電波的傳播特性演示文稿

電波的傳播特性演示文稿當(dāng)前1頁，總共57頁。電波的傳播特性當(dāng)前2頁，總共57頁。3重點(diǎn)OM模型及任意地形、地物情況下電波傳播衰耗中值的預(yù)測難點(diǎn)任意地形、地物情況下電波傳播衰耗中值的預(yù)測目的和要求了解衰落對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懻莆兆杂煽臻g傳輸衰耗、OM模型及電波傳播衰耗中值的計(jì)算方法當(dāng)前3頁，總共57頁。47.1無線電波無線電波的概念電波的傳播方式當(dāng)前4頁，總共57頁。51.無線電波的概念無線電波的概念無線電波是一種能量的傳輸形式電場和磁場在空間交替變換，向前行進(jìn)傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直的，同時(shí)這兩者又都垂直于傳播方向當(dāng)前5頁，總共57頁。6無線電波的傳播速度傳播速度和傳播媒質(zhì)有關(guān)

真空中的傳播速度等于光速(Ｃ＝3×108m／s)空氣中的傳播速度略小于光速

通常認(rèn)為它等于光速

無線電波的波長、頻率和傳播速度的關(guān)系：λ＝Ｖ/ｆＶ為速度(m/s)；ｆ為頻率(Hz)；λ為波長(m)不同介質(zhì)中傳播速度不同、波長不同當(dāng)前6頁，總共57頁。7無線電波的極化概念：無線電波在空間傳播時(shí)，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化

電波的極化方向：無線電波的電場方向極化波必須用對(duì)應(yīng)的極化特性的天線接收

否則在接收過程中會(huì)產(chǎn)生極化損失極化的類型線極化水平極化、垂直極化+45°傾斜極化、-45°傾斜極化橢圓極化圓極化當(dāng)前7頁，總共57頁。8當(dāng)前8頁，總共57頁。9雙極化天線兩個(gè)天線為一個(gè)整體，有兩個(gè)獨(dú)立的波，這兩個(gè)波的極化方向相互垂直

類型V/H（垂直/水平）極化傾斜（+45°/-45°）極化當(dāng)前9頁，總共57頁。107.1.2電波的傳播方式電波的傳播方式在分析電波傳播特性時(shí)總是以自由空間的傳播環(huán)境為參考進(jìn)行自由空間一種理想的、均勻的、各向同性的介質(zhì)空間當(dāng)電磁波在自由空間中傳播時(shí)直線傳播，不發(fā)生反射、折射、散射和吸收現(xiàn)象只存在電磁波能量擴(kuò)散而引起的傳播損耗實(shí)際傳播環(huán)境中電波的傳播方式直射、反射、繞射、散射當(dāng)前10頁，總共57頁。11微波傳播特性無線電波的波長不同，傳播特點(diǎn)也不完全相同

主要傳播特性視距傳播多徑傳播繞射能力弱電波傳播中的三種損耗路徑傳播損耗慢衰落損耗快衰落損耗當(dāng)前11頁，總共57頁。12電波在建筑物內(nèi)傳播的類型室內(nèi)無線環(huán)境特點(diǎn)覆蓋范圍小傳播距離短傳播時(shí)延要小的多室內(nèi)環(huán)境中用戶多處于靜止和慢速移動(dòng)狀態(tài)，可忽略多普勒頻移室內(nèi)環(huán)境變化更復(fù)雜，電波傳播受建筑類型、室內(nèi)布局、建筑材料影響較大

即使在同一個(gè)建筑物內(nèi)的不同位置，其傳播環(huán)境也不盡相同，甚至差別很大當(dāng)前12頁，總共57頁。137.2電波傳播中的衰落電波傳播的衰落特性場強(qiáng)估算模型當(dāng)前13頁，總共57頁。147.2.1電波傳播的衰落特性1.衰落的概念由于實(shí)際傳播環(huán)境中復(fù)雜的地形地物對(duì)傳播信號(hào)的阻擋，及反射、繞射和散射引起的無線信號(hào)的多徑傳播都會(huì)對(duì)電磁波的傳播產(chǎn)生影響，導(dǎo)致接收信號(hào)的隨機(jī)變化衰落的類型陰影衰落（陰影效應(yīng)、氣象條件變化）

場強(qiáng)中值的緩慢變化（慢衰落）多徑衰落（多徑效應(yīng)）

瞬時(shí)值有快速、大幅度的變化（快衰落）當(dāng)前14頁，總共57頁。152.表征衰落的統(tǒng)計(jì)數(shù)字特征場場強(qiáng)中值E0概念：場強(qiáng)值超過設(shè)定場強(qiáng)值的概率為50%時(shí)，該設(shè)定值為場強(qiáng)中值若場強(qiáng)中值等于接收機(jī)最低門限值，則可通信率為50%。（只有50%的時(shí)間可正常通信）場強(qiáng)中值不能反映衰落的嚴(yán)重程度例：統(tǒng)計(jì)時(shí)間為T，超過E0的時(shí)間為t1、t2、t3則：超過E0的概率為p(t)=(t1+t2+

t3)/T×100%當(dāng)p(t)=50%時(shí)，

E0為場強(qiáng)中值當(dāng)前15頁，總共57頁。16衰落深度：衡量衰落的嚴(yán)重程度接收電平與場強(qiáng)中值電平之差表示以場強(qiáng)中值電平為參考，表明信號(hào)起伏偏離其中值電平的程度衰落深度=20Lg（Ei/Eo)若為電平值，則衰落深度=Ei-Eo當(dāng)前16頁，總共57頁。17衰落速率N衡量場強(qiáng)變化的快慢，即頻繁程度單位時(shí)間內(nèi)場強(qiáng)包絡(luò)與給定電平值ER相交次數(shù)的一半衰落率與工作頻率、移動(dòng)臺(tái)行進(jìn)速度和方向等因素有關(guān)平均衰落率：其中v（km/h）、f（MHz）系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，音頻通帶或信令數(shù)據(jù)通帶的低端應(yīng)高于衰落率當(dāng)前17頁，總共57頁。18衰落持續(xù)時(shí)間場強(qiáng)低于某一給定電平值的持續(xù)時(shí)間表示信息傳輸?shù)氖苡绊懗潭然蛐帕钫`碼的長度當(dāng)前18頁，總共57頁。197.2.2場強(qiáng)估算模型電波傳播受地形地物的影響即電波傳播特性與實(shí)際空間環(huán)境相關(guān)預(yù)測時(shí)在自由空間基礎(chǔ)上考慮具體環(huán)境影響OM模型Egli模型BM模型Cost231模型當(dāng)前19頁，總共57頁。20以日本東京城市場強(qiáng)中值實(shí)測結(jié)果得到的經(jīng)驗(yàn)曲線構(gòu)成的模型。模型：城市視為準(zhǔn)平滑地形，給出經(jīng)驗(yàn)曲線其他地形地物情況則給出修正值適用范圍：頻率：100MHz～1500MHzBTS天線高度：30m～200mMS天線高度：1m～10m傳播距離：1km～20km1.OM模型(Okumura-M.Hata奧村哈達(dá))當(dāng)前20頁，總共57頁。21美國陸上移動(dòng)通信、VHF、UHF信號(hào)預(yù)測方法，對(duì)丘陵地形預(yù)測較準(zhǔn)在傳播地形起伏高度為20m的基本條件下，基本傳播衰減公式：

L(dB)=177+20lgd+20lgf-20lghThR

單位：d(英里)；f(MHz)；hT、

hR(英尺)

其他地形給出修正因子適用范圍：頻率：25MHz～470MHz傳播距離：60km以內(nèi)2.Egli模型當(dāng)前21頁，總共57頁。22理論模型以自由空間、平面大地和球面地形傳播理論為基礎(chǔ)，以諾模圖形式給出。適用范圍：頻率：30MHz～3000MHz傳播距離：1～幾百公里3.BM（Bullingron）當(dāng)前22頁，總共57頁。23歐洲建議廣泛用于建筑物高度近似一致的城區(qū)和郊區(qū)環(huán)境應(yīng)用分兩種情況：高基站天線----非視距NLOS低基站天線----視距LOS4.cost231模型當(dāng)前23頁，總共57頁。247.3電波傳播特性預(yù)測OM模型任意地形地物信號(hào)中值的預(yù)測場強(qiáng)中值變動(dòng)分布及預(yù)測覆蓋設(shè)計(jì)當(dāng)前24頁，總共57頁。257.3.1OM模型模型：城市視為準(zhǔn)平滑地形，給出經(jīng)驗(yàn)曲線其他地形地物情況則給出修正值OM模型可在適用范圍內(nèi)作電波傳播預(yù)測地形、地物的分類準(zhǔn)平滑地形上的電波傳播特性不規(guī)則地形修正因子其他因素對(duì)電波傳播的影響當(dāng)前25頁，總共57頁。261.地形、地物的分類地形的分類準(zhǔn)平滑地形：地形剖面圖上，表面起伏高度在20m以下，且起伏緩慢不規(guī)則地形丘陵地形孤立山岳傾斜地形水陸混合地形當(dāng)前26頁，總共57頁。27地物的分類根據(jù)障礙物的密集程度和屏蔽程度分類地物的類型開闊地：無較大樹木、建筑物等障礙物

準(zhǔn)開闊地郊區(qū)：障礙物不稠密市區(qū)：障礙物稠密▲只能考慮一種地物形態(tài)，而地形可根據(jù)實(shí)際情況組合當(dāng)前27頁，總共57頁。28天線有效高度基站天線有效高度hb=hta-hgahga：從基站天線架設(shè)點(diǎn)起3～15km距離內(nèi)的平均地面海拔高度hta：基站天線架設(shè)的海拔高度MS天線有效高度hm：地面以上有效高度▲以后所有天線高度均指天線有效高度當(dāng)前28頁，總共57頁。292.準(zhǔn)平滑地形上的電波傳播自由空間的傳播損耗市區(qū)傳播衰耗中值的預(yù)算郊區(qū)、開闊地傳播衰耗中值的預(yù)算預(yù)算中的注意點(diǎn)當(dāng)前29頁，總共57頁。30自由空間：理想的空間（真空）電波沿直線傳播，不被吸收，不會(huì)被反射、折射、繞射和散射，電磁波的能量沒有損失自由空間傳播損耗的含義：損耗

來自于球面波發(fā)散傳播中，天線

未接收到的能量即：球面波的擴(kuò)散損耗自由空間傳播損耗（1）自由空間的傳播損耗Lbs僅與d、f有關(guān)當(dāng)前30頁，總共57頁。31基本衰耗中值A(chǔ)m(f,d)基站天線有效高度增益因子Hb(hb,d)移動(dòng)臺(tái)天線有效高度增益因子Hm(hm,f)準(zhǔn)平滑市區(qū)傳播衰耗中值L市區(qū)（2）市區(qū)傳播衰耗中值的預(yù)算當(dāng)前31頁，總共57頁。32基本衰耗中值

Am(f,d)hb=200m

hm=3m參數(shù)：f、d當(dāng)前32頁，總共57頁。33基站天線有效

高度增益因子

Hb(hb,d)以hb=200m時(shí)

的值為基準(zhǔn)

(0dB)當(dāng)前33頁，總共57頁。34移動(dòng)臺(tái)天線有效

高度增益因子

Hm(hm,f)以hm=3m時(shí)的值為

基準(zhǔn)(0dB)當(dāng)hm>5m時(shí)，還與

環(huán)境有關(guān)

（拐點(diǎn)）當(dāng)前34頁，總共57頁。35自由空間傳播衰耗

Lbs(dB)=32.45+20lgd(km)+20lgf(MHz)準(zhǔn)平滑市區(qū)傳播衰耗中值

L市區(qū)=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)當(dāng)前35頁，總共57頁。36（3）郊區(qū)、開闊地傳播衰耗中值的預(yù)算郊區(qū)修正因子

Kmr的預(yù)測參數(shù)：f，d當(dāng)前36頁，總共57頁。37開闊地修正因子QO

準(zhǔn)開闊地修正因子Qr參數(shù)：f當(dāng)前37頁，總共57頁。383.不規(guī)則地形修正因子丘陵地修正因子孤立山岳的修正因子斜坡地形的修正因子水陸混合地形修正因子當(dāng)前38頁，總共57頁。39（1）丘陵地修正因子丘陵地：連綿、起伏高度有限當(dāng)前39頁，總共57頁。40丘陵地修正因子Kh

、微小修正因子Khf參數(shù)：△h：自MS向發(fā)射BTS方向延伸10km范圍內(nèi)，地形起伏的90%與10%處的高度差。預(yù)測點(diǎn)靠近山峰處與山谷處衰耗不同，考慮微小修正因子Khf(近山峰處>0；近山谷處<0)在丘陵地預(yù)測時(shí)，須同時(shí)使用Kh和Khf當(dāng)前40頁，總共57頁。41(2)孤立山岳的修正因子孤立山岳：

山岳近似刃形，單獨(dú)

(背面考慮繞射衰耗)孤立山岳的

修正因子Kjs基準(zhǔn)：山岳高度H=200m參數(shù)：山岳到發(fā)射點(diǎn)距離d1到接收點(diǎn)距離d2當(dāng)H≠200m時(shí)，

修正因子為當(dāng)前41頁，總共57頁。42(3)斜坡地形的修正因子斜坡地形：

5~10km內(nèi)地形傾斜正斜坡：

電波傳播方向上

地形逐漸增高，

傾角為+θm(mrad)

負(fù)斜坡：

地形逐漸降低，

傾角為-θm斜坡地形的修正因子Ksp參數(shù)傾角θm收發(fā)天線間距d當(dāng)前42頁，總共57頁。43水陸混合地形：

區(qū)域中既有水面，

又有陸地水陸混合地形

修正因子Ks(>0)水域信號(hào)比陸地強(qiáng)參數(shù)水面位置位于

BTS側(cè)/MS側(cè)水面距離與全距離比例全距離d(4)水陸混合地形修正因子當(dāng)前43頁，總共57頁。44街道走向/修正因子Kaf/Kac縱向：電波傳播方向與

街道平行

Kaf>0，表示場強(qiáng)中值

高于基準(zhǔn)場強(qiáng)中值橫向：電波傳播方向與

街道垂直

Kac<0，表示場強(qiáng)中值

低于基準(zhǔn)場強(qiáng)中值4.其他因素對(duì)電波傳播的影響當(dāng)前44頁，總共57頁。45不同的材料、結(jié)構(gòu)和樓房層數(shù)，其吸收衰耗的數(shù)據(jù)都不一樣。一般的傳播模型都是以街心或空闊地面為假設(shè)條件，如果移動(dòng)臺(tái)在室內(nèi)使用，計(jì)算傳播衰耗和場強(qiáng)時(shí)，需把建筑物的穿透衰耗也計(jì)算進(jìn)去樹木、植被對(duì)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、空氣濕度及季節(jié)變化，還取決于工作頻率、天線極化、通過樹林的路徑長度等多方面的因素。當(dāng)前45頁，總共57頁。467.3.2任意地形地物信號(hào)中值預(yù)測任意地形地物衰耗中值LA的預(yù)測LA=LT-KTLT=Lbs+Am-Hb-HmKT=Kmr+Qo+Qr+Kh+Khf+αKjs+Ksp+Ks+Kaf/Kac信號(hào)中值Ppe的預(yù)測任意地形地物接收功率Ppe=PP+KT準(zhǔn)平滑市區(qū)接收功率PP=Po-Am+Hb+Hm自由空間下接收功率Po當(dāng)前46頁，總共57頁。477.3.3場強(qiáng)中值變動(dòng)分布及預(yù)測影響通信可靠性的重要因素是場強(qiáng)的變化特性1.場強(qiáng)中值變動(dòng)分布場強(qiáng)瞬時(shí)值變動(dòng)規(guī)律(隨位置)50m樣本區(qū)間——>區(qū)間內(nèi)場強(qiáng)累積分布障礙物均勻的城市街道地區(qū)、森林：近似瑞利分布

郊區(qū)不規(guī)則地形，障礙物有空隙：近似正態(tài)分布

σ=6~7dB場強(qiáng)中值變動(dòng)規(guī)律(隨位置)1~2km樣本區(qū)間，每20m左右一個(gè)場強(qiáng)中值

——>各小區(qū)間中值累積分布的50%值和變動(dòng)幅度市區(qū)：近似正態(tài)分布

郊區(qū)、丘陵地：近似正態(tài)分布當(dāng)前47頁，總共57頁。48實(shí)際應(yīng)用中，σ不同時(shí)，常用σ隨通信概率變化的歸一化曲線計(jì)算

xσ為相對(duì)于中值的變動(dòng)幅度當(dāng)前48頁，總共57頁。49接收信號(hào)中值隨時(shí)間變化服從正態(tài)分布分布隨時(shí)間、位置變化的標(biāo)準(zhǔn)偏差

D為收發(fā)天線間距，Δh為地形波動(dòng)高度頻率MHzσLσt準(zhǔn)平滑地形不規(guī)則地形Δh(m)D(km)50100150175市區(qū)郊區(qū)50150300508910陸地2571503.5~5.54~791113水陸混合3791145067.5111518水面914209006.58141821當(dāng)前49頁，總共57頁。50場強(qiáng)變動(dòng)分布為中值分布

和瞬時(shí)值分布的合成市區(qū)：正態(tài)分布和

瑞利分布的合成

郊區(qū)、丘陵地：

標(biāo)準(zhǔn)偏差為σL和σt的

兩個(gè)正態(tài)分布的合成合成瞬時(shí)值變動(dòng)幅度曲線

不同的頻率時(shí)，表示

相對(duì)于中值的變動(dòng)當(dāng)前50頁，總共57頁。512.通信概率MS在無線覆蓋區(qū)邊緣進(jìn)行滿意通話的成功概率包括：位置概率和時(shí)間概率

信號(hào)中值隨位置變化遠(yuǎn)大于隨時(shí)間的變化，因此，時(shí)間概率可忽略中值隨位置呈正態(tài)分布當(dāng)前51頁，總共57頁。52通信概率與系統(tǒng)余量的關(guān)系可根據(jù)p(x)和σ確定SM

也可根據(jù)SM和σ確定p(x)當(dāng)前52頁，總共57頁。53若要求在無線區(qū)覆蓋邊緣90%的位置上和90%的時(shí)間里達(dá)到規(guī)定的話音質(zhì)量，則σL用σ代替，，式中σL與σt可查表得到。在系統(tǒng)其它參數(shù)不變的情況下，要提高系統(tǒng)的通信概率，只能縮短通信距離以減小路徑衰耗中值，減小的衰耗中值即為系統(tǒng)余量。系統(tǒng)以減小傳播距離為代價(jià)提高通信概率當(dāng)前53頁，總共57頁。547.3.4覆蓋設(shè)計(jì)傳播模型的選用及修正不同模型適用于不同的應(yīng)用環(huán)境模型的適用范圍當(dāng)?shù)氐膫鞑l件常用模型的比較各種模型在預(yù)測時(shí)都會(huì)存在誤差，這是由于各地的傳播環(huán)境不同而造成。因