無線移動通信信道

無線移動通信信道第1頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五了解電磁波的傳播特性掌握計算路徑損耗的方法了解各個傳播模型的分類及工作環(huán)境學(xué)習(xí)完本課程，您需要：目標第三章無線移動通信信道2第2頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五內(nèi)容介紹3.1概述3.2VHF、UHF頻段的電波傳播特性3.3陰影效應(yīng)3.4移動信道的多徑傳播特性

3.5多普勒頻移3.6電波傳播損耗預(yù)測模型與中值路徑損耗預(yù)測3第3頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五

無線移動信道是一種很不良好的信道。視距、衰落、多徑和隨機變化是移動信道的基本特征。無線移動信道是指基站天線、移動用戶天線和兩副天線之間的傳播路徑載有信息的無線電波在無線移動信道中的傳播損耗，不但會隨傳播距離的增加而增大；同時會產(chǎn)生陰影效應(yīng)和多徑傳播，使電波的包絡(luò)產(chǎn)生大幅度起伏且隨機變化，這就是電波的衰落。3.1概述4第4頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五衰落既有慢衰落，同時產(chǎn)生快衰落；多徑時延擴展（多徑效應(yīng)），使信道對信號產(chǎn)生頻率選擇性衰落，使信號發(fā)生波形畸變而引起符號間干擾(ISI)

多普勒效應(yīng)(由移動臺運動引起)在移動通信中普遍存在。多普勒效應(yīng)使信道對信號產(chǎn)生隨機調(diào)頻和頻譜擴展，對信號產(chǎn)生時間選擇性衰落，使數(shù)字信號誤碼性能變壞。3.1概述5第5頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五

對接收點信號場強的預(yù)測估算，是通信工程設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。由于移動信道傳播特性的隨機變化，不可能用一兩個公式對其進行計算；必須依據(jù)實際環(huán)境，選用不同的數(shù)學(xué)模型進行預(yù)測估算，再經(jīng)實際電測才能確定。3.1概述

6第6頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.1概述

絕對功率的dB表示：dBm

射頻（RF）信號的絕對功率常用dBm、dBW表示，它與mW、W的換算關(guān)系如下：例如信號功率為xW，利用dBm表示時其大小為：例如：1W等于30dBm，等于0dBW。功率單位簡介7第7頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五功率單位簡介3.1概述

相對功率的dB表示：dBc

射頻信號的相對功率常用dB和dBc兩種形式表示，其區(qū)別在于：dB是任意兩個功率的比值的對數(shù)表示形式，而dBc是某一頻點輸出功率和載頻輸出功率的比值的對數(shù)表示形式天線和天線增益 天線增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天線相對于無方向天線的功率能量密度之比，dBd是指相對于半波振子Dipole的功率能量密度之比，半波振子的增益為2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi8第8頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.2VHF、UHF頻段的電波傳播特性當(dāng)前陸地移動通信主要使用的頻段為VHF(30~300MHz)和UHF(300~3000MHz)，即150MHz，450MHz、900MHz和1800MHz。移動通信中的傳播方式主要有直射波、反射波、地表面波等傳播方式，由于地表面波的傳播損耗隨著頻率的增高而增大，且傳播距離有限。9第9頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.2VHF、UHF頻段的電波傳播特性

圖3-1典型的移動信道電波傳播路徑10第10頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.2.1自由空間電波傳播方式自由空間電波傳播是指天線周圍為無限大真空時的電波傳播，它是理想傳播條件。電波在自由空間傳播時，可以認為是直射波傳播，其能量既不會被障礙物所吸收，也不會產(chǎn)生反射或散射。11第11頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五

雖然電波在自由空間里傳播不受阻擋，不產(chǎn)生反射、折射、繞射、散射和吸收，但是，當(dāng)電波經(jīng)過一段路徑傳播之后，能量仍會受到衰減，這是由于輻射能量的擴散而引起的。

3.2.1自由空間電波傳播方式12第12頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五自由空間傳播損耗公式式中，d是距離的千米數(shù)，f是頻率的兆赫數(shù)。以dB計，得3.2.1自由空間電波傳播方式由上式可見，自由空間中電波傳播損耗（亦稱衰減）只與工作頻率f和傳播距離d有關(guān)，當(dāng)f或d增大一倍時，［Lbs］將分別增加6dB。記住此公式13第13頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.2.2視距傳播的極限距離由于地球是球形的，凸起的地表面會擋住視線。視線所能到達的最遠距離稱為視線距離d0圖3-2視距傳播的極限距離

14第14頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五已知地球半徑為R

=

6370km，設(shè)發(fā)射天線和接收天線高度分別為hT和hR（單位為m），理論上可得視距傳播的極限距離d0為由此可見，視距決定于收、發(fā)天線的高度。天線架設(shè)越高，視線距離越遠。3.2.2視距傳播的極限距離15第15頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.2.2視距傳播的極限距離實際上，當(dāng)考慮了空氣的不均勻性對電波傳播軌跡的影響后，在標準大氣折射情況下，等效地球半徑R

=

8500km，可得修正后的視距傳播的極限距離d0為16第16頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.2.3繞射損耗在實際情況下，除了考慮在自由空間中的視距傳輸損耗外，還應(yīng)考慮各種障礙物對電波傳輸所引起的損耗，通常將這種損耗稱為繞射損耗電波傳播的損耗的計算=自由空間傳播的損耗+繞射損耗17第17頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.2.4反射波電波在傳輸過程中，遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時，會發(fā)生反射現(xiàn)象。圖3-3所示為從發(fā)射天線到接收天線的電波由反射波和直射波組成的二徑傳播模型。圖3-3反射波和直射波18第18頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五在移動通信系統(tǒng)中，影響傳播的三種最基本的傳播機制為反射、繞射和散射。當(dāng)電波遇到比波長大得多的物體時發(fā)生反射，反射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面。當(dāng)發(fā)射機和接收機之間不存在視距路徑，圍繞阻擋體也產(chǎn)生波的彎曲，稱為繞射。散射波產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體。在實際的通信系統(tǒng)中，樹葉、街道標志和燈柱等都會發(fā)生散射。3.2.4反射波19第19頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.3陰影效應(yīng)當(dāng)電波在傳播路徑上遇到起伏地形、建筑物、植被（高大的樹林）等障礙物的阻擋時，會產(chǎn)生電磁場的陰影。移動臺在運動中通過不同障礙物的陰影時，接收信號強度就下降，構(gòu)成接收天線處場強中值的變化，從而引起衰落，稱為陰影衰落20第20頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五由于這種衰落的變化速率較慢，又稱為慢衰落（長期衰落）。慢衰落是以較大的空間尺度來度量的衰落，屬于大尺度衰落。慢衰落速率主要決定于傳播環(huán)境，即移動臺周圍地形，包括山丘起伏，建筑物的分布與高度，街道走向，基站天線的位置與高度，移動臺行進速度等，而與頻率無關(guān)。3.3陰影效應(yīng)21第21頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.3陰影效應(yīng)慢衰落的深度，即接收信號局部中值電平變化的幅度取決于信號頻率與障礙物狀況。頻率較高的信號比頻率較低的信號容易穿透建筑物，而頻率較低的信號比頻率較高的信號更具有較強的繞射能力。慢衰落的特性是與環(huán)境特征密切相關(guān)的，可用電場實測的方法找出其統(tǒng)計規(guī)律。

22第22頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五陸地移動信道的主要特征是多徑傳播。傳播過程中會遇到各種建筑物、樹木、植被以及起伏的地形，會引起電波的反射，如右圖所示。3.4移動信道的多徑傳播特性

23第23頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五這樣，到達移動臺天線的信號不是單一路徑來的，而是許多路徑來的眾多反射波的合成。由于電波通過各個路徑的距離不同，因而各條反射波到達時間不同，相位也就不同。不同相位的多個信號在接收端疊加，有時同相疊加而增強，有時反相疊加而減弱。這樣，接收信號的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了衰落。這種衰落是由于多徑現(xiàn)象所引起的，稱為多徑衰落(快衰落：時域擴展)。3.4移動信道的多徑傳播特性

24第24頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五圖多徑時散示例多徑效應(yīng)在時域上將造成數(shù)字信號波形的展寬，為了說明它對移動通信的影響，首先看一個簡單的例子25第25頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五假設(shè)基站發(fā)射一個極短的脈沖信號Si(t)=a0δ(t)，經(jīng)過多徑信道后，移動臺接收信號呈現(xiàn)為一串脈沖，結(jié)果使脈沖寬度被展寬了。這種因多徑傳播造成信號時間擴散的現(xiàn)象，稱為多徑時散。多徑效應(yīng)26第26頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五一般情況下，接收到的信號為N個不同路徑傳來的信號之和，即式中，ai是第i條路徑的衰減系數(shù)；τi(t)為第i條路徑的相對延時差。

27第27頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.5多普勒頻移當(dāng)移動臺在運動中通信時，接收信號頻率會發(fā)生變化，稱為多普勒效應(yīng)。由此引起的附加頻移稱為多普勒頻移（DopplerShift），造成多普勒頻展，多普勒頻移可用下式表示28第28頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五式中，是入射電波與移動臺運動方向的夾角（見下圖），v是運動速度，是波長。式中，與入射角度無關(guān)，是fD的最大值，稱為最大多普勒頻移。3.5多普勒頻移29第29頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五多徑效應(yīng)導(dǎo)致信號時域展寬；頻率選擇性衰落(信號中不同頻率分量衰落不一致，引起信號波形失真)多普勒效應(yīng)導(dǎo)致信號頻域展寬；時間選擇性衰落信號在時域或頻域的展寬，使得本來分開的波形在時間上或在頻譜上會產(chǎn)生交疊，使信號產(chǎn)生衰落失真

重要提示30第30頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.6相關(guān)帶寬從頻域觀點而言，多徑時散現(xiàn)象將導(dǎo)致頻率選擇性衰落，即信道對不同頻率成分有不同的響應(yīng)。若信號帶寬過大，就會引起嚴重的失真。為了說明這一問題，先討論兩條射線的情況，即如圖所示的雙射線信道。為分析簡便，不計信道的固定衰減，用“1”表示第一條射線，信號為Si(t);用“2”表示另一條射線，其信號為rSi(t)ejωΔ(t)，這里r為一比例常數(shù)。于是，接收信號為兩者之和，即31第31頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五雙射線信道等效網(wǎng)絡(luò)32第32頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五雙射線信道等效網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為信道的幅頻特性為由上式可知，當(dāng)ωΔ(t)=2nπ時(n為整數(shù))，雙徑信號同相疊加，信號出現(xiàn)峰點；而當(dāng)ωΔ(t)=(2n+1)π時，雙徑信號反相相消，信號出現(xiàn)谷點。根據(jù)式畫出的幅頻特性如圖所示。33第33頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五雙射線信道的幅頻特性34第34頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五由圖可見，其相鄰兩個谷點的相位差為則或Δφ=Δω×Δ(t)=2π由此可見，兩相鄰場強為最小值的頻率間隔是與相對多徑時延差Δ(t)成反比的，通常稱Bc為多徑時散的相關(guān)帶寬。若所傳輸?shù)男盘枎捿^寬，以至與Bc可比擬時，則所傳輸?shù)男盘枌a(chǎn)生明顯的畸變。

35第35頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五式中，Δ為時延擴展。實際上，移動信道中的傳播路徑通常不止兩條，而是多條，且由于移動臺處于運動狀態(tài)，相對多徑時延差Δ(t)也是隨時間而變化的，因而合成信號振幅的谷點和峰點在頻率軸上的位置也將隨時間而變化，使信道的傳遞函數(shù)呈現(xiàn)復(fù)雜情況，這就很難準確地分析相關(guān)帶寬的大小。工程上，對于角度調(diào)制信號，相關(guān)帶寬可按下式估算：36第36頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五根據(jù)衰落與頻率的關(guān)系，將衰落分為兩種：頻率選擇性衰落和非頻率選擇性衰落，后者又稱為平坦衰落

頻率選擇性衰落是指傳輸信道對信號不同的頻率成分有不同的隨機響應(yīng)，信號中不同頻率分量衰落不一致，引起信號波形失真

非頻率選擇性衰落是指信號經(jīng)過傳輸信道后，各頻率分量的衰落是相關(guān)的具有一致性，衰落波形不失真37第37頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五是否發(fā)生頻率選擇性衰落或非頻率選擇性衰落要由信道和信號兩方面來決定，對于移動信道來說，存在一個固有的相關(guān)帶寬當(dāng)信號帶寬小于相關(guān)帶寬時，發(fā)生非頻率選擇性衰落（平坦衰落），波形不失真當(dāng)信號的帶寬大于相關(guān)帶寬時，發(fā)生頻率選擇性衰落，引起波形失真，造成碼間干擾38第38頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五對移動信道而言當(dāng)碼元速率較低，信號的帶寬小于相關(guān)帶寬，衰落為平坦衰落反之，若速率較高，信號帶寬大于相關(guān)帶寬，衰落為頻率選擇性衰落，引起波形失真，造成碼間干擾（ISI）39第39頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.7衰落特性的特征量1、衰落速率和衰落深度

衰落率，定義為信號包絡(luò)在單位時間內(nèi)以正斜率通過中值電平的次數(shù)

衰落深度即信號的有效值與該次衰落的信號最小值的差值2、電平通過率和平均衰落持續(xù)時間

電平通過率定義為信號包絡(luò)單位時間內(nèi)以正斜率通過某一規(guī)定電平R的平均次數(shù)，描述衰落次數(shù)的統(tǒng)計規(guī)律

平均衰落持續(xù)時間，定義為信號包絡(luò)低于某個給定電平值的概率與該電平所對應(yīng)的電平通過率之比40第40頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.8電波傳播損耗預(yù)測模型與中值路徑損耗預(yù)測設(shè)計無線通信系統(tǒng)時，首要的問題是在給定條件下如何算出接收信號的場強，或接收信號中值。這些給定條件包括發(fā)射機天線高度、位置、工作頻率、接收天線高度、收發(fā)信機之間距離等。這就是電波傳播的路徑損耗預(yù)測問題，又稱為信號中值預(yù)測。采用電波傳播損耗預(yù)測模型計算無線路徑的傳播損耗，確定無線蜂窩小區(qū)的服務(wù)覆蓋區(qū)41第41頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.8電波傳播損耗預(yù)測模型與中值路徑損耗預(yù)測研究無線移動通信信道的基本方法理論分析電磁場理論和統(tǒng)計理論分析+數(shù)學(xué)模型現(xiàn)場電波實測計算機模擬42第42頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.8電波傳播損耗預(yù)測模型與中值路徑損耗預(yù)測對無線電波傳播特性的研究，將導(dǎo)致以下兩種應(yīng)用成果電波傳播損耗預(yù)測模型的建立在設(shè)計無線移動通信網(wǎng)絡(luò)時，很好的掌握在基站周圍所有地點處接收信號的平均強度及其變化特點，以便為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的研究以及整個網(wǎng)絡(luò)設(shè)計提供基礎(chǔ)為實現(xiàn)信道仿真提供基礎(chǔ)43第43頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.8電波傳播損耗預(yù)測模型與中值路徑損耗預(yù)測3.8.1地形、地物分類3.8.2

中等起伏地形上傳播損耗的中值3.8.3任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值3.8.4電波傳播損耗預(yù)測模型3.8.5微蜂窩系統(tǒng)的覆蓋區(qū)預(yù)測模式44第44頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.8.1地形、地物分類

1.地形的分類與定義為了計算移動信道中信號電場強度中值(或傳播損耗中值)，可將地形分為兩大類，即中等起伏地形和不規(guī)則地形，并以中等起伏地形作傳播基準。所謂中等起伏地形，是指在傳播路徑的地形剖面圖上，地面起伏高度不超過20m，且起伏緩慢，峰點與谷點之間的水平距離大于起伏高度。其它地形如丘陵、孤立山岳、斜坡和水陸混合地形等統(tǒng)稱為不規(guī)則地形。45第45頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五基站天線有效高度(hb)46第46頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五hb=hts-hga

移動臺天線的有效高度hm總是指天線在當(dāng)?shù)氐孛娴母叨扔捎谔炀€架設(shè)在高度不同地形上，天線的有效高度是不一樣的。(例如，把20m的天線架設(shè)在地面上和架設(shè)在幾十層的高樓頂上，通信效果自然不同。)因此，必須合理規(guī)定天線的有效高度，其計算方法參見圖。若基站天線頂點的海拔高度為hts，從天線設(shè)置地點開始，沿著電波傳播方向的3km到15km之內(nèi)的地面平均海拔高度為hga，則定義基站天線的有效高度hb為47第47頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五

2.地物(或地區(qū))分類不同地物環(huán)境其傳播條件不同，按照地物的密集程度不同可分為三類地區(qū)：①開闊地。在電波傳播的路徑上無高大樹木、建筑物等障礙物，呈開闊狀地面，如農(nóng)田、荒野、廣場、沙漠和戈壁灘等。②郊區(qū)。在靠近移動臺近處有些障礙物但不稠密，例如，有少量的低層房屋或小樹林等。③市區(qū)。有較密集的建筑物和高層樓房。自然，上述三種地區(qū)之間都有過渡區(qū)，但在了解以上三類地區(qū)的傳播情況之后，對過渡區(qū)的傳播情況就可以大致地作出估計。48第48頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.8.2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

在計算各種地形、地物上的傳播損耗時，均以中等起伏地上市區(qū)的損耗中值或場強中值作為基準，因而把它稱作基準中值或基本中值。由電波傳播理論可知，傳播損耗取決于傳播距離d、工作頻率f、基站天線高度hb和移動臺天線高度hm等。在大量實驗、統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，可作出傳播損耗基本中值的預(yù)測曲線。下圖給出了典型中等起伏地上市區(qū)的基本中值A(chǔ)m(f,d)與頻率、距離的關(guān)系曲線。49第49頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五圖上，縱坐標刻度以dB計，是以自由空間的傳播損耗為0dB的相對值。換言之，曲線上讀出的是基本損耗中值大于自由空間傳播損耗的數(shù)值。由圖可見，隨著頻率升高和距離增大，市區(qū)傳播基本損耗中值都將增加。圖中曲線是在基準天線高度情況下測得的，即基站天線高度hb=200m，移動臺天線高度hm=3m。

50第50頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五中等起伏地上市區(qū)基本損耗中值51第51頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五如果基站天線的高度不是200m,則損耗中值的差異用基站天線高度增益因子Hb(hb,d)表示。下圖（a）給出了不同通信距離d時，Hb(hb,d)與hb的關(guān)系。顯然，當(dāng)hb＞200m時，Hb(hb,d)＞0dB；反之，當(dāng)hb＜200m時，Hb(hb,d)＜0dB。52第52頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五

天線高度增益因子(a)基站Hb(hb,d);(b)移動臺Hm(hm,f)53第53頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五同理，當(dāng)移動臺天線高度不是3m時，需用移動臺天線高度增益因子Hm(hm,f)加以修正，參見上圖(b)。當(dāng)hm

＞3m時，Hm(hm,f)＞0dB；反之，當(dāng)hm＜3m時，Hm(hm,f)＜0dB。由圖3-24(b)還可見，當(dāng)移動臺天線高度大于5m以上時，其高度增益因子Hm(hm,f)不僅與天線高度、頻率有關(guān)，而且還與環(huán)境條件有關(guān)。例如，在中小城市，因建筑物的平均高度較低，故其屏蔽作用較小，當(dāng)移動臺天線高度大于4m時，隨天線高度增加，天線高度增益因子明顯增大；若移動臺天線高度在1～4m范圍內(nèi)，Hm(hm,f)受環(huán)境條件的影響較小，移動臺天線高度增高一倍時，Hm(hm,f)變化約為3dB。54第54頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五

2.郊區(qū)和開闊地損耗的中值郊區(qū)的建筑物一般是分散、低矮的，故電波傳播條件優(yōu)于市區(qū)。郊區(qū)場強中值與基準場強中值之差稱為郊區(qū)修正因子，記作Kmr，它與頻率和距離的關(guān)系如下圖所示。由圖可知，郊區(qū)場強中值大于市區(qū)場強中值。或者說，郊區(qū)的傳播損耗中值比市區(qū)傳播損耗中值要小。55第55頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五郊區(qū)修正因子56第56頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五下圖給出的是開闊地、準開闊地(開闊地與郊區(qū)間的過渡區(qū))的場強中值相對于基準場強中值的修正曲線。Qo表示開闊地修正因子,Qr表示準開闊地修正因子。顯然，開闊地的傳播條件優(yōu)于市區(qū)、郊區(qū)及準開闊地，在相同條件下，開闊地上場強中值比市區(qū)高近20dB。為了求出郊區(qū)、開闊地及準開闊地的損耗中值，應(yīng)先求出相應(yīng)的市區(qū)傳播損耗中值，然后再減去由圖查得的相對應(yīng)的修正因子即可。57第57頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五

開闊地、準開闊地修正因子58第58頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.不規(guī)則地形上傳播損耗的中值（略）

1.丘陵地的修正因子Kh2.孤立山岳修正因子Kjs

3.斜波地形修正因子Ksp

4.水陸混合路徑修正因子Ks59第59頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五3.8.3任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值1.中等起伏地市區(qū)中接收信號的功率中值PP中等起伏地市區(qū)接收信號的功率中值PP可由下式確定：［PP］=［P0］-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm,f)式中，P0為自由空間傳播條件下的接收信號的功率，即60第60頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五式中：PT——發(fā)射機送至天線的發(fā)射功率；λ——工作波長；d——收發(fā)天線間的距離；Gb——基站天線增益；Gm——移動臺天線增益。61第61頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五Am(f,d)是中等起伏地市區(qū)的基本損耗中值，即假定自由空間損耗為0dB，基站天線高度為200m,移動臺天線高度為3m的情況下得到的損耗中值

Hb(hb,d)是基站天線高度增益因子，它是以基站天線高度200m為基準得到的相對增益。Hm(hm,f)是移動臺天線高度增益因子，它是以移動臺天線高度3m為基準得到的相對增益62第62頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五2.任意地形地區(qū)接收信號的功率中值PPc

PPc=[PP]+KT任意地形地區(qū)的傳播損耗中值

LA=LT-KT

式中，LT為中等起伏地市區(qū)傳播損耗中值，即

LT=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)地形地物修正因子KT

：

KT=Kmr+Q0+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+Ks63第63頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五【示例】某一移動信道，工作頻段為450MHz，基站天線高度為50m，天線增益為6dB，移動臺天線高度為3m，天線增益為0dB；在市區(qū)工作，傳播路徑為中等起伏地，通信距離為10km。試求：

(1)傳播路徑損耗中值；

(2)若基站發(fā)射機送至天線的信號功率為10W，求移動臺天線得到的信號功率中值。64第64頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五解(1)根據(jù)已知條件，KT=0,LA=LT

自由空間傳播損耗［Lfs］=

32.44+20lgf+20lgd=

32.44+20lg450+20lg10=

105.5dB65第65頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五

查得市區(qū)基本損耗中值

Am(f,d)=27dB基站天線高度增益因子

Hb(hb,d)=-12dB移動臺天線高度增益因子

Hm(hm,f)=0dB

可得傳播路徑損耗中值為

LA=LT=105.5+27+12=144.5dB66第66頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五解(2)［PP］=［P0］-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm,f)=[PT]-[Lfs]+[Gb]+[Gm]-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm,f)=[PT]+[Gb]+[Gm]-[LT]=10lg10+6+0-144.5=-128.5dBW=-98.5dBm67第67頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五1、室外傳播模型Okumra-Hata模型COST-231Hata模型CCIR模型LEE模型COST-231WI模型Hata模型是廣泛使用的一種中值路徑損耗預(yù)測的傳播模型，適用于宏蜂窩。Okumra-Hata模型，150~1500MHz，主要用于900MHzCOST-231Hata，是將頻率擴展到2GHz的Hata模型擴展版本3.8.4移動信道的電波傳播損耗預(yù)測傳播模型68第68頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五Hata根據(jù)Okumura模型中的各種圖表曲線歸納出一個經(jīng)驗公式，稱為Hata模型。這種模型仍然保留了Okumura模型的風(fēng)格，以市區(qū)傳播損耗為標準，其他地區(qū)在此基礎(chǔ)上進行修正。69第69頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五（1）Okumura-Hata模型

Hata將市區(qū)的傳播損耗表示為一個標準的公式和一個應(yīng)用于其他不同環(huán)境的附加校正公式

在市區(qū)的中值路徑損耗的標準公式為Lp(dB)=69.55+26.16lgfc-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)lgd+Ccell+Cterrain（

dB）式中：fc是在150~1500MHz內(nèi)的工作頻率；hb是基站發(fā)射機的有效天線高度（單位為m，適用范圍30~200m），其定義為天線相對海平面高度hts減去距離從3km到15km之間的平均地面高度hga;hm是移動臺接收機的有效天線高度（單位為m，適用范圍1~10m）;d是收發(fā)天線之間的距離（單位為km，適用范圍1~10km）；a(hm)是移動臺接收機的有效天線高度的修正因子。70第70頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五對于中小城市，a(hs)的表達式為

a(hm)=(1.1lgfc-0.7)hm-(1.56lgfc-0.8)dB對于大城市、郊區(qū)、鄉(xiāng)村a(hs)的表達式為

a(hm)=8.29(lg1.54hm)2-1.1dBfc≤300MHz

a(hm)=3.2(lg11.754hm)2-4.97dBfc≥300MHzCcell為小區(qū)類型校正因子；Cterrain為地形校正因子

71第71頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五郊區(qū)

Ccell=-2［lg(fc/28)］2-5.4dB鄉(xiāng)村

Ccell=-4.78(lgfc)2-18.33lgfc-40.94dB

城市

Ccell=0dB

72第72頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五（2）COST-231Hata模型

是Hata模型的擴展版本應(yīng)用頻率1500~2000MHz

小區(qū)半徑大于1km的宏蜂窩系統(tǒng)發(fā)射天線在30m~200m之間接收天線在1m~10m之間COST-231Hata模型路徑損耗計算的經(jīng)驗公式為：

L=46.3+33.9fc-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)lgd+Ccell+Cterrain+CMdBCM為大城市中心校正因子：中等城市和郊區(qū)CM

=0dB；大城市中心CM

=3dB（兩種Hata模型的主要區(qū)別：頻率衰減因子不同）73第73頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五（3）CCIR模型

CCIR模型反應(yīng)了自由空間路徑損耗和地形引入的路徑損耗聯(lián)合效果的經(jīng)驗公式L(dB)=69.55+26.16lgfc-13.82lghb-a(hm)+(44.9-6.55lghb)lgd-B（dB）該公式為Okumura-Hata模型在城市傳播環(huán)境下的應(yīng)用，其校正因子：

B=30-20lg(被建筑物覆蓋的區(qū)域的百分比)如15%的區(qū)域被建筑物覆蓋：

B=30-20lg15（4）LEE模型（略）74第74頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五（5）COST-231WI模型

COST-231WI模型基于Walfisch-Bertoni模型和Ikegami模型，對實測數(shù)據(jù)加以完善而提出了COST-231模型。這種模型考慮到了自由空間損耗、沿傳播路徑的繞射損耗以及移動臺與周圍建筑屋頂之間的損耗。COST-231WI模型已被用于微小區(qū)的實際工程設(shè)計。

800MHz~2000MHz4m<=hb<=50m1m<=hm<=3m0.02km<=d<=5km75第75頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五

1)視距傳播LOS路徑損耗計算公式為

L=42.6+26lgd+20lgf

式中損耗L以dB計算，距離d以km計算，頻率f

以MHz計算(下面公式中的參量單位與該式相同)2)非視距傳播路徑損耗計算公式為

L=L0+Lrts+Lmsd

式中，L0是自由空間傳播損耗；Lrts是屋頂至街道的繞射及散射損耗；Lmsd是多重屏障的繞射損耗。76第76頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五

式中：w為街道寬度(m)；Δhm=hroof-hm為建筑物高度hroof與移動臺天線高度hm之差(m)；Lori是考慮到街道方向的實驗修正值，且0≤φ<35°35°≤φ<55°55°≤φ<90°式中的φ是入射電波與街道走向之間的夾角。

77第77頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五式中，b為沿傳播路徑建筑物之間的距離(m)；Lbsh和Ka表示由于基站天線高度降低而增加的路徑損耗；Kd和Kf為Lmsd與距離d和頻率f相關(guān)的修正因子，與傳播環(huán)境有關(guān)。以上參數(shù)的值如下：hb>hroofhb≤hroof

hb>hroof

hb≤hroof且d≥0.5kmhb≤hroof且d≥0.5km78第78頁，共86頁，2023年，2月20日，星期五hb>hroof

hb≤hroof

中等城市及具有中等密度樹木的郊區(qū)大城市以上式中的hb和hroof分別為基站天線和建筑物屋頂?shù)母叨?m)，Δhb為兩者之差：

Δhb=hb-hroof79第79