2.3陸地移動(dòng)信道的場強(qiáng)估算與損耗解析課件

1、*2.3 陸地移動(dòng)信道的場強(qiáng)估算與 損耗地形、地物分類中等起伏地形上傳播損耗的中值 不規(guī)則地形上傳播損耗的中值 任意地形地區(qū)的傳播損耗中值 建筑物的穿透損耗以及其它傳播特點(diǎn)第1頁，共30頁。2.3.1 地形、地物分類 地形一般可分為兩類，即“準(zhǔn)平滑地形”和“不規(guī)則地形”。所謂“準(zhǔn)平滑地形”是指在傳播路徑的地形剖面圖上，其地面起伏高度不超過20m，且起伏緩慢（即峰點(diǎn)與谷點(diǎn)之間的距離必須大于波動(dòng)幅度），在以公里計(jì)的距離內(nèi)，其平均地面高度變化也在20m之內(nèi)。除此以外的其它地形統(tǒng)稱為“不規(guī)則地形”。不規(guī)則地形按其狀態(tài)又可分為：丘陵地形、孤立山岳、傾斜地形和水陸混合地形等等。除了地形要加以分類外，不同地

2、物環(huán)境的傳播條件也不同，可根據(jù)地物的密集，把傳播環(huán)境分為四類：第2頁，共30頁。（1）開闊區(qū)：即在電波傳播的方向上沒有高大的樹木或建筑物等的開闊地帶，或者在電波傳播方向300-400m以內(nèi)沒有任何阻擋的小片場地，如農(nóng)田、廣場等均屬開闊地。（2）郊區(qū)：即在移動(dòng)臺(tái)附近有些障礙物但不稠密的地區(qū)。例如房屋、樹林稀少的農(nóng)村或市郊公路網(wǎng)等。（3）市區(qū)：即在此區(qū)域有較密集的建筑物，如大城市的高樓群等。（4）隧道區(qū)：即地下鐵道、地下停車場、人防工事、海底隧道等地區(qū)。第3頁，共30頁。2.3.2 中等起伏地形上傳播損耗的中值1.市區(qū)傳播損耗的中值 移動(dòng)通信中電波傳播的實(shí)際情況是復(fù)雜多變的。人們通過大量的實(shí)測和分

3、析，總結(jié)歸納出了多種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃凸?。在一定條件下，使用這些模型對移動(dòng)通信電波傳播特性進(jìn)行估算，都能獲得比較準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果，如應(yīng)用較為廣泛的OM模型（Okumura模型）。它是由奧村 第4頁，共30頁。等人，在日本東京使用不同的頻率、不同的天線高度、選擇不同的距離進(jìn)行一系列測試，最后以經(jīng)驗(yàn)曲線形式表達(dá)的模型。這一模型視市區(qū)為“準(zhǔn)平滑地形”，給出市區(qū)傳播損耗場強(qiáng)中值的預(yù)測曲線簇（如圖2-15所示），利用該圖能夠預(yù)測準(zhǔn)平滑地形上，城市地區(qū)的電波傳播損耗中值。對于郊區(qū)、開闊區(qū)等其它地形的場強(qiáng)中值計(jì)算，則以此準(zhǔn)平滑地形、市區(qū)的傳播損耗中值（又稱其為基本損耗中值或基準(zhǔn)損耗中值）為基礎(chǔ)進(jìn)行修正，給出了相應(yīng)的

4、各種修正因子。這種模型給出的修正因子較多，可以在掌握詳細(xì)第5頁，共30頁。地形、地物的情況下，得到更加準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果。我國有關(guān)部門在移動(dòng)通信工程設(shè)計(jì)中也建議采用該模型進(jìn)行場強(qiáng)預(yù)測。OM模型適用的范圍：頻率100-1500MHz，基地站天線高度為30-200m，移動(dòng)臺(tái)天線高度為1-10m，傳播距離為1-20km的場強(qiáng)預(yù)測。 第6頁，共30頁。圖2-15 準(zhǔn)平滑地形大城市區(qū)基本損耗中值第7頁，共30頁。 圖2-15表明了基本損耗中值A(chǔ)m（f、d）取決于傳播距離d、工作頻率f、基站天線有效高度hb、移動(dòng)臺(tái)天線高度hm以及街道的走向和寬窄等?？梢钥闯觯S著工作頻率的升高或通信距離的增大，傳播損耗都會(huì)增

5、加。圖2-15中縱坐標(biāo)以分貝計(jì)量，這是在基站天線有效高度 hb=200m，移動(dòng)臺(tái)天線高度hm3m，以自由空間傳播損耗為基準(zhǔn)，求得的損耗中值的修正值A(chǔ)m（f、d）。換言之，由曲線上查得的基本損耗中值A(chǔ)m（f、d）加上自由空間的傳播損耗才是實(shí)際路徑損耗LT，即： （式2-34）第8頁，共30頁。 若基站天線有效高度不是200m，可利用圖2-18查出基站天線高度修正因子Hb（hb、d），對基本損耗中值加以修正。圖2-16是以hb=200m，hm=3m作為0dB參考的。Hb（hb、d）反映了由于基站天線高度變化，使圖2-15的預(yù)測值產(chǎn)生的變化量。同樣，若移動(dòng)臺(tái)天線高度不等于3m時(shí)，可利用圖2-17查出

6、移動(dòng)臺(tái)天線高度修正因子Hm（hm、f），對基本損耗中值進(jìn)行修正。圖中曲線是以hm=3m作為0dB參考。第9頁，共30頁。圖2-16 基站天線高度修正因子第10頁，共30頁。圖2-17 移動(dòng)臺(tái)天線高度第11頁，共30頁。圖2-18 郊區(qū)修正因子 第12頁，共30頁。 由圖2-17可見，當(dāng)hm5m時(shí)，Hm（hm、f）不僅與天線高度hm和工作顧率f有關(guān)，而且與環(huán)境條件有關(guān)。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)天線高度在hm=45米左右時(shí)，移動(dòng)臺(tái)增益因子曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。在考慮基站天線高度修正因子與移動(dòng)臺(tái)天線高度修正因子的情況下，準(zhǔn)平滑地形、市區(qū)路徑傳播損耗中值應(yīng)為下（式2-35）所示： （式2-35）第13頁，共30頁。2.郊區(qū)或

7、開闊地傳播損耗的中值 郊區(qū)的建筑物一般是分散、低矮的，電波傳播條件優(yōu)于市區(qū)，故其損耗中值必然低于市區(qū)損耗中值。市區(qū)損耗中值與郊區(qū)損耗中值之差稱為郊區(qū)修正因子Kmr，且Kmr為增益因子。它隨工作頻率和傳播距離變化的關(guān)系如圖2-18。由該圖可知，Kmr隨工作頻率的提高而增大。在距離小于20km范圍內(nèi)，Kmr隨距離增加而減小，但當(dāng)距離大于20km，Kmr基本不變。第14頁，共30頁。 同理，開闊區(qū)、準(zhǔn)開闊區(qū)（開闊區(qū)與郊區(qū)之間的過渡地區(qū)）的衰耗中值相對于市區(qū)損耗中值的修正曲線如圖2-19所示，圖中Qo為開闊區(qū)修正因子，Qr為準(zhǔn)開闊區(qū)修正因子。由于開闊區(qū)的傳播條件好于郊區(qū)，而郊區(qū)的傳播條件優(yōu)于市區(qū)，所以

8、Qo和Qr均為增益因子。因此，在求郊區(qū)或開闊區(qū)、準(zhǔn)開闊區(qū)的傳播損耗中值時(shí)，應(yīng)在市區(qū)損耗中值的基礎(chǔ)上，減去由圖2-18或圖2-19中查得的修正因子。第15頁，共30頁。圖2-19 開闊區(qū)、準(zhǔn)開闊區(qū)修正因子第16頁，共30頁。2.3.3 不規(guī)則地形上傳播損耗的中值 在計(jì)算不規(guī)則地形上（如丘陵、孤立山岳、斜坡、水陸混合地等等）的傳播損耗中值時(shí)，可以采用對基本損耗中值增加修正因子的方法進(jìn)行估算，下面以丘陵地傳播損耗的中值計(jì)算為例進(jìn)行介紹。 丘陵地的地形參數(shù)可用“地形起伏”高度h表示，定義為自接收點(diǎn)向發(fā)射點(diǎn)延伸10km范圍內(nèi)，地形起伏的90%與10%處的高度差，如圖2-20所示。此定義只適用于地形起伏達(dá)

9、數(shù)次以上的情況。圖2-20給出了相對基本損耗中值的修正值，即基本損耗中值與丘陵地?fù)p耗中值之差，常稱為丘陵地形修正因子Kh。由圖2-20可見，當(dāng)h20m時(shí)，丘陵地的損耗中值大于基本損耗中值。而且隨著起伏高度h的增大，由于屏蔽作用增強(qiáng)，使損耗中值也隨之加大（Kh表現(xiàn)為負(fù)值）。第17頁，共30頁。圖2-20 丘陵地場強(qiáng)中值修正因子第18頁，共30頁。圖2-21 丘陵地形微小修正因子第19頁，共30頁。2.3.4 任意地形地區(qū)的傳播損耗中值1.計(jì)算自由空間的傳播損耗自由空間的傳播損耗Lbs為：（式2-36）2.準(zhǔn)平滑地形市區(qū)的信號中值根據(jù)上述相關(guān)內(nèi)容，準(zhǔn)平滑地形市區(qū)的傳播損耗中值LT為：（式2-37）

10、第20頁，共30頁。如果發(fā)射機(jī)送至天線的發(fā)射功率為Pt，則準(zhǔn)平滑地形市區(qū)接受信號功率中值Pp為：（式2-38） 3.任意地形地區(qū)情況下的信號中值任意地形地區(qū)情況下的傳播損耗中值LA為：（式2-39）第21頁，共30頁。式中，Lt為準(zhǔn)平滑地形市區(qū)的傳播損耗中值；Kt為地形地區(qū)修正因子，它由如下項(xiàng)目構(gòu)成： （式2-40） 式中，Kmr郊區(qū)修正因子，可由圖2-18查得Qo、Qr一開闊區(qū)、準(zhǔn)開闊區(qū)修正因子，可由圖2-19查得； Kh、Khf丘陵地形修正因子及丘陵地微小修正值，可由圖2-20、圖2-21，查得；第22頁，共30頁。 Kjs-孤立山岳地形修正因子； Ksp-斜坡地形修正因子； Ks水路混合

11、地形修正因子。 根據(jù)實(shí)際的地形地區(qū)狀況，Kt因子可能只有其中的某幾項(xiàng)或?yàn)榱?。例如，傳播路徑是開闊區(qū)、斜坡地形，則Kt=Qo+Ksp，其余各項(xiàng)為零。其它情況可以類推。任意地形地區(qū)情況下接收信號的功率中值Ppc是以準(zhǔn)平滑地形市區(qū)的接收功率中值Pp為基礎(chǔ)，加上地形地區(qū)修正因子Kt，即:（式2-41） 第23頁，共30頁。2.3.5 建筑物的穿透損耗以及其它傳播特點(diǎn) 各個(gè)頻段的電波穿透建筑物的能力是不同的。一般說波長越短，穿透能力越強(qiáng)。同時(shí)各個(gè)建筑物對電波的吸收能力也是不同的。不同的材料、結(jié)構(gòu)和樓房層數(shù)，其吸收損耗的數(shù)據(jù)都不一樣。例如，磚石材料的吸收較小，鋼筋混凝土的吸收大些，鋼架結(jié)構(gòu)的吸收最大。 第

12、24頁，共30頁。 （式2-42）式中Lb為實(shí)際路徑的損耗中值，Lo為在街心的路徑損耗中值，Lp為建筑物的穿透損耗。建筑物的穿透損耗（地面層）如下表2-3所示。表2-3 建筑物的穿透損耗第25頁，共30頁。Lp不是一個(gè)固定的數(shù)值（030dB），需根據(jù)具體情況而定。此外，穿透損耗還隨不同的樓層高度而變化，損耗值隨樓層的增高而近似線性下降，如圖2-22所示。圖2-22 穿透損耗隨樓層的變化第26頁，共30頁。其它傳播特點(diǎn)1.街道走向的影響電波傳播的衰耗中值與街道的走向（相對于電波傳播方向）有關(guān)。特別是在市區(qū)，當(dāng)街道走向與電波傳播方向平行（縱向）或垂直（橫向）時(shí)，在離開基站同一距離上，接收的場強(qiáng)中值

13、相差很大。這是由于建筑物形成的溝道有利于電波的傳播，因而在縱向街道上衰耗較小，橫向街道上衰耗較大。也就是說，在縱向街道上的場強(qiáng)中值高于基準(zhǔn)場強(qiáng)中值，在橫向街道上的功強(qiáng)中值低于基準(zhǔn)場強(qiáng)中值。 第27頁，共30頁。2.植被衰耗樹木、植被對電波有吸收作用。在傳播路徑上，由樹木、植被引起的附加衰耗不僅取決于樹木的高度、種類、形狀、分布密度、空氣溫度及季節(jié)的變化，還取決于工作頻率、無線極化、通過樹林的路徑長度等多方面因素。 3.隧道中傳播空間電波在隧道中傳播時(shí)，由于隧道壁的吸收及電波的干涉作用而受到較大的損耗。 第28頁，共30頁。電波在隧道中的損耗還與工作頻率有關(guān)，頻率越高，損耗越小。這是由于隧道對較高頻率電磁波疏導(dǎo)，因而使傳播得到改善。當(dāng)隧道出現(xiàn)分支或轉(zhuǎn)彎時(shí)，損耗會(huì)急劇增加，彎曲度越大，損耗越嚴(yán)重。 第29頁，共30頁。解決電波在隧道中的傳播問題，通?？刹捎脙煞N措施：一是在較高頻段（數(shù)百兆赫），