W(初級)-02-1 無線傳播理論

1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Internal HUAWEI Confidential 無線傳播理論ISSUE 1.0HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 1l學(xué)習(xí)完本課程，您將能夠：掌握無線電波傳播原理，為后續(xù)的鏈路預(yù)算等做理論準(zhǔn)備。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 2第一章第一章 無線電波基本原理無線電波基本原理第二章第二章 無線電波傳播特性無線電波傳播特性第三章第三章 無線電波傳播模型無線電波傳播模型HUAWEI

2、TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 3基本原理無線頻譜不同的頻段內(nèi)的頻率具有不同的傳播特性不同的頻段內(nèi)的頻率具有不同的傳播特性FrequencyClassificationDesignation3-30Hz30-300HzExtremely Low FrequencyELF300-3000HzVoice FrequencyVF3-30KHzVery-low FrequencyVLF30-300KHzLow FrequencyLF300-3000KHzMedium FrequencyMF3-30MHzHigh FrequencyHF30

3、-300MHzVery High FrequencyVHF300-3000MHzUltra High FrequencyUHF3-30GHzSuper High FrequencySHF30-300GHzExtremely High FrequencyEHF300-3000GHzHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 4電場電場電場電場電場電場振子振子電波傳輸方向電波傳輸方向磁場磁場磁場磁場基本原理電磁波的傳播l無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化的，這種現(xiàn)象稱為無線電波的極化。無線電波的電場方向稱為電波的極

4、化方向。無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，為垂直極化波如果電波的電場方向與地面平行，為水平極化波HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 5基本原理電磁波的傳播l池塘中的波紋：能量從源點(diǎn)向四周傳播，并逐漸減弱l電磁波的傳播與此類似，不同之處（當(dāng)輻射源是各向同性的理想點(diǎn)源時）：在三維空間以球面波的形式傳播傳播介質(zhì)不同，空氣、障礙物、反射物HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 6直射波及地面反射波（最一般的傳播形式）對流層反射

5、波（傳播具有很大的隨機(jī)性）山體繞射波（陰影區(qū)域信號來源）電離層反射波（超視距通訊途徑）基本原理傳播途徑HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 7基本原理傳播路徑HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 8第一章第一章 無線電波基本原理無線電波基本原理第二章第二章 無線電波傳播特性無線電波傳播特性第三章第三章 無線電波傳播模型無線電波傳播模型HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 9無線傳播

6、環(huán)境l電波傳播受地形結(jié)構(gòu)和人為環(huán)境的影響，無線傳播環(huán)境直接決定傳播模型的選取。影響環(huán)境的主要因素： 自然地形（高山、丘陵、平原、水域） 人工建筑的數(shù)量、分布、材料特性 該區(qū)域植被特征 天氣狀況HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 10RTTR地形分類l準(zhǔn)平滑地形準(zhǔn)平滑地形 表面起伏平緩，起伏高度小于等于20米的地形l不規(guī)則地形不規(guī)則地形 除了準(zhǔn)平滑地形之外的其余地形，可 按狀態(tài)分為：丘陵地形、孤立山岳、傾斜地形、水陸混合地形等HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential

7、 Page 11距離距離(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落信號衰落HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 12信號分集抗快衰落措施分集抗快衰落措施分集l時間分集 符號交織、檢錯、糾錯編碼、RAKE接收技術(shù)l空間分集 采用主、分集天線接收。主、分集天線的接收信號不具有同時衰減的特性。基站接收機(jī)對一定時間范圍內(nèi)不同時延信號的均衡能力也是一種空間分集的形式。l極化分集l頻率分集 GSM體制采用跳頻 CDMA體制采用擴(kuò)頻技術(shù)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

8、 HUAWEI Confidential Page 13解解 決決均衡、均衡、RAKE技術(shù)技術(shù)電波時延擴(kuò)展l起源于反射，主要指到達(dá)接收機(jī)的主信號和其他多徑信號在空間傳輸時間差異而帶來的同頻干擾問題，當(dāng)多徑信號不能被接收機(jī)區(qū)分時就產(chǎn)生同信道干擾（CCI），l對于WCDMA系統(tǒng)，多徑時延必須大于一個碼片周期(0.26s)才能被識別l多徑時延典型值 (s)：開闊區(qū) 0.2，郊區(qū) = 0.5，市區(qū) = 3HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 14lDoppler效應(yīng)的例子：火車經(jīng)過你的身邊f(xié)1f2f3V(km/h)V：移動臺速度：

9、信號到達(dá)角度Doppler頻移l移動通信中的Doppler頻移HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 15TR繞射損耗l電磁波在繞射點(diǎn)四處擴(kuò)散l繞射波覆蓋除障礙物外的所有方向l擴(kuò)散損耗最為嚴(yán)重l計(jì)算公式復(fù)雜，隨不同繞射常數(shù)變化HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 16 0 0 0 0dDw1w2E1E2XdBmWdBm穿透損耗穿透損耗=X-W=B dB電磁波穿透墻體的反射和折射穿透損耗（1）l室內(nèi)信號取決于建筑物的穿透損耗l室內(nèi)窗口處與室內(nèi)中部信號差別較

10、大l建筑物材質(zhì)對穿透損耗影響較大l電磁波的入射角對穿透損耗影響較大HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 17TR穿透損耗（2）l物體阻擋/穿透損耗為：隔墻阻擋：520dB樓層阻擋：20dB，室內(nèi)損耗值是樓層高度的函數(shù)，-1.9dB/層家具和其它障礙物的阻擋： 215dB厚玻璃： 610dB火車車廂的穿透損耗為：1530dB電梯的穿透損耗： 30dB左右茂密樹葉損耗：10dBHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 18第一章第一章 無線電波基本原理無線電波

11、基本原理第二章第二章 無線電波傳播特性無線電波傳播特性第三章第三章 無線電波傳播模型無線電波傳播模型HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 19常用傳播模型l自由空間傳播模型lOkumura(奧村)/Hata模型lCOST231-Hata模型lCOST231 Walfish-Ikegami模型lKeenan-Motley模型l計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算模型HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 20自由空間傳播模型l自由空間傳播模型適用于具有各向同性傳播介質(zhì)（如真空）

12、的無線環(huán)境，是理論模型。該環(huán)境在現(xiàn)實(shí)中并不存在，但空氣介質(zhì)近似于各向同性介質(zhì)。Lo=91.48+20lgd, for f=900MHzLo=97.51+20lgd, for f=1800MHzLo=98.84+20lgd, for f=2100MHzHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 21適用范圍：適用范圍：頻率范圍 f: 1501500MHz基站天線高度 Hb: 30200m移動臺高度 Hm: 110m距離 d: 120kmOkumura-Hata模型l宏蜂窩模型l基站天線高度高于周圍建筑物l1km以內(nèi)預(yù)測不適用l頻率

13、超過1500MHz以上時不適用 mbmbCdBdhhahfPLloglog55. 69 .44log82.13log16.2655.69HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 22適用范圍：適用范圍：頻率范圍 f: 15002000MHz基站天線高度 Hb: 30200m移動臺高度 Hm: 110m距離 d: 120kmCOST 231-Hata模型l宏蜂窩模型l基站天線高度高于周圍建筑物l1km以內(nèi)預(yù)測不適用l頻率超過2000MHz或低于1500MHz時不適用 mbmbCdBdhhahfPLloglog55. 69 .44

14、log82.13log90.3330.46HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 23適用范圍：適用范圍：頻率范圍 f:8002000MHz基站天線高度 Hbase:450m移動臺高度 Hmobile:13m距離 d:0.025km建筑物高度 Hroof (m)路面寬度 w (m)建筑物間距 b (m)相對直射波方向的街道走向()COST 231 Walfish-Ikegami模型l市區(qū)環(huán)境，宏蜂窩或微蜂窩l郊區(qū)環(huán)境或鄉(xiāng)村環(huán)境不適用HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidenti

15、al Page 24Keenan-Motley模型l在自由空間傳播模型的基礎(chǔ)上增加了墻壁和地板的穿透損耗l P墻壁損耗參考值，W墻壁數(shù)目l主要適用室內(nèi)環(huán)境l沒有考慮到多徑的影響 WPdfPLlog20log205 .32dBHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 25Pathloss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff) +K6lg(Heff)lg(d)+K7+KclutterPathloss：路徑損耗(dB)K1： 與頻率相關(guān)的常數(shù)K2： 距離衰減常數(shù)K3、K4：移動臺天線高度修正系數(shù)

16、K5、K6：基站天線高度修正系數(shù)K7： 繞射修正系數(shù)Kclutter：地物衰減修正系數(shù)d：基站與移動臺之間的距離(km)Hms、Heff：移動臺天線和基站天線的有效高度(m)ASSET規(guī)劃軟件模型規(guī)劃軟件模型K參數(shù)參數(shù)參考值參考值K1152/1800M UrbanK244.90K3-2.55K40.00K5-13.82K6-6.55K7-0.80計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算模型（1）HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 26計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算模型（2）Pathloss：路徑損耗(dB)K1：偏置常數(shù)K2：距離衰減常數(shù)K3：基站天線高度修正系

17、數(shù)K4：繞射計(jì)算的乘數(shù)（必須為正數(shù)）K5： log(HTxeff) log(d)的乘數(shù)K6：移動臺天線高度修正系數(shù)Kclutter： 地物衰減修正系數(shù)d：基站與移動臺之間的距離(m)Hmeffs、Heff：移動臺天線和基站天線的有效高度(m)U-net規(guī)劃軟件模型規(guī)劃軟件模型K參數(shù)參數(shù)參考值參考值K1-52.92K268.6K35.83K41K5-6.55K60Pathloss=K1+K2logd+K3log(Heff)+K4Diffraction +K5log(d)log(Heff)+K6(Hmeff)+Kclutterf(clutter)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential Page 27理論傳播模型l射線跟蹤模型Volcano傳播模型利用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算，計(jì)算每一條從發(fā)射機(jī)經(jīng)過傳播路徑到達(dá)接收機(jī)的信號，并加以合成要求高精度的電子地圖一般要求精度5米以上成本高HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confiden