磁噪声状况。自然和人为的电磁噪声状况。另外，无线传播模型还受到系统工作频率和移动台运动状况的影响。另外，无线传播模型还受到系统工作频率和移动台运动状况的影响。无线传播理论无线传播理论在相同地区，工作频率不同，接收信号衰落状况各异；在相同地区，

46、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。相同。根据无线网络规划的需要，我们一般将无线传播模型根据无线网络规划的需要，我们一般将无线传播模型分为两类：室外传播模型和室内传播模型。分为两类：室外传播模型和室内传播模型。常用的模型如下表所示：常用的模型如下表所示：模型名称适用范围Okumura-Hata适用于 900MHz 宏蜂窝预测 Cost231-Hata适用于1800MHz 宏蜂窝预测 Cost231 Walfish-Ikegami适用于900和1800MHz 微蜂窝预测Keenan-Motley适用

47、于900和1800MHz 室内环境预测l Hata根据根据Okumura模型中的各种图表曲线归模型中的各种图表曲线归纳出一个经验公式，称为纳出一个经验公式，称为Hata模型。模型。l 这种模型仍然保留了这种模型仍然保留了Okumura模型的风格，模型的风格，以市区传播损耗为标准，其他地区在此基础上以市区传播损耗为标准，其他地区在此基础上进行修正。进行修正。 - PL(dBPL(dB)=69.55+26.16log(F)=69.55+26.16log(F)13.82log(H)13.82log(H)（44.944.96.55log(H)6.55log(H)）* * log(Dlog(D) )C(

48、F)C(F)其中： PL:PL:路径损耗，单位路径损耗，单位dBdB； F F：频率，计算取值：频率，计算取值21002100；GSMGSM计算取值为计算取值为900900； H H：天线有效高度，单位为米，取值为：天线有效高度，单位为米，取值为3 3米；米； D D：距离，单位为千米，一般取距天线的最远距离；：距离，单位为千米，一般取距天线的最远距离； C(F)C(F)：环境校正因子，参照现场模拟测试结论取定该值。：环境校正因子，参照现场模拟测试结论取定该值。 上式可简化为：上式可简化为：PL(dB149.1544.17*log(D)C(F) （WCDMA2100）PL(dB141.444.

49、17*log(D)C(F) （GSM900） 118.2520093.555574.1520112.7515091.655068.5515104.9510089.654560.8510102.959087.454056.558100.758084.853547.55598.157081.853029.95295.156078.352516.651衰耗值（衰耗值（dB）距离（米）距离（米）衰耗值衰耗值（dB）距离距离（米）（米）衰耗值衰耗值（dB）距离距离（米）（米） 距离距离（米）（米）衰耗值（衰耗值（dB）距离距离（米）（米）衰耗值（衰耗值（dB）距离距离（米）（米）衰耗值（衰耗值（dB）1

50、8.92570.66087.4222.23074.17090.4539.83577.18093.0848.84079.79095.21053.14581.910097.21560.85083.9150105.02066.45585.8200110.5 CCIR模型 可以简单地认为可以简单地认为CCIR模型就是对模型就是对环环境校正因子境校正因子C(F)C(F)取值的一种规定，它引用的校正依据是：取值的一种规定，它引用的校正依据是：被建筑物覆盖的区域的百分比，姑且称它为被建筑物覆盖的区域的百分比，姑且称它为R RB B，则有：，则有：C(F)=30-25lgRC(F)=30-25lgRB B例如

51、：当等于例如：当等于15%15%时，一般可认为是乡村或开阔的地方，此时，一般可认为是乡村或开阔的地方，此时时C(F)=30-25lg15=0C(F)=30-25lg15=0，比当初，比当初设置时对设置时对这类地形的衰耗值定义还要悲观，同样的情形也出现在城这类地形的衰耗值定义还要悲观，同样的情形也出现在城市和城郊的预测工作中，见市和城郊的预测工作中，见P47P47图图2.212.21宏蜂窝和微蜂窝宏蜂窝和微蜂窝一般称天线高度高于覆盖区建筑物的为宏蜂窝一般称天线高度高于覆盖区建筑物的为宏蜂窝称天线高度低于覆盖区建筑物的为微蜂窝称天线高度低于覆盖区建筑物的为微蜂窝称天线置于覆盖区建筑物内的为室内覆盖

52、称天线置于覆盖区建筑物内的为室内覆盖或微微蜂窝或微微蜂窝视距情况下（视距情况下（LOS） L=42.6+26logd+20logflogd+20logf式中：式中：f为频率，单位为频率，单位MHz d为距离，单位为距离，单位Km非视距情况下（NLOS）先看下图：图中：图中：hb为基站天线高出地面的高度，（为基站天线高出地面的高度，（4至至50米）米）hm为移动台天线的高度，（为移动台天线的高度，（1至至3米）米）hB为传播路径上建筑物的高度为传播路径上建筑物的高度 hb = hb hB为基站天线的架高为基站天线的架高 hm = hm hB为移动台天线低于建筑物的高差为移动台天线低于建筑物的高差

53、b为建筑物间隔，默认值为为建筑物间隔，默认值为20米到米到50米米 w为街道宽度，默认值为为街道宽度，默认值为b/2L=L0+L1+L2L0 为自由空间衰耗；为自由空间衰耗；L1 为沿屋顶下沿最近的衍射引起的衰落损耗为沿屋顶下沿最近的衍射引起的衰落损耗L2 为多遮蔽物衍射损耗为多遮蔽物衍射损耗先计算先计算L1 此处根据衍射角度不同还有不同取值，对现场勘测此处根据衍射角度不同还有不同取值，对现场勘测要求甚高，一般在楼下都是取第三项，角度取要求甚高，一般在楼下都是取第三项，角度取85度度再计算再计算L2现网用此模型一般是考虑天线架高高于阻挡建筑物，所以此处计算量会予现网用此模型一般是考虑天线架高高

54、于阻挡建筑物，所以此处计算量会予以简化以简化 设定几个条件，可将非视距模型予以简化，然后再做成设定几个条件，可将非视距模型予以简化，然后再做成速查表格速查表格设：设： 1.基站天线架高基站天线架高hb 为为4米（一般抱杆安装就是这个高度）米（一般抱杆安装就是这个高度） 2.手机高度手机高度hm为为1.6米米 3.频率频率f暂定为暂定为GSM频段，取为频段，取为900 4.建筑物间隔因要算进去楼体厚度，所以一般建筑物间隔因要算进去楼体厚度，所以一般b取取50米米 5.w就取为就取为d的一半的一半 6.像这种场景一般在国内属于像这种场景一般在国内属于7层楼的多层小区，考虑层楼的多层小区，考虑 hB

55、为为20米米 7.在在900MHz一般认为一般认为kf取取-4L=L0+L1+L2 =114.7+38lgd其中其中d取取km为单位为单位课后练习：根据简化的课后练习：根据简化的 一般用一般用ITU-R室内传播模型室内传播模型l在室内分布系统中，无线电波在复杂的室在室内分布系统中，无线电波在复杂的室内环境中传播，要受到房间内部各种物体内环境中传播，要受到房间内部各种物体和墙壁、地板、人体的反射和阻挡，出现和墙壁、地板、人体的反射和阻挡，出现反射、绕射、散射和衰减等各种传播效应。反射、绕射、散射和衰减等各种传播效应。大部分室内无线通信过程都是在非视距的大部分室内无线通信过程都是在非视距的情况下完

56、成的，所以我们认为室内覆盖环情况下完成的，所以我们认为室内覆盖环境不应是自由空间，而是受限空间。境不应是自由空间，而是受限空间。ITU-R室内传播模型室内传播模型l根据根据ITU-R Rec.P.1238建议给出的数据，建议给出的数据，可以把无线电波在室内的基本传播损耗表可以把无线电波在室内的基本传播损耗表示为：示为：Lb(dB)=20lgf+10nlgd+Lfloor-28l式中：式中：f 为工作频率，单位取为工作频率，单位取MHz，d 为距为距离，单位取米，离，单位取米，n是室内传播指数，它是介是室内传播指数，它是介于于2.03.3之间的常数，与建筑物性质有关，之间的常数，与建筑物性质有关

57、，在不同频段，其取值如下：在不同频段，其取值如下：f900MHz时时 住宅和办公楼住宅和办公楼 n3.3 商业卖场商业卖场 n2.0f1.82.0GHz时时 办公楼办公楼 n3.0住宅楼住宅楼 n2.8 商业卖场商业卖场 n2.2式中式中Lfloor 是穿过地板的损耗，在不同频段，其取是穿过地板的损耗，在不同频段，其取值如下：值如下：f900MHz时穿时穿1层地板层地板 各种楼宇统一取值各种楼宇统一取值 Lfloor 9穿穿2层地板层地板 各种楼宇统一取值各种楼宇统一取值 Lfloor 19穿穿3层地板层地板 各种楼宇统一取值各种楼宇统一取值 Lfloor 24f1.82.0GHz时时 住宅楼

58、住宅楼 Lfloor 4电波穿电波穿过楼层数过楼层数办公楼办公楼 Lfloor 154（电波穿过楼层数（电波穿过楼层数1）商业卖场商业卖场 Lfloor 63（电波穿过楼层数（电波穿过楼层数1） 现场环境中，电波穿透现场环境中，电波穿透2层楼板和墙壁的衰层楼板和墙壁的衰耗比较大，再加上每层都会设计有天线，耗比较大，再加上每层都会设计有天线，所以垂直方向隔楼板覆盖我们可以不考虑，所以垂直方向隔楼板覆盖我们可以不考虑，根据实际情况水平方向隔墙壁覆盖我们最根据实际情况水平方向隔墙壁覆盖我们最多只考虑多只考虑3层，如隔墙太多覆盖效果肯定很层，如隔墙太多覆盖效果肯定很差，需要另想办法差，需要另想办法 根

59、据根据ITU-R Rec.P.1238建议室内传播模型建议室内传播模型计算的距离衰耗表计算的距离衰耗表表一：表一：f900MHz 住宅和办公楼住宅和办公楼Lb(dB)=31 +33lgd（米）（米）+Lfloor表二：表二：f900MHz 商业卖场商业卖场Lb(dB)=31 +20lgd（米）（米）+Lfloor无线传播理论无线传播理论l多径信道的统计分析多径信道的统计分析l高斯分布：即对数正态分布高斯分布：即对数正态分布l瑞利分布：无直达波路径，但又有大量反瑞利分布：无直达波路径，但又有大量反射波存在，且各反射波幅度和相位都是统射波存在，且各反射波幅度和相位都是统计独立的计独立的l莱斯分布：

60、当接收信号有视距直达波时视莱斯分布：当接收信号有视距直达波时视距信号成为主接收信号分量距信号成为主接收信号分量l中上中上-m分布：分布：莱斯分布莱斯分布多径信道理论分析多径信道理论分析中值场强并不一定时刻稳定在预定数值上，而是在不断变化中值场强并不一定时刻稳定在预定数值上，而是在不断变化之中的，其变化的规律遵循如下概率：之中的，其变化的规律遵循如下概率：1.多数信道辐射规律遵循瑞利分布，但直射径为主，且周围多数信道辐射规律遵循瑞利分布，但直射径为主，且周围开阔，反射径较少情形服从高斯正态分布开阔，反射径较少情形服从高斯正态分布2.有直射径，但周围有较多反射体，且反射较强情形，有直射径，但周围有