移动通信的电波传播课件

第3章移动通信的电波传播3.1VHF、UHF频段的电波传播特性

3.2电波传播特性的估算（工程计算）2022/12/211第3章移动通信的电波传播3.1VHF、UHF频段的电3.1

VHF、UHF频段的电波传播特性3.1.1直射波3.1.2视距传播的极限距离3.1.3绕射损耗3.1.4反射波3.1.5多径效应与瑞利(Rayleigh)衰落3.1.6莱斯（Riceam）衰落2022/12/2123.1VHF、UHF频段的电波传播特性3.1.1直射移动通信系统的使用频段当前陆地移动通信主要使用的频段为VHF和

UHF，即150MHZ、450MHz、900MHz、1800MHz。VHF，甚高频，30~300MHz，米波，10m~1mUHF，超高频，0.3~3GHz，分米波，1m~0.1m2022/12/213移动通信系统的使用频段当前陆地移动通信主要使用的频段为VHF移动通信系统电波的传播方式

图3-1典型的移动信道电波传播路径直射波

反射波

地表面波

2022/12/214移动通信系统电波的传播方式图3-1典型的移动信道电波传3.1.1直射波

在自由空间中，电波沿直线传播而不被吸收，也不发生反射、折射和散射等现象而直接到达接收点的传播方式称为直射波传播。直射波传播损耗可看成自由空间的电波传播损耗的表示式为

式中，d为距离(km)，f为工作频率(MHz)。

2022/12/2153.1.1直射波在自由空间中，3.1.2视距传播的极限距离

图3-2视距传播的极限距离

2022/12/2163.1.2视距传播的极限距离图3-2视距传播的极修正公式:(等效地球半径R=8500km)理论公式:(地球半径R=6370km)2022/12/217修正公式:(等效地球半径R=8500km)理论公式:3.1.3绕射损耗

在移动通信中，通信的地形环境十分复杂，很难对各种地形引起的电波损耗做出准确的定量计算，只能作出一些定性分析，采用工程估算的方法。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起的损耗。通常将这种损耗称为绕射损耗。

2022/12/2183.1.3绕射损耗在移动通信图3-3菲涅尔余隙（a）负余隙;（b）正余隙

2022/12/219图3-3菲涅尔余隙2022/12/189图3-4绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系

2022/12/2110图3-4绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系2022/12/

图中，横坐标为x/x1，x1称菲涅尔半径（第一菲涅尔半径），且有

2022/12/2111图中，横坐标为x/x1，x1称菲涅尔半径（第一菲3.1.4反射波

电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑界面时，就会发生反射现象。图3-5给出了从发射天线到接收天线的电波由反射波和直射波组成的情况。反射波与直射波的行距差为

图3-5反射波和直射波2022/12/21123.1.4反射波电波在传输过程中，遇到两种不

由于直射波和反射波的起始相位是一致的，因此两路信号到达接收天线的时间差换算成相位差△Ф0为

再加上地面反射时大都要发生一次反相，实际的两路电波相位差△Ф为

2022/12/2113由于直射波和反射波的起始相位是一致的，因此两路信3.1.5多径效应与瑞利(Rayleigh)衰落

设发射机发

后，接收机接收端收到的合成信号为

式中：为第i条路径的接收信号；为第i条路径的传输时间；为第i条路径的相位滞后，。

2022/12/21143.1.5多径效应与瑞利(Rayleigh)衰落为合成波的包络；为合成波的相位。

式中：

2022/12/2115为合成波的包络；为合成波的相位。式中：2022/12/由于和随时间的变化与发射信号的载频周期相比是缓慢变化的，因此及包络、相位也是缓慢变化的。通常，包络满足瑞利分布，相位满足均匀分布，可视为一个窄带过程。假设噪声为高斯白噪声，噪声方差为2，r为接收信号的包络幅度，则包络概率密度函数和相位概率密度函数分别为：2022/12/2116由于和随时间的变化与均值：方差：2022/12/2117均值：方差：2022/12/1817瑞利分布的概率密度2022/12/2118瑞利分布的概率密度2022/12/18183.1.6莱斯（Riceam）衰落分布

在移动通信中，如果存在一个起支配作用的直达波（未受衰落影响），这时，接收端接收信号的包络为莱斯（Riceam）分布。包络的概率密度函数p(r)为

2022/12/21193.1.6莱斯（Riceam）衰落分布在移动3.2电波传播特性的估算（工程计算）

在实际中，由于移动通信的移动台在不停地运动。计算绕射损耗中的x、x1的数值处于变化中，因而使用公式计算不平坦地区场强时遇到较大的麻烦。EgliJohnJ．提出一种经验模型，并根据此模型提出经验修正公式，认为不平坦地区的场强等于平面大地反射公式算出的场强加上一个修正值，其修正值为

3.2.1EgliJohnJ．场强计算公式式中,f为工作频率，以MHz为单位。

2022/12/21203.2电波传播特性的估算（工程计算）在实际不平坦地区的场强公式:不平坦地带传播衰减:

2022/12/2121不平坦地区的场强公式:不平坦地带传播衰减:2022/12

如果采用米(M)表示，d用公里（km）表示，f用MHz表示，则不平坦地区的传播衰耗LA为

2022/12/2122如果采用米(M)表示，d用公里（km）表3.2.2奥村（Okumura）模型

移动通信中电波传播的实际情况是复杂多变的。实践证明，任何试图使用一个或几个理论公式计算所得的结果，都将引入较大误差，甚至与实测结果相差甚远。为此，人们通过大量的实地测量和分析，总结归纳了多种经验模型。在一定情况下，使用这些模型对移动通信电波传播特性进行估算，通常都能获得比较准确的预测结果。

奥村（Okumura）模型

OM模型适用的范围：频率为150～1920MHz，基地站天线高度为20～1000m，移动台天线高度为1～10m，传播距离为1～100km。2022/12/21233.2.2奥村（Okumura）模型移动通信中电波传播1．市区传播衰耗中值

图3-6大城市准平滑地形基本衰耗中值Am(f,d)2022/12/21241．市区传播衰耗中值图3-6大城市准平滑地形基本衰耗中由曲线上查得的基本衰耗中值Am(f，d)加上自由空间的传播衰耗Lbs才是实际路径衰耗LT，即

2022/12/2125由曲线上查得的基本衰耗中值Am(f，d)加上自由空间的传播衰例3-1当

d=10km，hb=200m，hm=3m，f=900MHz时，由式（3-1）可求得自由空间的传播衰耗中值Lbs为

2022/12/2126例3-1当d=10km，hb=200m，hm

如果基站天线的高度不是200m,则损耗中值的差异用基站天线高度增益因子Hb(hb,d)表示。图3-7给出了不同通信距离d时，Hb(hb,d)与hb的关系。显然，当hb＞200m时，Hb(hb,d)＞0dB；反之，当hb＜200m时，Hb(hb,d)＜0dB。

同理，当移动台天线高度不是3m时，需用移动台天线高度增益因子Hm(hm,f)加以修正，参见图3-8。当hm＞3m时，Hm(hm,f)＞0dB；反之，当hm＜3m时，Hm(hm,f)＜0dB。2022/12/2127如果基站天线的高度不是200m,则损耗中值图3-7基站天线高度增益因子2022/12/2128图3-7基站天线高度增益因子2022/12/1828图3-8移动台天线高度增益因子2022/12/2129图3-8移动台天线高度增益因子2022/12/1829

在考虑基站天线高度因子与移动台天线高度因子的情况下，式（3-18）所示市区准平滑地形的路径传播衰耗中值应为

例3-2

在前面计算城市地区准平滑地形的路径衰耗中值的例子中，当hb=200m,hm=3m,d=10km,f=900MHz时，计算得LT=141.5dB。若将基地站天线高度改为hb=50m,移动台天线高度改为hm=2m,利用图3-7、图3-8可以对路径传播衰耗中值重新进行修正。2022/12/2130在考虑基站天线高度因子与移动台天线高度因子的查图3-7得

查图3-8得修正后的路径衰耗中值LT为

2022/12/2131查图3-7得查图3-8得修正后的路径衰耗中值LT为202.郊区和开阔地损耗的中值图3-9郊区修正因子2022/12/21322.郊区和开阔地损耗的中值图3-9郊区修正因子20图3-10开阔地、准开阔地修正因子2022/12/2133图3-10开阔地、准开阔地修正因子2022/12/183.不规则地形上传播损耗的中值(1)丘陵地的修正因子Kh(2)孤立山岳修正因子Kjs(3)斜波地形修正因子Ksp(4)

水陆混合路径修正因子KS2022/12/21343.不规则地形上传播损耗的中值(1)丘陵地的修正因子K(1)丘陵地的修正因子Kh丘陵地的地形参数用地形起伏高度Δh表征。它的定义是：自接收点向发射点延伸10km的范围内，地形起伏的90%与10%的高度差(参见图3-11上方)即为Δh。2022/12/2135(1)丘陵地的修正因子Kh丘陵地图3-11丘陵地形修正因子Kh2022/12/2136图3-11丘陵地形修正因子Kh2022/12/1836图3-12丘陵地形微小修正因子Khf2022/12/2137图3-12丘陵地形微小修正因子Khf2022/12/18(2)孤立山岳修正因子Kjs

图3-13给出的是适用于工作频段为450~900MHz、山岳高度在110~350m范围，由实测所得的弧立山岳地形的修正因子Kjs的曲线。其中，d1是发射天线至山顶的水平距离，d2是山顶至移动台的水平距离。图中，Kjs是针对山岳高度H=200m所得到的场强中值与基准场强的差值。如果实际的山岳高度不为200m时，上述求得的修正因子Kjs还需乘以系数α，计算α的经验公式为式中，H的单位为m。2022/12/2138(2)孤立山岳修正因子Kjs图3–13孤立山岳修正因子2022/12/2139图3–13孤立山岳修正因子2022/12/1839(3)斜波地形修正因子Ksp

斜坡地形系指在5~10km范围内的倾斜地形。若在电波传播方向上，地形逐渐升高，称为正斜坡，倾角为+θm；反之为负斜坡，倾角为-θm，如图3-14的下部所示。2022/12/2140(3)斜波地形修正因子Ksp图3-14斜坡地形修正因子2022/12/2141图3-14斜坡地形修正因子2022/12/1841(4)水陆混合路径修正因子KS2022/12/2142(4)水陆混合路径修正因子KS2022/12/18424.任意地形的信号中值预测

前面我们介绍了电波传输衰耗中值与工作频率、通信距离、天线高度等的关系，并给出了电波传播的各种衰耗曲线。利用这些曲线，就可以对各种地形地物情况下的信号中值做出预测。信号中值可以是场强中值，也可以是路径衰耗中值或是接收信号的功率中值，总之，都是用来表示移动通信电波传播特性的。不过在传输电路计算中，常用功率中值和路径衰耗中值。下面简要说明预测步骤。

2022/12/21434.任意地形的信号中值预测前面我们介绍了电（1）计算自由空间的传播衰耗。

（2）市区准平滑地形的信号中值。

（3）任意地形地物情况下的信号中值。

KT为地形地物修正因子。如果发射机送至天线的发射功率为PT，则市区准平滑地形接收功率中值PP为

2022/12/2144（1）计算自由空间的传播衰耗。（2）市区准平滑地形的信号中

KT由如下项目构成：

式中：Kmr为郊区修正因子，可由图3-9查得；

Qo，Qr为开阔区、准开阔区修正因子，可由图3-10查得；

Kh，Khf为丘陵地形修正因子及丘陵地微小修正值，可由图3-11、图3-12查得；

Kjs为孤立山岳地形修正因子，可由图3-13查得；

Ksp为斜坡地形修正因子，可由图3-14查得；

Ks为水陆混合地形修正因子，可由图3-15查得。2022/12/2145KT由如下项目构成：式中：Kmr为郊区修正因子，可由图3

如果发射机送至天线的发射功率为PT，则市区准平滑地形接收功率中值PP为

任意地形地物情况下接收信号的功率中值PPC是以市区准平滑地形的接收功率中值PP为基础，加上地形地物修正因子KT，即

2022/12/2146如果发射机送至天线的发射功率为PT，则市区准平滑地形

例3-3某一移动电话系统，工作频率为450MHz，基站天线高度为70m，移动台天线高度为1.5m，在市区工作，传播路径为准平滑地形，通信距离为20km，求传播路径的衰耗中值。解:

(1)

自由空间的传播衰耗:

2022/12/2147例3-3某一移动电话系统，工作频率为450(2)市区准平滑地形的衰耗中值:由图3-6查得

由图3-7查得由图3-8查得所以，准平滑地形市区衰耗中值为2022/12/2148(2)市区准平滑地形的衰耗中值:2022/12/1848

(3)任意地形地物情况下的衰耗中值:根据已知条件可知：

因为

所以

2022/12/2149(3)任意地形地物情况下的衰耗中值:2022/12/例3-4

若上题改为在郊区工作，传播路径是正斜坡，且其他条件不变，再求传播路径的衰耗中值。解:

根据已知条件由图3-9查得

由图3-14查得所以地形地物修正因子KT为

因此传播路径衰耗中值LA为2022/12/2150例3-4若上题改为在郊区工作，传播路径是正斜坡，且其5.其他因素的影响

（1）街道走向的影响

（2）建筑物的穿透衰耗LP

（3）植被衰耗LZ

（4）隧道中的传播衰减

2022/12/21515.其他因素的影响（1）街道走向的影响2022/12（1）街道走向的影响

电波传播的衰耗中值与街道的走向（相对于电波传播方向）有关。特别是在市区，走向与电波传播方向平行（纵向）或垂直（横向）时，在距基站同一距离上，接收的场强中值相差很大。这是由于建筑物形成的沟道有利于电波的传播，因而在纵向街道上衰耗较小，横向街道上衰耗较大。也就是说，在纵向街道上的场强中值高于基准场强中值，在横向街道上的场强中值低于基准场强中值。

2022/12/2152（1）街道走向的影响电波传播的衰耗中值与街道的走向（相对于图3-16市区街道走向修正值2022/12/2153图3-16市区街道走向修正值2022/12/1853（2）建筑物的穿透衰耗LP

各个频段的电波穿透建筑物的能力是不同的。一般来说，波长越短，穿透能力越强。同时，各个建筑物对电波的吸收也是不同的。不同的材料、结构和楼房层数，其吸收衰耗的数据都不一样。例如，砖石的吸收较小，钢筋混凝土的大些，钢结构的最大。

式中：Lb为实际路径衰耗中值，Lo为在街心的衰耗中值，Lp为建筑物的穿透衰耗。

2022/12/2154（2）建筑物的穿透衰耗LP各个频段的电波穿透建频率/MHz150250450800平均穿透衰耗/dB22221817表3-1建筑物的穿透衰耗(地面层)2022/12/2155频率/MHz150250450800平均穿透衰耗/dB2图3-17信号衰耗与楼层高度

2022/12/2156图3-17信号衰耗与楼层高度2022/12/1856（3）植被衰耗LZ

树木、植被对电波有吸收作用。在传播路径上，由树木、植被引起的附加衰耗不仅取决于树木的高度、种类、形状、分布密度、空气湿度和季节变化，还取决于工作频率、天线极化、通过树木的路径长度等多方面因素。在城市中，由于树木、绿地与建筑物往往是交替存在着的，所以，它对电波传播引起的衰耗与森林对电波传播的影响是不同的。大片森林对电波传播产生的附加衰耗可参看图3-18。图中，曲线A与B分别相对于垂直极化波与水平极化波。一般来说，垂直极化波比水平极化波的衰耗稍大些。

2022/12/2157（3）植被衰耗LZ树木、植被对电波有吸收作用。在图3-18森林地带的附加衰耗2022/12/2158图3-18森林地带的附加衰耗2022/12/1858（4）隧道中的传播衰减

移动通信的空间电波传播在遇到隧道等地理障碍时，将受到严重衰落而不能通信。如地铁及地下铁矿、煤矿井下无线调度系统，乘坐汽车、火车在穿越山洞隧道时使用移动电话均需解决隧道或地下通道的电波传播问题。空间电波在隧道中传播时，由于隧道壁的吸收及电波的干涉作用会受到较大的衰耗。2022/12/2159（4）隧道中的传播衰减移动通信的空间电波传播在遇到图3-19电波在隧道中的传播衰耗

2022/12/2160图3-19电波在隧道中的传播衰耗2022/12/186当通信系统中的一方天线在隧道外时，则由于地形、地物的阻挡，通信距离还要大大缩短。电波在隧道中的衰耗还与工作频率有关，频率越高，衰耗越小。这是由于隧道对较高频率电磁波形成了有效的波导，因而使传播得到改善。当隧道出现分支或转弯时，衰耗会急剧增加，弯曲度越大，衰耗越严重。例如，450MHz的电波，在直隧道内衰耗为6dB，一个直角转弯后，衰耗为58dB,所以转弯后通信距离将大大缩短。

2022/12/2161当通信系统中的一方天线在隧道外时，则由于地形、地物的阻挡，通解决电波在隧道中的传播问题，通常可采用两种措施：一是在较高频段（数百兆赫），使用强方向性天线，把电磁波集中射入隧道内，但传播距离也不能很长，且受到车体的影响（特别是地铁列车驶入隧道后，占用了隧道内绝大部分的空间）；二是在隧道中，纵向沿隧道壁铺设导波线（通常为泄漏电缆），使电磁波沿着导波线在隧道中传播，从而减小传播衰耗。在导波线附近的移动台天线可以通过与导波线开放式泄漏场发生耦合，实现与基站的通信。在图3-19中，曲线B为200平衡线导波线的衰耗曲线。

2022/12/2162解决电波在隧道中的传播问题，通常可采用两种措施：一是在较高频3.2.3Okumura-Hata方法

为了在系统设计时,使Okumura预测方法能采用计算机进行预测，Hata对Okumura提出的基本中值场强曲线进行了公式化处理，所得基本传输损耗的计算公式如下：2022/12/21633.2.3Okumura-Hata方法移动台天线高度校正因子：

2022/12/2164移动台天线高度校正因子：2022/12/18643.2.4微蜂窝系统的覆盖区预测模式在微蜂窝系统中，基站天线高度通常低于屋顶，电波传播由其周围建筑物的绕射和散射决定，即主要射线传播是在类似于槽形波导的街道峡谷中进行。COST-231-Walfish-Ikegami模式可用于宏蜂窝及微蜂窝作传播损耗预测。但是，在基站天线高度大致与其附近的屋顶高度同一水平时，屋顶高度的微小变化将引起路径损耗的急剧变化，这时容易造成预测误差。

2022/12/21653.2.4微蜂窝系统的覆盖区预测模式在微蜂窝系统中，基站图3-20环境参数的定义(a)环境参数；(b)街道方向2022/12/2166图3-20环境参数的定义2022/12/1866微蜂窝覆盖区预测计算模式分为两部分（1）视线传播。基本传播损耗采用下式计算：

（2）非视线传播。即在街道峡谷内有高建筑物阻挡视线，基本传输损耗Lb由以下三项组成：

2022/12/2167微蜂窝覆盖区预测计算模式分为两部分（1）视线传播。基本传播损①Lo——自由空间传播损耗：

②Lrts——屋顶至街道的绕射及散射损耗：

③Lmsd——多重屏障的绕射损耗：

2022/12/2168①Lo——自由空间传播损耗：2022/12/1868COST-231-Walfish-Ikegami计算模式应用于时，计算结果误差较大。在同一条件下，f=1800MHz的传输损耗可用900MHz的损耗值求得，即

以上微蜂窝覆盖区预测计算的适用条件为f:800～2000MHz；hBase:4～50m；hMobile:1~3m；d:0.02~5km。

2022/12/2169COST-231-Walfish-Ikegami计算模式应作业1．陆地移动通信的电波传播方式主要有哪三种？

4．在市区工作的某调度电话系统，工作频率为150MHz，基站天线高度为100m，移动台天线高度为2m,传输路径为不平坦地形，通信距离15km。试用Egli公式计算其传输衰耗？5．在郊区工作的某一移动电话系统，工作频率为900MHz，基站天线高度为100m，移动台天线高度为1.5m，传输路径为准平滑地形，通信距离为10km。试用Okumura模型求传输路径的衰耗中值？再用Egli公式计算其传输衰耗，比较误差。

2022/12/2170作业1．陆地移动通信的电波传播方式主要有哪三种？20谢谢！2022/12/2171谢谢！2022/12/1871第3章移动通信的电波传播3.1VHF、UHF频段的电波传播特性

3.2电波传播特性的估算（工程计算）2022/12/2172第3章移动通信的电波传播3.1VHF、UHF频段的电3.1

VHF、UHF频段的电波传播特性3.1.1直射波3.1.2视距传播的极限距离3.1.3绕射损耗3.1.4反射波3.1.5多径效应与瑞利(Rayleigh)衰落3.1.6莱斯（Riceam）衰落2022/12/21733.1VHF、UHF频段的电波传播特性3.1.1直射移动通信系统的使用频段当前陆地移动通信主要使用的频段为VHF和

UHF，即150MHZ、450MHz、900MHz、1800MHz。VHF，甚高频，30~300MHz，米波，10m~1mUHF，超高频，0.3~3GHz，分米波，1m~0.1m2022/12/2174移动通信系统的使用频段当前陆地移动通信主要使用的频段为VHF移动通信系统电波的传播方式

图3-1典型的移动信道电波传播路径直射波

反射波

地表面波

2022/12/2175移动通信系统电波的传播方式图3-1典型的移动信道电波传3.1.1直射波

在自由空间中，电波沿直线传播而不被吸收，也不发生反射、折射和散射等现象而直接到达接收点的传播方式称为直射波传播。直射波传播损耗可看成自由空间的电波传播损耗的表示式为

式中，d为距离(km)，f为工作频率(MHz)。

2022/12/21763.1.1直射波在自由空间中，3.1.2视距传播的极限距离

图3-2视距传播的极限距离

2022/12/21773.1.2视距传播的极限距离图3-2视距传播的极修正公式:(等效地球半径R=8500km)理论公式:(地球半径R=6370km)2022/12/2178修正公式:(等效地球半径R=8500km)理论公式:3.1.3绕射损耗

在移动通信中，通信的地形环境十分复杂，很难对各种地形引起的电波损耗做出准确的定量计算，只能作出一些定性分析，采用工程估算的方法。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起的损耗。通常将这种损耗称为绕射损耗。

2022/12/21793.1.3绕射损耗在移动通信图3-3菲涅尔余隙（a）负余隙;（b）正余隙

2022/12/2180图3-3菲涅尔余隙2022/12/189图3-4绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系

2022/12/2181图3-4绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系2022/12/

图中，横坐标为x/x1，x1称菲涅尔半径（第一菲涅尔半径），且有

2022/12/2182图中，横坐标为x/x1，x1称菲涅尔半径（第一菲3.1.4反射波

电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑界面时，就会发生反射现象。图3-5给出了从发射天线到接收天线的电波由反射波和直射波组成的情况。反射波与直射波的行距差为

图3-5反射波和直射波2022/12/21833.1.4反射波电波在传输过程中，遇到两种不

由于直射波和反射波的起始相位是一致的，因此两路信号到达接收天线的时间差换算成相位差△Ф0为

再加上地面反射时大都要发生一次反相，实际的两路电波相位差△Ф为

2022/12/2184由于直射波和反射波的起始相位是一致的，因此两路信3.1.5多径效应与瑞利(Rayleigh)衰落

设发射机发

后，接收机接收端收到的合成信号为

式中：为第i条路径的接收信号；为第i条路径的传输时间；为第i条路径的相位滞后，。

2022/12/21853.1.5多径效应与瑞利(Rayleigh)衰落为合成波的包络；为合成波的相位。

式中：

2022/12/2186为合成波的包络；为合成波的相位。式中：2022/12/由于和随时间的变化与发射信号的载频周期相比是缓慢变化的，因此及包络、相位也是缓慢变化的。通常，包络满足瑞利分布，相位满足均匀分布，可视为一个窄带过程。假设噪声为高斯白噪声，噪声方差为2，r为接收信号的包络幅度，则包络概率密度函数和相位概率密度函数分别为：2022/12/2187由于和随时间的变化与均值：方差：2022/12/2188均值：方差：2022/12/1817瑞利分布的概率密度2022/12/2189瑞利分布的概率密度2022/12/18183.1.6莱斯（Riceam）衰落分布

在移动通信中，如果存在一个起支配作用的直达波（未受衰落影响），这时，接收端接收信号的包络为莱斯（Riceam）分布。包络的概率密度函数p(r)为

2022/12/21903.1.6莱斯（Riceam）衰落分布在移动3.2电波传播特性的估算（工程计算）

在实际中，由于移动通信的移动台在不停地运动。计算绕射损耗中的x、x1的数值处于变化中，因而使用公式计算不平坦地区场强时遇到较大的麻烦。EgliJohnJ．提出一种经验模型，并根据此模型提出经验修正公式，认为不平坦地区的场强等于平面大地反射公式算出的场强加上一个修正值，其修正值为

3.2.1EgliJohnJ．场强计算公式式中,f为工作频率，以MHz为单位。

2022/12/21913.2电波传播特性的估算（工程计算）在实际不平坦地区的场强公式:不平坦地带传播衰减:

2022/12/2192不平坦地区的场强公式:不平坦地带传播衰减:2022/12

如果采用米(M)表示，d用公里（km）表示，f用MHz表示，则不平坦地区的传播衰耗LA为

2022/12/2193如果采用米(M)表示，d用公里（km）表3.2.2奥村（Okumura）模型

移动通信中电波传播的实际情况是复杂多变的。实践证明，任何试图使用一个或几个理论公式计算所得的结果，都将引入较大误差，甚至与实测结果相差甚远。为此，人们通过大量的实地测量和分析，总结归纳了多种经验模型。在一定情况下，使用这些模型对移动通信电波传播特性进行估算，通常都能获得比较准确的预测结果。

奥村（Okumura）模型

OM模型适用的范围：频率为150～1920MHz，基地站天线高度为20～1000m，移动台天线高度为1～10m，传播距离为1～100km。2022/12/21943.2.2奥村（Okumura）模型移动通信中电波传播1．市区传播衰耗中值

图3-6大城市准平滑地形基本衰耗中值Am(f,d)2022/12/21951．市区传播衰耗中值图3-6大城市准平滑地形基本衰耗中由曲线上查得的基本衰耗中值Am(f，d)加上自由空间的传播衰耗Lbs才是实际路径衰耗LT，即

2022/12/2196由曲线上查得的基本衰耗中值Am(f，d)加上自由空间的传播衰例3-1当

d=10km，hb=200m，hm=3m，f=900MHz时，由式（3-1）可求得自由空间的传播衰耗中值Lbs为

2022/12/2197例3-1当d=10km，hb=200m，hm

如果基站天线的高度不是200m,则损耗中值的差异用基站天线高度增益因子Hb(hb,d)表示。图3-7给出了不同通信距离d时，Hb(hb,d)与hb的关系。显然，当hb＞200m时，Hb(hb,d)＞0dB；反之，当hb＜200m时，Hb(hb,d)＜0dB。

同理，当移动台天线高度不是3m时，需用移动台天线高度增益因子Hm(hm,f)加以修正，参见图3-8。当hm＞3m时，Hm(hm,f)＞0dB；反之，当hm＜3m时，Hm(hm,f)＜0dB。2022/12/2198如果基站天线的高度不是200m,则损耗中值图3-7基站天线高度增益因子2022/12/2199图3-7基站天线高度增益因子2022/12/1828图3-8移动台天线高度增益因子2022/12/21100图3-8移动台天线高度增益因子2022/12/1829

在考虑基站天线高度因子与移动台天线高度因子的情况下，式（3-18）所示市区准平滑地形的路径传播衰耗中值应为

例3-2

在前面计算城市地区准平滑地形的路径衰耗中值的例子中，当hb=200m,hm=3m,d=10km,f=900MHz时，计算得LT=141.5dB。若将基地站天线高度改为hb=50m,移动台天线高度改为hm=2m,利用图3-7、图3-8可以对路径传播衰耗中值重新进行修正。2022/12/21101在考虑基站天线高度因子与移动台天线高度因子的查图3-7得

查图3-8得修正后的路径衰耗中值LT为

2022/12/21102查图3-7得查图3-8得修正后的路径衰耗中值LT为202.郊区和开阔地损耗的中值图3-9郊区修正因子2022/12/211032.郊区和开阔地损耗的中值图3-9郊区修正因子20图3-10开阔地、准开阔地修正因子2022/12/21104图3-10开阔地、准开阔地修正因子2022/12/183.不规则地形上传播损耗的中值(1)丘陵地的修正因子Kh(2)孤立山岳修正因子Kjs(3)斜波地形修正因子Ksp(4)

水陆混合路径修正因子KS2022/12/211053.不规则地形上传播损耗的中值(1)丘陵地的修正因子K(1)丘陵地的修正因子Kh丘陵地的地形参数用地形起伏高度Δh表征。它的定义是：自接收点向发射点延伸10km的范围内，地形起伏的90%与10%的高度差(参见图3-11上方)即为Δh。2022/12/21106(1)丘陵地的修正因子Kh丘陵地图3-11丘陵地形修正因子Kh2022/12/21107图3-11丘陵地形修正因子Kh2022/12/1836图3-12丘陵地形微小修正因子Khf2022/12/21108图3-12丘陵地形微小修正因子Khf2022/12/18(2)孤立山岳修正因子Kjs

图3-13给出的是适用于工作频段为450~900MHz、山岳高度在110~350m范围，由实测所得的弧立山岳地形的修正因子Kjs的曲线。其中，d1是发射天线至山顶的水平距离，d2是山顶至移动台的水平距离。图中，Kjs是针对山岳高度H=200m所得到的场强中值与基准场强的差值。如果实际的山岳高度不为200m时，上述求得的修正因子Kjs还需乘以系数α，计算α的经验公式为式中，H的单位为m。2022/12/21109(2)孤立山岳修正因子Kjs图3–13孤立山岳修正因子2022/12/21110图3–13孤立山岳修正因子2022/12/1839(3)斜波地形修正因子Ksp

斜坡地形系指在5~10km范围内的倾斜地形。若在电波传播方向上，地形逐渐升高，称为正斜坡，倾角为+θm；反之为负斜坡，倾角为-θm，如图3-14的下部所示。2022/12/21111(3)斜波地形修正因子Ksp图3-14斜坡地形修正因子2022/12/21112图3-14斜坡地形修正因子2022/12/1841(4)水陆混合路径修正因子KS2022/12/21113(4)水陆混合路径修正因子KS2022/12/18424.任意地形的信号中值预测

前面我们介绍了电波传输衰耗中值与工作频率、通信距离、天线高度等的关系，并给出了电波传播的各种衰耗曲线。利用这些曲线，就可以对各种地形地物情况下的信号中值做出预测。信号中值可以是场强中值，也可以是路径衰耗中值或是接收信号的功率中值，总之，都是用来表示移动通信电波传播特性的。不过在传输电路计算中，常用功率中值和路径衰耗中值。下面简要说明预测步骤。

2022/12/211144.任意地形的信号中值预测前面我们介绍了电（1）计算自由空间的传播衰耗。

（2）市区准平滑地形的信号中值。

（3）任意地形地物情况下的信号中值。

KT为地形地物修正因子。如果发射机送至天线的发射功率为PT，则市区准平滑地形接收功率中值PP为

2022/12/21115（1）计算自由空间的传播衰耗。（2）市区准平滑地形的信号中

KT由如下项目构成：

式中：Kmr为郊区修正因子，可由图3-9查得；

Qo，Qr为开阔区、准开阔区修正因子，可由图3-10查得；

Kh，Khf为丘陵地形修正因子及丘陵地微小修正值，可由图3-11、图3-12查得；

Kjs为孤立山岳地形修正因子，可由图3-13查得；

Ksp为斜坡地形修正因子，可由图3-14查得；

Ks为水陆混合地形修正因子，可由图3-15查得。2022/12/21116KT由如下项目构成：式中：Kmr为郊区修正因子，可由图3

如果发射机送至天线的发射功率为PT，则市区准平滑地形接收功率中值PP为

任意地形地物情况下接收信号的功率中值PPC是以市区准平滑地形的接收功率中值PP为基础，加上地形地物修正因子KT，即

2022/12/21117如果发射机送至天线的发射功率为PT，则市区准平滑地形

例3-3某一移动电话系统，工作频率为450MHz，基站天线高度为70m，移动台天线高度为1.5m，在市区工作，传播路径为准平滑地形，通信距离为20km，求传播路径的衰耗中值。解:

(1)

自由空间的传播衰耗:

2022/12/21118例3-3某一移动电话系统，工作频率为450(2)市区准平滑地形的衰耗中值:由图3-6查得

由图3-7查得由图3-8查得所以，准平滑地形市区衰耗中值为2022/12/21119(2)市区准平滑地形的衰耗中值:2022/12/1848

(3)任意地形地物情况下的衰耗中值:根据已知条件可知：

因为

所以

2022/12/21120(3)任意地形地物情况下的衰耗中值:2022/12/例3-4

若上题改为在郊区工作，传播路径是正斜坡，且其他条件不变，再求传播路径的衰耗中值。解:

根据已知条件由图3-9查得

由图3-14查得所以地形地物修正因子KT为

因此传播路径衰耗中值LA为2022/12/21121例3-4若上题改为在郊区工作，传播路径是正斜坡，且其5.其他因素的影响

（1）街道走向的影响

（2）建筑物的穿透衰耗LP

（3）植被衰耗LZ

（4）隧道中的传播衰减

2022/12/211225.其他因素的影响（1）街道走向的影响2022/12（1）街道走向的影响

电波传播的衰耗中值与街道的走向（相对于电波传播方向）有关。特别是在市区，走向与电波传播方向平行（纵向）或垂直（横向）时，在距基站同一距离上，接收的场强中值相差很大。这是由于建筑物形成的沟道有利于电波的传播，因而在纵向街道上衰耗较小，横向街道上衰耗较大。也就是说，在纵向街道上的场强中值高于基准场强中值，在横向街道上的场强中值低于基准场强中值。

2022/12/21123（1）街道走向的影响电波传播的衰耗中值与街道的走向（相对于图3-16市区街道走向修正值2022/12/21124图3-16市区街道走向修正值2022/12/1853（2）建筑物的穿透衰耗LP

各个频段的电波穿透建筑物的能力是不同的。一般来说，波长越短，穿透能力越强。同时，各个建筑物对电波的吸收也是不同的。不同的材料、结构和楼房层数，其吸收衰耗的数据都不一样。例如，砖石的吸收较小，钢筋混凝土的大些，钢结构的最大。

式中：Lb为实际路径衰耗中值，Lo为在街心的衰耗中值，Lp为建筑物的穿透衰耗。

2022/12/21125（2）建筑物的穿透衰耗LP各个频段的电波穿透建频率/MHz150250450800平均穿透衰耗/dB22221817表3-1建筑物的穿透衰耗(地面层)2022/12/21126频率/MHz150250450800平均穿透衰耗/dB2图3-17信号衰耗与楼层高度

2022/12/21127图3-17信号衰耗与楼层高度2022/12/1856（3）植被衰耗LZ

树木、植被对电波有吸收作用。在传播路径上，由树木、植被引起的附加衰耗不仅取决于树木的高度、种类、形状、分布密度、空气湿度和季节变化，还取决于工作频率、天线极化、通过树木的路径长度等多方面因素。在城市中，由于树木、绿地与建筑物往往是交替存在着的，所以，它对电波传播引起的衰耗与森林对电波传播的影响是不同的。大片森林对电波传播产生的附加衰耗可参看图3-18。图中，曲线A与B分别相对于垂直极化波与水平极化波。一般来说，垂直极化波比水平极化波的衰耗稍大些。

2022/12/21128（3）植被衰耗LZ树木、植被对电波有吸收作用。在图3-18森林地带的附加衰耗2022/12/21129图3-18森林地带的附加衰耗2022/12/1858（4）隧道中的传播衰减

移动通信的空间电波传播在遇到隧道等地理障碍时，将受到严重衰落而不能通信。如地铁及地下铁矿、煤矿井下无线调度系统，乘坐汽车、火车在穿越山洞隧道时使用移动电话均需解决