中国移动通信电波传播特点与原理.ppt

1、第三章，移动通信传播，传播传播特性：移动引起的随机性；复杂的路径会导致信号级别的损失。移动台的速度也可能影响信号级别的衰落。建立传播模型：集中预测给定范围的平均接收场强，以及特定位置附近的场强变化。分为大规模传播模型和小规模传播模型：1大规模传播模型：描述发射器和接收器之间远距离(T-R)距离(数百米或数千米)的场强变化的模型。2描述短距离(几个波长)或短时间(秒级)内接收场强的快速波动的传播模型。3.1 VHF，UHF频带传播特性，目前主要用于陆地移动通信的频带VHF和UHF，即150MHz、450MHz、900MHz和1800MHz。频率传输和接收间隔分别为5.7MHz、10MHz、45M

2、Hz和95MHz。在移动通信中传播的方式主要是直接波、反射波、衍射波、散射波和面波等传播方法。分析移动通信信道时，主要考虑直射波和反射波的影响。图3-1是典型的移动信道传播传播路径。图3-1典型移动信道传播传播传播传播传播路径，3.1.1直接传播，直接传播传播传播：在自由空间中，传播不是吸收，而是沿直线传播，是在不发生反射、折射、散射等现象的情况下直接到达接收点的传播方法。直接无线电波传播损失可以看作是自由空间的无线电波传播损失：其中d是距离(km)，f是操作频率(MHz)。3.1.2视距传播的极限距离，视线可以到达的最远距离称为视线距离d0。理论上，已知地球半径为R=6370km，发射天线和

3、接收天线高度分别为hT和hR(单位m)，视距传播的极限距离为：考虑到空气不均匀性对传播传播轨迹的影响，地球半径R=8500km。可修正视距传播的极限距离：3.1.3斜线损失、隐藏：当接收器和发射器之间的无线路径被尖角阻止时，将对其进行审计。由阻挡曲面产生的二次波分布在空间中，甚至在阻挡的背面。衍射损耗：由于各种障碍物的传播传输而造成的损失。fresnel齿隙：设置障碍物对发射点、接收点的相对位置，如图3-3所示，在图中，x表示障碍物顶点p和直线TR之间的垂直距离，在传播理论中，x称为fresnel齿隙。(a)负齿隙(b)正齿隙图3-3菲涅耳齿隙，障碍物引起的衍射损失和菲涅耳齿隙之间的关系如图3

4、-4所示。其中x1称为fresnel半径(第一个fresnel半径)。结论：对于横坐标x/x10.5，障碍物基本上不影响直射波的传播。X=0时，TR直线射线在障碍物顶点摩擦时约为6dB会衰退。在X0处，TR直线光线低于障碍物顶点，损失急剧增加。图3-4衍射损耗与菲涅耳剩余间隙的关系，3.1.4反射波，无线电波在传输过程中遇到两个不同介质的光滑界面时发生反射现象。图3-5示出了从发射天线到接收天线的无线电波由反射波和直接无线电波组成的情况。反射波和直射波的行距差异如下：如果两个信号到达接收天线的时间差转换为相位差，则图3-5反射波和直射波、3.1.5散射、散射：在通过波的介质中存在比波长小的物体

5、，并且单位体积内的阻断体数很大的情况下发生散射。散射波发生在粗糙表面、小物体或其他不规则物体上。在实际通信系统中，叶片、距离标记、灯柱等引起了散射。3.1.6多路径效果和瑞利类型衰落特性，设置发射机发送的信号：接收接收机接收端接收的合成信号：类型I路径接收信号；第I条路线的传输时间；对于第I路径上的相位延迟，可以将、(3-8)、和随时间变化视为缓慢变化的随机过程，因为通常比信号传输的载波周期慢得多。因此(3-8)样式可以写为：(3-9)；设置：3-9)样式可以写为：合成波的包络；合成波的相位。一般满足瑞利分布，相位满足均匀分布，可视为窄带过程。对于、向上可以获得瑞利衰落的一些特性。平均值为：分

6、布如下：3.1.7莱斯衰落分布，在移动通信中存在主导直波(不受衰落影响)的情况下，接收方接收信号的包络是赖斯分布。设定，如果赖斯分布瑞利分布，3.2电波传播传播传播特性估计(工程计算)，3.2.1Egli.John.J场强计算公式是因为移动通信移动体在不断移动，所以实际上。在衍射损耗计算中，x，x1的数值发生了变化。Egli。John.J提出了基于此模型的经验修正公式，认为非平坦地区的场强为平面大地测量反射公式计算的场强加上修正值，修正值为：也就是说，不平坦的场强公式如下：或者，不均匀的场强公式适用于h1、H2为米、d为千米(km)、f为MHz的典型传播模型、室外：Longley-Rice模型

7、：f为40MHz到100GHz，以及其他类型地形中的点到点通信系统。您可以执行地点间预测和区域预测。Durkin模型：构建访问二维阵列中可见服务区域的地理数据库，然后计算径向路径损失，最后，通过反复将模拟接收器位置移动到服务区域的其他位置，可以导出信号场强轮廓。Okumura模型：应用最广泛。Hata模型：根据Okumura图的经验公式，频率范围为150MHz到1500MHz。以市区传播损失为标准，其他地区以此为基础进行修正。Walfish和Bertoni模型宽带PCS微蜂窝模型，室内(室内通道分为视距和阻塞两种)分离损失(同一层)模型级别之间的分离损失模型代数距离路径损失模型Ericsson

8、多中断模型衰退系数模型，3 . 2 . 2 omura模型，OM模型想法：将城市视为“准光滑地形”，提供城市场强的中心值。对于郊区，开放区域的场强中值根据城市场强中值进行修改。该修改器也可用于地形规划。由于此模型提供了更多的修改器，因此您可以了解详细的地形，并在插图中获得更准确的预测结果。OM型号复盖范围：频率150MHZ至1500MHZ(可扩展到3000MHz)，基站天线高度30至200米，移动台天线高度1至10米，传播距离1至20千米的场强预测。在城市传播衰减中值城市距离区域，传播衰减消耗取决于传播距离d、工作频率f、基站天线的有效高度HB、移动台天线高度hm和距离的方向和宽度。准平滑地形

9、，城市地区的电波衰退中心值也称为基本衰退中心值(或基准衰退中心值)。在OM模型中，给出了图3-6所示的准光滑地形、城市传播衰退中值的预测曲线族。基站天线有效高度hb=200m米，移动台天线高度hm=3m，自由空间传播衰退基准(0dB)，衰退中值Am(f，d)，图3-6准平滑地形大城市的基本衰退中值Am(f，d)，以及如果移动台天线高度不等于3m，则可以使用图3-8来定位hm(修正器hm，f)，以修改默认衰退中间值，即移动台天线高度的增益。考虑基站天线高度系数和移动台天线高度系数时，城市路径传播衰减中值为、例如，准平滑地形计算、城市区域的路径衰减中值。已知：hb=200m，hm=3m，d=10k

10、m，f=900MHz，解决方法：首先，自由空间的传播衰退Lbs为：调查图3-6可以获得Am(f，d)。也就是说，3.18可以计算准平滑地形、城市距离的传播衰退中值(如果hb=50m，hm=2m)。调查图3-7，调查图3-8，根据上述结果添加基站和移动国的高增益因素。修改后的路径衰退中值为：郊区和开放地区的传播衰退中值、城市衰退中值和郊区衰退中值之间的差异是郊区修改器kmr，kmr是增益系数。根据工作频率和传播距离的关系，如图3-9所示。如图3-10所示，准开放区域(开放区域和郊区之间的过渡区域)的衰退中心值相对于城市区域的衰退中心值的校正曲线。Q0是开放区域修改器。Qr是准开放区域修改器。在求

11、出郊区或开弓区、准开弓区的传播衰退中值时，应根据城市圈衰退中值减去图3-9或3-10中找到的修正因子。图3-9郊区修改器，图3-10个活区，准活区修改器，不规则地形上的传播衰退中值，丘陵地形的地形参数以“地形起伏”高度h表示。定义为从接收点到发射点10公里范围内90%的地形波动和10%的高度差异。基本衰退中值和丘陵衰退中值之间的差异。通常称为丘陵地形修改器KH，KH是增益系数。丘陵起伏的山顶和曲阜的小水晶值khf。基于Kh的其他修改的较小修改值。孤立山地形的修改器是在使用450MHz、900MHz频段、山区高度H=110350m的情况下，默认衰退中值与测量的衰退中值之间的差值，并且规范化为H=

12、200m，即孤立山修改器kjs。Kjs也是增益系数。如果山岳高度不是200米，kjs值还需要乘以系数。斜坡地形的修正坡度地形是指5 10公里内倾斜的地形。沿着无线电波传播的方向走，地形逐渐上升，就是斜坡，倾角为theta m。相反，负坡度为-m。倾斜地形修改子ksp也是增益集。水陆混合地形的修改器水陆混合地形修改器ks增益因素。随机地形的信号中值预测，自由空间的传播衰退计算标准(3-1)，自由空间的传播衰退Lbs为：准平滑地形的城市区域的信号中值计算，所有地形图形的信号中值计算，KT为地形地物修改器，样式：KmrQ0，Qr:开放区域，准开放区域修改器；Kh，Khf:山丘的地形修改器和山丘的小校

13、正值；Kjs:孤立的山丘地形修改器；Ksp:坡度地形修改子；Ks:“渠道混合曲面”修改器只能有几个或零个KT系数，具体取决于实际曲面地物情况。例如：工作频率为450MHZ，基站天线高度为70米，移动台天线高度为1.5米，在市区工作，传播路径为准平滑地形，通信距离为20公里，寻找传播路径的衰减中值？解决方案：找到图3-7:图3-8中确定的自由空间的传播衰退Lbs。图3-8: 0计算了准平滑地形城市地区的衰退中心值，因此准平滑地形城市衰退中心值为：根据已知条件，如下：示例2:如果问题在郊区工作，则传播路径是正典，Qm=15mr不改变其他条件，获取传播路径的衰退中值吗？解决方案：根据已知条件，在图3

14、-9中进行调查：在图3-14中确定：坡度修饰符，因此地形地物修饰符KT为：因此，传播路径衰退中值LA为：郊区修改器，9356其他因素的影响，距离路径的影响传播影响传播的衰退中值(与传播传播传播传播传播方向相反)。纵向距离衰退少，横向距离衰退大。也就是说，纵向距离的场强值高于基准场强中值，横向距离的场强值低于基准场强中值。垂直修改器刀和水平修改器KAC如图3-16所示。图3-16市中心距离修正值，建筑物渗透减少一般来说，波长越短，渗透能力越强。不同建筑物对电波的吸收也不同。根据材料、结构、建筑层数，吸收能量消耗的数值不同。例如，砖吸收少，钢筋混凝土大，钢结构最大。如果在室内使用移动台，则在计算电

15、波衰减和场强时，还必须计算建筑物的穿透性衰退消耗量，才能保持良好的通缩率。中间Lb是实际路径衰退中值，L0是街道心脏衰退中值，Lp是建筑物的穿透衰退。植物耗竭树，植物对电波有吸收作用。传播路径中的树、植被的额外衰退消耗取决于树的高度、种类、形状、分布密度、空气湿度和季节变化，以及操作频率、天线极化、通过树的路径长度等。一般来说，垂直偏振波比水平偏振波的衰减消耗量稍大。隧道的传播衰减空间传播在隧道内传播时，由于隧道壁的吸收和传播的干扰作用，受到了很大的衰减。通过隧道的无线电波的衰退消耗也与工作频率相关，频率越高，衰退消耗越少。隧道出现分叉或突起，衰退急剧增加，弯曲程度越大，衰退就越严重。为了解决

16、隧道中的电波传播问题，一般可以采取两种措施。在更高的频段(数百兆赫)，使用强方向性天线将无线电波集中发射到隧道内，但传播距离也不是很长。在隧道沿隧道壁垂直方向放置导波线(通常是泄漏电缆)，使电磁波沿导波线传播到整个隧道，从而减少传播衰减消耗。3.2.3Okumura-Hata方法，Hata将Okumura建议的基本中值场强曲线公式化后获得的基本传输损耗计算如下：格式：d是发送和接收天线之间的距离(以km为单位)。f是操作频率(MHz)hb是基站天线的有效高度(m)。Hm是移动台天线高度(m)是移动台天线高度修正系数。150 MHzf1500 MHz、30mHB200m、1mhm10m、1kmd20km，准光滑地形，以下计算：3.2.4微蜂窝系统的coverage预测模式，Okumura-Hata模型适用于基站天线高于周围屋顶的宏蜂窝系统。这是因为基站天线安装在屋顶上的位置，传播路径损失主要由移动台附近的屋顶衍射和散射决定。在微蜂窝系统中，基站天线的高度通常低于屋顶，电波传播是由周围建筑物的衍射和散射决定的