無線電波傳播基礎(chǔ)理論

無線電波傳播基礎(chǔ)理論第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五本課程為無線電波傳播基礎(chǔ)理論，內(nèi)容安排如下：1.1研究電波傳播特性的必要性1.2頻段劃分1.3dB概念的介紹1.4電波傳播方式1.5快衰落與慢衰落1.6傳播損耗1.7900/1800頻段傳播特性比較1.8傳播模型1.9色散和多普勒效應(yīng)

無線電波傳播基礎(chǔ)理論第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.1研究電波傳播特性的必要性無線電波傳播特性的研究和了解是移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)的基礎(chǔ),從頻段的確定、頻率分配、無線電波的覆蓋范圍、計算通信概率及系統(tǒng)間的電磁干擾，直到最終確定無線設(shè)備的參數(shù)，都必須依靠對電波傳播特性的研究、了解和據(jù)此進行的場強預(yù)測。無線電波傳播與工作頻率有關(guān)，如450MHz、900MHz和1800MHz的電波傳播特性差別很大；無線電波傳播特性與各區(qū)域的電波傳播環(huán)境有關(guān)，確定某一特定地區(qū)的傳播環(huán)境的主要因素有：

自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）

人工建筑的數(shù)量、高度、分布和材料特性

該地區(qū)的植被特征

天氣狀況

自然和人為的電磁噪聲狀況另外，無線電波傳播還受到移動臺運動因素的影響。靜止的移動臺與高速運動的移動臺的傳播特性也大不相同。電波傳播具有可逆性，即電波從A點傳播到B點所經(jīng)歷的損耗和衰減同電波從B點傳播到A點所經(jīng)歷的是一樣的。第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.2頻段劃分通常無線電波所指的是從極低頻10KHz到極超高頻的頂點300GHz（GigaHertz）。通常劃分成八個區(qū)域，參看下表：第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.2頻段劃分移動通信中頻段的劃分為：由上表可以看出移動通信頻段位于UHF頻段范圍內(nèi)，是以空間波的方式進行傳輸?shù)?。?頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.3dB概念的介紹第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.3dB概念的介紹第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.4電波傳播方式第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.4電波傳播方式第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.5快衰落與慢衰落快衰落：大量傳播路徑的存在就產(chǎn)生了所謂的多徑現(xiàn)象，其合成波的幅度和相位隨移動臺的運動產(chǎn)生很大的起伏變化，這就是所謂的快衰落或多徑衰落，也稱為瑞利衰落。其電場強度概率函數(shù)是服從瑞利分布的?？朔焖ヂ涞姆椒ㄖ饕懈鞣N形式的分集方式：時間、頻率、空間、極化第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.5快衰落與慢衰落慢衰落：移動臺接收的信號除瞬時出現(xiàn)快速瑞利衰落外，其場強中值隨著地區(qū)位置改變出現(xiàn)較慢的變化，這就是所謂的慢衰落或陰影衰落，其接收電場強度概率函數(shù)是服從高斯分布的。電波傳播路徑上遇有高大建筑物、樹林、地形起伏等障礙物的阻擋，就會產(chǎn)生電磁場的陰影。克服慢衰落的主要方法是加大發(fā)射功率，提高接受靈敏度，宏觀分集等。第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.5快衰落與慢衰落總的來說，在蜂窩環(huán)境中有兩種影響：第一種是多徑，從建筑物表面或其他物體反射、散射而產(chǎn)生的短期衰落；第二種是直接可見路徑產(chǎn)生的主要信號強度的緩慢變化，即長期場強變化。也就是說，信道工作于符合瑞利分布的快衰落并疊加有信號幅度滿足對數(shù)正態(tài)分布的慢衰落。第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.6傳播損耗在研究傳播時，特定接收機功率接收的信號電平是一個主要特性。由于傳播路徑和地形干擾，傳播信號減小，這種信號減小稱為傳播損耗。自由空間的傳播損耗可以由下式表示：其中f為頻率(MHz)，d為距離(km)。上式與距離d成反比，當(dāng)距離增加一倍時，自由空間的路徑損耗增加6dB。同時，減小波長提高頻率也會使路徑損耗增大。當(dāng)已知頻率f還可以簡化上式：式中γ＝2。γ稱為路徑損耗傾斜因子。在實際蜂窩環(huán)境中，隨著環(huán)境的不同γ的取值范圍在2～6之間變化。第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.6傳播損耗第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.6傳播損耗不同環(huán)境下γ因子的取值范圍：第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.6傳播損耗第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.7900/1800頻段傳播特性比較

總體而言GSM1800MHz頻段的覆蓋比GSM900M頻段要差一些：

Okumura–Hata公式中GSM1800M頻段的路徑損耗比GSM900M頻段大9.79dB功率預(yù)算中GSM1800M頻段MS發(fā)射功率比GSM900M頻段小3dB(各自分別為30dBm和33dBm）

50m長7/8”電纜損耗差值為0.97dBGSM1800與GSM900相比較，所有以上各項給出了13.77dB差值但實際的場強測量和1800M頻段的模型校正發(fā)現(xiàn)平均差值并沒有這么大通常Okumura–Hata模型1800M頻段的修正因子比900M頻段小3～6dB。這說明平均損耗差值在8～10dB之間，且依賴于具體電波傳播環(huán)境和基站天線高度第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.7900/1800頻段傳播特性比較以下測試是在市區(qū)環(huán)境中同一站址，分別在1800MHz和900MHz頻段的下行鏈路中進行的，平均差值=9.5dB,變化范圍為=-6～22dB(損耗包括了ERP和電纜損耗的不同)

圖中部分變化較大的值是由于天線波瓣圖的差異造成的室內(nèi)穿透損耗1800M比900M平均要大3～5dB，但對部分建筑物可能是負(fù)的第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.7900/1800頻段傳播特性比較

路徑損耗用5dB糾正

BS天線高度30mMS天線高度1.5m

標(biāo)準(zhǔn)方差σ＝8dB

路徑損耗斜率3.38GSM1800MS靈敏度,功率-100dBm,30dBmGSM900MS靈敏度,功率-102dBm,33dBm平均差值=8.77dB第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五

由于1800M頻段的覆蓋比900M頻段要差8～10dB，因此，可以通過共站址的方法實現(xiàn)有效的室外覆蓋。同時也要求GSM900實現(xiàn)良好的室內(nèi)覆蓋1.7900/1800頻段傳播特性比較第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.8傳播模型·隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，對通信質(zhì)量要求的提高，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、覆蓋預(yù)測已不可能靠手工運算來完成。通過計算機應(yīng)用傳播模型就能夠很好的解決這一問題。通過模型進行預(yù)測能夠得到誤差在10dB以內(nèi)的路徑損耗的本地均值·

移動通信中用到的傳播模型有很多,常見的有：

●Hata-Okumura模型

●Walfisch-Ikegami模型

●Planet通用模型不同的模型有不同的特點，有各自的適用范圍。下面將介紹幾種國內(nèi)用來做場強預(yù)測的幾種模型。第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五1.8傳播模型●Hata-Okumura模型Lp－從基站到移動臺的路徑損耗(dB)f－載波頻率(MHz)hb－基站天線高度d－基站到移動臺之間的距離(m)hm－移動臺天線高度(1～10m)，一般取1.5m，單位為m－移動臺高度修正，在中等城市取在大城市取值第22頁，共23頁，2023年，2月20日，星期五●Walfisch-Ikegami模型(WIM型)1.8傳播模型

該經(jīng)驗?zāi)Ｐ褪菫榱祟A(yù)測建筑物對傳輸損耗中值的影響而開發(fā)的。它應(yīng)用于建筑物高度相當(dāng)一致、排列成行且相鄰建筑物之間的間隔較窄的距離在0.02～5km的市區(qū)和郊區(qū)環(huán)境。若基站和手機天線之間存在視距傳播，則：

Lb=42.6+26㏒(d)+20㏒