第8章天線與電波傳播.ppt

1、1,移動(dòng)通信技術(shù),第8章 天線與電波傳播,2,第8章 天線與電波傳播,內(nèi)容 天線的基本特性、基站天線的類型、天線的下傾、智能天線及天線的輻射功率 表征電波傳播衰耗特性的數(shù)字特征、OM模型概念 任意地形、地物衰耗場(chǎng)強(qiáng)中值和信號(hào)中值的預(yù)測(cè) 電波傳播電路的計(jì)算、覆蓋設(shè)計(jì),3,第8章 天線與電波傳播,重點(diǎn) 自由空間傳播衰耗 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(cè) 系統(tǒng)均衡 難點(diǎn) 天線的基本特性 電波傳播衰耗特性的數(shù)字特征 任意地形、地物情況下電波傳播衰耗中值的預(yù)測(cè),4,第8章 天線與電波傳播,目的和要求 了解天線的基本特性、類型 掌握自由空間傳輸衰耗、OM模型及電波傳播衰耗中值的計(jì)算方法

2、 了解電波傳播電路計(jì)算,5,8.1天線基本概念,天線基本特性 天線的方向性 指天線向一定方向輻射電磁波的能力 對(duì)接收天線表示天線對(duì)來(lái)自不同方向的電波的接收能力 方向圖 天線方向的選擇性常用方向圖來(lái)表示 輻射方向圖：以天線為球心的等半徑球面上，相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)隨坐標(biāo)變量和變化的圖形 工程設(shè)計(jì)中一般使用二維方向圖 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中需使用三維方向圖,6,8.1天線基本概念,二維方向圖,7,8.1天線基本概念,三維方向圖,8,8.1天線基本概念,波束寬度 方向圖中通常都有兩個(gè)瓣或多個(gè)瓣 其中最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣 波束寬度：主瓣兩半功率點(diǎn)間的夾角 又稱為半功率（角）波束寬度、3dB波束寬度 主瓣波束

3、寬度越窄，方向性越好，抗干擾能力越強(qiáng) 經(jīng)常考慮3dB、10dB波束寬度,9,8.1天線基本概念,波束寬度示意圖,10,8.1天線基本概念,前后比 天線方向圖中，前后瓣最大電平之比稱為前后比 前后比值越大，天線定向接收性能就越好 基本半波振子天線的前后比為，對(duì)來(lái)自振子前后的相同信號(hào)電波具有相同的接收能力 以dB表示的前后比=10log前向功率/反向功率 典型值為25dB左右，有一個(gè)盡可能小的反向功率,11,8.1天線基本概念,天線的增益 天線功率增益表示在某特定方向上能量集中能力 天線增益指在相同輸入功率下，天線在最大輻射方向上某點(diǎn)產(chǎn)生的輻射功率密度和將其用參考天線替代后在同一點(diǎn)產(chǎn)生的輻射功率密

4、度之比 參考天線為全方向性天線(在所有方向上輻射功率密度都均勻相同)：增益用dBi表示 參考天線為半波振子天線:增益用dBd表示 同一個(gè)天線用dBd和dBi分別表示時(shí)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：0dBd=2.14dBi,12,8.1天線基本概念,天線增益,13,8.1天線基本概念,天線的極化 平面波按極化可分為線極化波、圓極化波（或橢圓極化波） 極化是指在垂直于傳播方向的波陣面上，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡 如軌跡為直線，該平面波就是線極化波 線極化波可分為垂直線極化波和水平線極化波；還有45傾斜的極化波 如軌跡為圓或橢圓，就是圓極化波或橢圓極化波,14,8.1天線基本概念,天線的極化示意圖,15,8

5、.1天線基本概念,天線的極化方向：天線輻射的電磁場(chǎng)的電場(chǎng)方向 基站天線一般采用的都是垂直放置的線極化天線 為改善接收性能和減少基站天線數(shù)，基站天線開(kāi)始用雙極化天線，既能收發(fā)水平極化波，又能收發(fā)垂直極化波,16,8.1天線基本概念,天線的帶寬 用來(lái)描述天線處于良好的工作狀態(tài)下的頻率范圍 工作帶寬可根據(jù)天線的方向圖特性、輸入阻抗或電壓駐波比的要求確定 通常帶寬定義為：天線增益下降3dB時(shí)的頻帶寬度，或在規(guī)定的駐波比下天線的工作頻帶寬度 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中：當(dāng)天線的輸入駐波比1.5時(shí)，天線的工作帶寬 天線的工作波長(zhǎng)不是最佳時(shí)天線性能要下降,17,8.1天線基本概念,例：天線的頻帶寬度=890-820=

6、70MHz,18,8.1天線基本概念,天線的輻射特性 導(dǎo)線載有交變電流時(shí)，可形成電磁波輻射 輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)短和形狀有關(guān) 能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子,19,8.1天線基本概念,天線的功能就是控制輻射能量的去向 一個(gè)單一的對(duì)稱振子具有“面包圈”形的方向圖,20,8.1天線基本概念,對(duì)稱振子組陣控制輻射能量構(gòu)成“扁平的面包圈” 把信號(hào)集中到所需要的地方 例：設(shè)一個(gè)對(duì)稱振子天線在接收機(jī)中有1mW的功率，由4個(gè)對(duì)稱振子構(gòu)成的天線陣的接收機(jī)就有4mW的功率，天線增益為10log(4mW/1mW)=6dBd,21,8.1天線基本概念,利用反射板可把輻射能量控制聚焦到一個(gè)方向，反射面放在陣列的一邊構(gòu)

7、成扇形覆蓋天線 進(jìn)一步提高了增益 例：扇形覆蓋天線與單個(gè)對(duì)稱振子相比的增益為10log(8mW/1mW)=9dBd,22,8.1天線基本概念,基本電振子 無(wú)限小的線電流元，即其長(zhǎng)度L遠(yuǎn)小于波長(zhǎng) 基本電振子的輻射是有方向性的,23,8.1天線基本概念,電對(duì)稱振子 最簡(jiǎn)單的天線是對(duì)稱振子 由兩段同樣粗細(xì)和長(zhǎng)度為L(zhǎng)的直導(dǎo)線構(gòu)成，在天線中間的兩個(gè)端點(diǎn)之間饋電 半波振子天線長(zhǎng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系可表示為2L=/2 全波振子天線長(zhǎng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系為2L=,24,8.1天線基本概念,幾個(gè)名詞 對(duì)稱振子：兩臂長(zhǎng)度相等的振子，每臂長(zhǎng)度為/4 全波對(duì)稱振子：全長(zhǎng)與波長(zhǎng)相等的振子 折合振子：將振子折合起來(lái) 隨著長(zhǎng)度L的增加

8、，方向圖變得比較尖銳 L/2時(shí)，除了主瓣外還有副瓣 L=時(shí)，在垂直于振軸線的方向上沒(méi)有輻射 /2的對(duì)稱振子在800MHz頻段約200mm長(zhǎng)；在400MHz頻段約400mm長(zhǎng),25,8.1天線基本概念,基本電振子、半波振子、全波振子天線的增益,26,8.1天線基本概念,天線陣列輻射 為加強(qiáng)某一方向的輻射強(qiáng)度，常把幾副天線擺在一起構(gòu)成天線陣 天線陣根據(jù)其排列可分為直線陣、平面陣和立體陣 天線陣的輻射特性主要取決于：陣元數(shù)、陣元的空間位置、陣元電流振幅分布、陣元電流相位分布 主要考慮均勻直線式天線陣：各陣元天線以相等的間距排列成一直線，電流大小相等、相位以均勻比例遞增或遞減,27,8.1天線基本概念

9、,基站天線的類型 全向天線 在水平各個(gè)方向上功率均勻地輻射，水平方向圖的形狀基本為圓形 垂直方向圖上，輻射能量是集中的，可獲得天線增益 一般由半波振子排列成的直線陣構(gòu)成，并把按設(shè)計(jì)要求的功率和相位饋送到各個(gè)半波振子，以提高輻射方向上的功率 振子單元數(shù)每增加一倍(相應(yīng)于長(zhǎng)度增加一倍)，增益增加3dB 典型的增益值是69dBd 受限制的因素主要是物理尺寸,28,8.1天線基本概念,定向天線 定向天線的水平和垂直輻射方向圖是非均勻的 常稱為扇區(qū)天線，輻射功率或多或少集中在一個(gè)方向 使用方向天線有兩個(gè)原因：覆蓋擴(kuò)展及頻率復(fù)用 使用方向天線可改善蜂窩移動(dòng)網(wǎng)中的干擾 定向天線一般由直線天線陣加上反射板 構(gòu)

10、成或直接采用方向天線 典型增益值是916dBd 結(jié)構(gòu)上一般為816個(gè)單元的天線陣,29,8.1天線基本概念,特殊天線 用于特殊場(chǎng)合信號(hào)覆蓋的天線 泄漏同軸電纜：用于室內(nèi)或隧道中的覆蓋 泄漏同軸電纜外層窄縫允許所傳送的信號(hào)能量沿整個(gè)電纜長(zhǎng)度不斷泄漏輻射 接收信號(hào)能從窄縫進(jìn)入電纜傳送到基站 使用泄漏同軸電纜時(shí)，沒(méi)有增益 為了延伸覆蓋范圍可以使用雙向放大器 通常能滿足大多數(shù)應(yīng)用的典型傳輸功率值是2030W,30,8.1天線基本概念,多天線系統(tǒng) 許多單獨(dú)天線形成的合成輻射方向圖 最簡(jiǎn)單的類型是在塔上相反方向安裝兩個(gè)方向性天線，通過(guò)功率分配器饋電 目的：用一個(gè)小區(qū)覆蓋大范圍，比用兩個(gè)小區(qū)情況所使用的信道

11、數(shù)要少 使用：不能使用全向天線，或當(dāng)所需的增益(較大的覆蓋面積)比一個(gè)全向天線系統(tǒng)所能提供的要大時(shí)，可用多天線系統(tǒng)來(lái)形成全向方向圖 典型增益：?jiǎn)为?dú)天線增益減去功率分配器帶來(lái)的3dB損耗,31,8.1天線基本概念,天線分集技術(shù) 分集技術(shù)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)中解決衰落問(wèn)題 基站接收也采用分集接收技術(shù) 對(duì)用電池供電的MS，不能用提高發(fā)射功率滿足衰落儲(chǔ)備,32,8.1天線基本概念,天線下傾 天線下傾可改善系統(tǒng)的抗干擾性能 天線下傾主要是改變天線的垂直方向圖主瓣指向，使垂直方向圖的主瓣信號(hào)指向覆蓋小區(qū)，而垂直方向圖的零點(diǎn)或副瓣對(duì)準(zhǔn)受其干擾的同頻小區(qū) 改善服務(wù)小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度 提高服務(wù)小區(qū)內(nèi)的C/I值

12、，減少對(duì)遠(yuǎn)處同頻小區(qū)的干擾 提高系統(tǒng)的頻率復(fù)用能力，增加系統(tǒng)容量 改善基站附近的室內(nèi)覆蓋性能,33,8.1天線基本概念,兩種方式 機(jī)械下傾：通過(guò)機(jī)械裝置調(diào)節(jié)天線向下傾斜所需角度 電下傾：通過(guò)調(diào)節(jié)天線各振子單元相位(相控陣天線技術(shù))，使天線垂直方向圖主瓣下傾一定角度，而天線本身仍保持和地面成垂直放置的位置,34,8.1天線基本概念,機(jī)械下傾天線 天線向下傾斜對(duì)覆蓋范圍的影響,35,8.1天線基本概念,利用方向圖中的凹坑減少同頻干擾 天線方向圖中的凹坑準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)被干擾小區(qū)，可以利用凹坑減少同頻干擾 對(duì)水平波束寬度為60的天線，向下傾斜角應(yīng)選在1416，此時(shí)凹坑最大 為保證其覆蓋范圍，還須調(diào)整基站發(fā)

13、射功率 不同類型的天線，垂直方向圖不同，凹坑所對(duì)應(yīng)的下傾角也不同,36,8.1天線基本概念,天線向下傾斜對(duì)抗同頻干擾能力的改善 例：服務(wù)小區(qū)天線固定下傾5時(shí)的載干比C/I分布圖,37,8.1天線基本概念,利用天線下傾降低同頻干擾時(shí)，下傾角須根據(jù)天線的三維方向圖具體計(jì)算后認(rèn)真選擇 改善抗同頻干擾能力的大小不與下傾角成正比 要盡量減小對(duì)同頻小區(qū)的干擾，又要保證滿足服務(wù)區(qū)的覆蓋范圍 考慮實(shí)際地形、地物的影響 下傾角較大時(shí)，須考慮天線前后比和旁瓣的影響 進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試和同頻干擾測(cè)試，確認(rèn)C/I值的改善程度,38,8.1天線基本概念,電下傾天線 利用賦形波束技術(shù)，設(shè)計(jì)向下傾斜或抗干擾性更好的陣列定向天線

14、水平方向圖形狀不變化，覆蓋范圍減小,39,8.1天線基本概念,天線輻射能量集中在服務(wù)區(qū)內(nèi)，對(duì)其他小區(qū)干擾很小,40,8.1天線基本概念,能有效減小同頻干擾 有效地減小遠(yuǎn)距離干擾 遠(yuǎn)距離干擾：距離達(dá)320km遠(yuǎn)的其他系統(tǒng)由于大氣波導(dǎo)原因產(chǎn)生的干擾 增加電下傾天線的高度來(lái)覆蓋盲區(qū)或弱信號(hào)點(diǎn)較多的丘陵地區(qū)，仍能減小同頻干擾,41,8.1天線基本概念,適用于GSM系統(tǒng)的智能天線 智能天線 多波束智能天線與自適應(yīng)智能天線 目前在GMS系統(tǒng)中采用多波束智能天線 自適應(yīng)天線陣列主要在3G中應(yīng)用 多波束天線：一個(gè)扇區(qū)多個(gè)波束覆蓋 波束指向固定，寬度隨陣元數(shù)定，用波束切換技術(shù)隨用戶移動(dòng)，基站自動(dòng)選擇不同的相應(yīng)波

15、束，使接收信號(hào)最強(qiáng),42,8.1天線基本概念,多波束智能天線系統(tǒng) 系統(tǒng)必須在多波束智能天線與基站間添加射頻交換矩陣,43,8.1天線基本概念,分時(shí)隙多波束,44,8.1天線基本概念,多波束智能天線結(jié)構(gòu) 由4個(gè)置于一條直線且相距半 個(gè)波長(zhǎng)的陣元組成，在一個(gè) 傳統(tǒng)基站120扇區(qū)內(nèi)，該天 線產(chǎn)生4個(gè)30的并行窄波束 多波束智能天線通過(guò)檢測(cè)上行 鏈路的到達(dá)方向DOA選擇對(duì)應(yīng) 的下行邏路的最佳波束,45,8.1天線基本概念,使用多波束智能天線的GSM系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)波束分集，解決衰落問(wèn)題 分集接收的兩個(gè)支路信號(hào)取自多波束智能天線兩個(gè)波束的接收信號(hào) 采用波束分集時(shí)，要求系統(tǒng)選擇兩個(gè)最佳波束，通過(guò)射頻交換矩陣與接

16、收機(jī)的兩個(gè)分集接收端連接,46,8.1天線基本概念,典型的移動(dòng)基站天線技術(shù)指標(biāo) 有效輻射功率ERP ERP以理論上的點(diǎn)源為基準(zhǔn)的天線輻射功率 ERP對(duì)于基站天線表示為：ERP=P-LC-Lf+Ga P是基站輸出功率，LC是合路器損耗，Lf是饋線損耗，Ga是基站天線增益 基站天線增益用dBi表示為等效各向同性輻射功率EIRP,47,8.1天線基本概念,典型指標(biāo) 增益：15dBi 極化方式：垂直極化 阻抗：50 反向損耗：18dB 前后比：30dB 可調(diào)下傾角：210 3dB（半功率）波束寬度：水平：64；垂直：18 10dB波束寬度：水平：120；垂直：30 垂直上旁瓣抑制：-12dB ；垂直下

17、旁瓣抑制：-14dB,48,8.1天線基本概念,傳輸線基本概念 傳輸線(或饋線)：連接天線和發(fā)射(或接收)機(jī)輸出(或輸入)端的導(dǎo)線 任務(wù)：有效地傳輸信號(hào)能量 傳輸線必須屏蔽或平衡 以最小的損耗傳送信號(hào) 不拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號(hào) 應(yīng)合理布局，盡量縮短饋線長(zhǎng)度 有導(dǎo)體的電阻損耗和絕緣材料的介質(zhì)損耗。隨饋線長(zhǎng)度的增加和工作頻率的提高而增加,49,8.1天線基本概念,超短波頻段的傳輸線 平行線傳輸線 由兩根平行的導(dǎo)線組成 是對(duì)稱式或平衡式的傳輸線 損耗大，不能用于UHF頻段 同軸電纜傳輸線 兩根導(dǎo)線為芯線和屏蔽銅網(wǎng) 不對(duì)稱式或不平衡式傳輸線 工作頻率范圍寬，損耗小 能屏蔽靜電，但不能屏蔽磁場(chǎng)的干擾 使

18、用時(shí)切忌與強(qiáng)電流線路并行走向，不能靠近低頻信號(hào)線路,50,8.1天線基本概念,饋線終端匹配連接 饋線終端所接負(fù)載阻抗等于饋線特性阻抗 終端負(fù)載是天線時(shí)，如天線振子較粗，輸入阻抗隨頻率的變化較小，易和饋線保持匹配 匹配時(shí)工作頻率范圍較寬 為使饋線與天線嚴(yán)格匹配，架設(shè)天線時(shí)還需通過(guò)測(cè)量，適當(dāng)調(diào)整天線結(jié)構(gòu)，或加裝匹配裝置,51,8.1天線基本概念,匹配 饋線和天線匹配時(shí)，高頻能量全部被負(fù)載吸收 饋線上只有入射波，沒(méi)有反射波 天線和饋線不匹配時(shí)，負(fù)載只能吸收部分能量 入射波的一部分能量反射回來(lái)形成反射波 例：反射損耗為10log(10/0.5)=13dB,52,8.1天線基本概念,電源與負(fù)載的連接 不

19、平衡電源或不平衡負(fù)載之間用同軸電纜連接，平衡電源與平衡負(fù)載間用平行傳輸線連接 平衡性或不平衡性遭到破壞時(shí)需加裝“平衡不平衡”的轉(zhuǎn)換裝置(平衡變換器) /2平衡變換器(形平衡變換器) /4四分之一波長(zhǎng)短路傳輸線終端,53,8.1天線基本概念,/2平衡變換器(形平衡變換器) 用于不平衡饋線與平衡負(fù)載連接時(shí)的平衡變換 阻抗變換作用 例：同軸電纜的阻抗匹配,54,8.1天線基本概念,平衡-不平衡變換 四分之一波長(zhǎng)短路傳輸線終端的高頻開(kāi)路的性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)天線平衡輸入端口與同軸饋線不平衡輸出端口間的平衡-不平衡變換,55,8.2電波傳播,概述 統(tǒng)計(jì)數(shù)字特征 場(chǎng)強(qiáng)中值 具有50%概率的場(chǎng)強(qiáng)值稱為場(chǎng)強(qiáng)中值 場(chǎng)強(qiáng)

20、值高于規(guī)定電平值的持續(xù)時(shí)間占統(tǒng)計(jì)時(shí)間的一半時(shí)，所規(guī)定的電平值 場(chǎng)強(qiáng)中值等于接收機(jī)最低門(mén)限值時(shí)通信可通率為50%,56,8.2電波傳播,衰落深度 表示衰落的嚴(yán)重程度 用接收電平與場(chǎng)強(qiáng)中值電平之差表示 一般移動(dòng)通信系統(tǒng)中，衰落深度可達(dá)2030dB 衰落持續(xù)時(shí)間 場(chǎng)強(qiáng)低于某一給定電平值的持續(xù)時(shí)間 用于表示信息傳輸受影響的程度，也可用于判斷信令誤碼的長(zhǎng)度,57,8.2電波傳播,衰落速率 簡(jiǎn)稱衰落率，用來(lái)描述衰落的頻繁程度，即接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)變化的快慢 單位時(shí)間內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)包絡(luò)與給定電平值ER的交點(diǎn)數(shù)的一半 與工作頻率、MS行進(jìn)速度和行進(jìn)方向等因素有關(guān) N=V/(/2)=1.85*103*V*f(Hz) 式中V以

21、km/h為單位，f單位為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,58,8.2電波傳播,場(chǎng)強(qiáng)估算模型 自由空間的傳播損耗 自由空間是一個(gè)理想的空間 電波直線傳播，不被吸收，不會(huì)被反射、折射、繞射和散射，電磁波的能量沒(méi)有損失 信號(hào)從天線發(fā)散傳播，接收機(jī)只能收到發(fā)射信號(hào)功率的一部分，未收到部分可視為傳播損耗,59,8.2電波傳播,自由空間的傳播損耗Lbs Lbs=32.45+20lgf(MHz)+20lgd(km) 僅與傳輸距離、工作頻率有關(guān)，與收發(fā)天線增益無(wú)關(guān) 工作頻率提高一倍，或傳播距離增加一倍時(shí)，傳播損耗增加6dB,60,8.2電波傳播,場(chǎng)強(qiáng)估算模型 Okumura模式（

22、OM模型） Egli模型 Bullingron（BM）模型 OM模型 以日本東京城市場(chǎng)強(qiáng)中值實(shí)測(cè)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)曲線構(gòu)成 將城市視為“準(zhǔn)平滑地形”，給出城市場(chǎng)強(qiáng)中值，對(duì)于其他地形或地物情況，則給出修正值，在場(chǎng)強(qiáng)中值基礎(chǔ)上進(jìn)行修正 OM模型適用范圍：頻率為1001500MHz；基站天線高度為30200m；移動(dòng)臺(tái)天線高度為110m；傳播距離為120km的范圍場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè),61,8.2電波傳播,地形地物的分類 地形的分類 準(zhǔn)平滑地形 傳播路徑地形剖面圖上，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,62,8.2電波傳播,基站天線有效高度hb hb=htn-hg

23、n hgn：從基站天線架設(shè)點(diǎn)起35km距離內(nèi)的平均地面海拔高度 Htn：基站天線的海拔高度 天線高度均指天線有效高度 MS天線有效高度hm 有效高度 指地面以上的高度,63,8.2電波傳播,地物的分類 按地面障礙物的密集程度和屏蔽程度分： 開(kāi)闊地：在電波傳播方向上無(wú)高大樹(shù)木、建筑物等障礙物，呈開(kāi)闊狀地面 郊區(qū)：移動(dòng)臺(tái)周?chē)恼系K物不稠密 市區(qū)：移動(dòng)臺(tái)周?chē)恼系K物稠密,64,8.2電波傳播,準(zhǔn)平滑地形上的 電波傳播特性 市區(qū)傳播衰減中值 的預(yù)測(cè) 基本衰耗中值A(chǔ)m(f,d) 取決于傳播距離d、 工作頻率f Am(f,d)曲線以 hb=200m，hm=3m 為基準(zhǔn),65,8.2電波傳播,基站天線有效

24、高度增益因子 Hb(hb,d),66,8.2電波傳播,MS天線有效 高度增益因子 Hm(hm,f),67,8.2電波傳播,準(zhǔn)平滑市區(qū)傳播衰減中值 L市區(qū)=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f) Hb(hb,d)、Hm(hm,f)為增益因子，計(jì)算衰減中值時(shí)取減號(hào),68,8.2電波傳播,郊區(qū)、開(kāi)闊地的 衰減中值的預(yù)測(cè) 郊區(qū)衰減中值的預(yù)測(cè) L郊區(qū)=Ls市區(qū)- Kmr 郊區(qū)修正因子Kmr,69,8.2電波傳播,開(kāi)闊地衰減中值的預(yù)測(cè) L開(kāi)闊地=Ls市區(qū)- Qo(或Qr) Qo為開(kāi)闊地修正因子 Qr為準(zhǔn)開(kāi)闊地的修正因子,70,8.2電波傳播,不規(guī)則地形修正因子 丘陵地的修正因子 地形起

25、伏高度h：指自接收MS向發(fā)射的基站方向延伸10km的范圍內(nèi)，地形起伏的90%與10%處的高度差 丘陵地修正因子分為兩項(xiàng) 以h為參數(shù)而變化的丘陵地修正因子Kh 丘陵地微小修正因子Khf 主要是考慮在丘陵中，谷底與山峰處的屏蔽作用不同，靠近山峰處，Khf取負(fù)值，靠近山谷處，Khf取正值,71,8.2電波傳播,丘陵地的修正因子,72,8.2電波傳播,孤立山岳的修正因子Kjs 電波傳播路徑上有刃形單獨(dú)山岳時(shí)，其背后的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算應(yīng)考慮其繞射衰減 繞射衰減修正因子Kjs在山岳高度H為200m時(shí)，以山岳到發(fā)射點(diǎn)的距離d1、到接收點(diǎn)的距離d2為參數(shù) 若山岳高度H200m，則需乘上高度影響系數(shù)=0.07，即修正因

26、子變?yōu)椋篕js,73,8.2電波傳播,孤立山岳的 修正因子Kjs,74,8.2電波傳播,斜坡地形的修正 因子Ksp 在510km內(nèi)地形傾斜 正斜坡，傾角為+m 負(fù)斜坡，傾角為-m,75,8.2電波傳播,水陸混合路徑的修正因子KS 以dSR與全距離d的比值為地形參數(shù) 水面位于MS一方時(shí)混合路徑修正因子如曲線A(實(shí)線)所示 水面位于基站一方時(shí)混合路徑的修正因子如曲線B(虛線)所示 當(dāng)水面在傳播路徑中間時(shí)，則取曲線的中間值,76,8.2電波傳播,水陸混合路徑 修正因子KS,77,8.2電波傳播,其他因素對(duì)電波傳播的影響 街道走向修正因子Kaf/Kac 當(dāng)電波傳播方向與街道走向平行 在縱向路線上 修正

27、因子Kaf為正值，表示場(chǎng)強(qiáng)中值高于基準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)中值 當(dāng)電波傳播方向與街道走向垂直 在橫向路線上 修正因子Kac為負(fù)值，表示場(chǎng)強(qiáng)中值低于基準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)中值,78,8.2電波傳播,街道走向修正因子Kaf/Kac,79,8.2電波傳播,建筑物的穿透衰耗Lp 各個(gè)頻段的電波穿透建筑物的能力不同 不同材料、結(jié)構(gòu)和樓房層數(shù)，其吸收衰耗不同 室內(nèi)傳播衰耗：Lb=L0+Lp Lb為實(shí)際路徑衰耗中值；L0為街心的路徑衰耗中值；Lp為建筑物的穿透損耗 Lp隨樓層增高而近似下降,80,8.2電波傳播,植被衰耗 由樹(shù)木、植被對(duì)電波的吸收作用引起 植被衰耗取決于樹(shù)木的高度、種類、形狀、分布密度、空氣濕度、季節(jié)變化、工作頻率、天線

28、極化、通過(guò)樹(shù)林的路徑長(zhǎng)度等多方面的因素 大片森林對(duì)電波傳播產(chǎn)生的附加衰耗 一般垂直極化波比水平極化波的衰耗要稍大些 在城市中對(duì)電波傳播引起的衰耗與大片森林不同,81,8.2電波傳播,植被衰耗,82,8.2電波傳播,隧道中的傳播衰耗 由于隧道壁的吸收及電波干涉而產(chǎn)生 隧道中，中等功率通信設(shè)備間的通信距離，在通常情況下為200m左右，在理想條件下不超過(guò)300m 當(dāng)通信系統(tǒng)中的一方天線在隧道外時(shí)，通信距離還要大大縮短 電波在隧道中的衰耗還與工作頻率有關(guān) 頻率越高，衰耗越小 當(dāng)隧道出現(xiàn)分支或轉(zhuǎn)彎時(shí)，衰耗會(huì)急劇增加，彎曲度越大，衰耗越嚴(yán)重,83,8.2電波傳播,隧道中的傳播衰耗 曲線A為160MHz時(shí)隧

29、道內(nèi)兩半波偶極子天線間傳輸衰耗 曲線B為200平衡波導(dǎo)線的衰耗,84,8.2電波傳播,任意地形地物信號(hào)中值的預(yù)測(cè) 給定發(fā)射功率，準(zhǔn)平滑市區(qū)接收功率中值 PP=Po-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm,f) Po為自由空間傳播條件下的接收信號(hào)功率 傳播路徑不是準(zhǔn)平滑的市區(qū)，根據(jù)地形地物修正 Ppe = PP+ KT KT=Kmr+Q0+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+Ks 根據(jù)地形地物，KT可能是一項(xiàng)或多項(xiàng) 任意地形地物時(shí)，收發(fā)天線間的信號(hào)傳播衰減中值 LA = LT+ KT LT=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f),85,8.2電波傳播,例1：設(shè)基站天線有

30、效高度為60m，移動(dòng)臺(tái)天線高度為1.5m，工作頻率為900MHz，在準(zhǔn)平滑市區(qū)，通信距離為20km時(shí)，其傳播路徑上的衰減中值為多少？ 解：自由空間傳播衰耗Lbs=32.45+20lgf+20lgd =32.45+20lg900+20lg20 =117.56dB 查圖得Am(f,d)=33dB，Hb(hb,d)=-11dB，Hm(hm,f)=-2.5dB 根據(jù)已知條件，KT=0，則傳播衰耗中值為： LA=LT=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f) =117.56+33-(-11)-(-2.5) =164.06dB,86,8.2電波傳播,例2：若將例1中的地形改為郊區(qū)，正斜坡

31、地形，且m=15mrad，其他條件不變，則傳播衰耗中值為多少？ 解：查圖得Kmr=9dB，Ksp=4dB 根據(jù)地形可得KT=Kmr+Ksp，則傳播衰耗中值為： LA=LT-Kmr-Ksp =164.06-9-4 =151.06dB,87,8.2電波傳播,陸地移動(dòng)通信電波傳播特性 場(chǎng)強(qiáng)變化的原因 場(chǎng)強(qiáng)瞬時(shí)值：快衰落 多徑衰落引起 快速、大幅度的變化 統(tǒng)計(jì)特性滿足瑞利分布，又稱為瑞利衰落 場(chǎng)強(qiáng)中值：慢衰落 陰影效應(yīng)、氣象條件變化引起 變化緩慢 服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布,88,8.2電波傳播,場(chǎng)強(qiáng)中值變動(dòng)分布 場(chǎng)強(qiáng)瞬時(shí)值 在障礙物均勻的城市街道地區(qū)或森林小區(qū)間，變動(dòng)分布近似服從瑞利分布 在郊區(qū)和不規(guī)則地形上

32、，近似于對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其標(biāo)準(zhǔn)偏差=67dB 場(chǎng)強(qiáng)中值 在市區(qū)，累積分布近似服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，標(biāo)準(zhǔn)偏差取決于地形地物、工作頻率等因素 隨時(shí)間變化標(biāo)準(zhǔn)偏差t和隨位置變化標(biāo)準(zhǔn)偏差L 標(biāo)準(zhǔn)偏差,89,8.2電波傳播,隨通信概率變化的歸一化對(duì)數(shù)正態(tài)分布,90,8.2電波傳播,例：設(shè)通信概率為50%時(shí)，路徑損耗中值為140dB，要提高通信概率到90%，則路徑損耗為？ 解：查曲線得x值為1.28 標(biāo)準(zhǔn)偏差為=8.25dB 路徑損耗變化量為x=10.56dB Lm=140dB-1.28=129.44dB,91,8.3電波傳播電路的計(jì)算,計(jì)算步驟 根據(jù)業(yè)務(wù)性質(zhì)和用戶要求，初步確定服務(wù)區(qū)及無(wú)線區(qū)域組成、話音質(zhì)量、

33、可靠通信概率 預(yù)定無(wú)線設(shè)備方案并進(jìn)行電波傳播電路計(jì)算，即考慮噪聲、衰減等因素后計(jì)算區(qū)域覆蓋或天線高度 綜合考慮技術(shù)、成本、使用，對(duì)設(shè)備方案及無(wú)線區(qū)域組成進(jìn)行調(diào)整，以獲得最佳設(shè)計(jì),92,8.3電波傳播電路的計(jì)算,話音質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 主觀評(píng)定試聽(tīng)確定 分為五個(gè)等級(jí) 5級(jí)(優(yōu))：幾乎無(wú)噪聲 4級(jí)(良)：有輕微噪聲 3級(jí)(中)：有使人煩惱的噪聲 2級(jí)(差)：有非常煩人的噪聲 1級(jí)(劣)：話音幾乎不可懂 話音的可懂度隨級(jí)別的降低而降低 話音質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求移動(dòng)通信網(wǎng)音頻帶內(nèi)信噪比不小于29dB,93,8.3電波傳播電路的計(jì)算,接收機(jī)允許的最小輸入信噪比 鑒頻器解調(diào)輸出輸入信噪比,94,8.3電波傳播電路的計(jì)算,接

34、收機(jī)允許的最小輸入信噪比 無(wú)線接力傳輸 系統(tǒng)終端輸出噪聲是多次轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)所產(chǎn)生噪聲按功率疊加 接收機(jī)允許的最小輸入信噪比 (Si/Ni)FM(So/No)FM-GFM+10lg(r+1) GFM ：調(diào)頻接收機(jī)的信噪比改善度 r：最大可能轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù) 在工程上，必須將計(jì)算出的(Si/Ni)FM與門(mén)限信噪比比較 大于門(mén)限值時(shí)可用，否則，應(yīng)取門(mén)限值作接收機(jī)允許的最小輸入信噪比 普通鑒頻器，一般為9dB；如果采用鎖相環(huán)解調(diào)器，門(mén)限值將比普通鑒頻器下降35dB,95,8.3電波傳播電路的計(jì)算,接收機(jī)允許最小輸入功率中值Pmin和移動(dòng)臺(tái)、基站間電波傳播衰減中值的計(jì)算 接收機(jī)允許的最小輸入功率中值Pmin NF為

35、接收機(jī)噪聲系數(shù)；K為波爾茲曼常數(shù)；T為絕對(duì)溫度；Bi為接收機(jī)帶寬；D為惡化量；C為中值變動(dòng)量,96,8.3電波傳播電路的計(jì)算,電波傳播衰減中值LA的計(jì)算 LA=Pm+Gm+Gb-LC-Lf-Pmin Pm為移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率（dBW）；Gm為移動(dòng)臺(tái)天線增益（dB）；Gb為基站天線增益（dB）；LC為基站天線共用器總衰耗（dB）；Lf為基站、移動(dòng)臺(tái)饋線衰耗（dB）,97,8.3電波傳播電路的計(jì)算,通信概率 通信概率：移動(dòng)臺(tái)在無(wú)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 接收信號(hào)的中值電平概率密度 Pmin為接收機(jī)輸入要求的最小功率電平；aL為平均值；Pmin與aL的差值為系統(tǒng)余量SM

36、；陰影部分即為其通信概率,98,8.3電波傳播電路的計(jì)算,通信概率與 系統(tǒng)余量間的關(guān)系,99,8.3電波傳播電路的計(jì)算,可根據(jù)給定的通信概率和值確定系統(tǒng)余量；也可根據(jù)給定的系統(tǒng)余量和值獲得通信概率值 增大發(fā)射功率的方法增加無(wú)線覆蓋區(qū)邊緣的通信概率到90% 縮短通信距離為可減小路徑衰耗中值，提高系統(tǒng)的通信概率，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,100,8.3電波傳播電路的計(jì)算,例1：在準(zhǔn)平滑市區(qū)，當(dāng)無(wú)線覆蓋區(qū)域邊緣的通信概率為50%時(shí)，所需的發(fā)射機(jī)輸入功率為8.5dBW（7W）。若要求其它參數(shù)不變，以增大發(fā)射功率的方法增加無(wú)線覆蓋區(qū)邊緣的通信概率到90%，則系統(tǒng)余

37、量為多大，發(fā)射機(jī)功率應(yīng)增加到多少 ？ 解：查表8-3得，準(zhǔn)平滑市區(qū)的位置標(biāo)準(zhǔn)偏差L=6dB 查圖8-50得通信概率為90%時(shí)，系統(tǒng)余量為SM=7.5dB 由于其它參量不變，通信概率的提高只依賴于發(fā)射功率的提高 所需發(fā)射機(jī)輸出功率的增加量PT=8.5+SM=16dBW（40W） 若要求在無(wú)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L用代替。L與t可查表8-3得到,101,8.3電波傳播電路的計(jì)算,例2：在郊區(qū)，通信概率為50%時(shí)，路徑衰耗中值為140dB，若要求通信概率提高到90%，其它參數(shù)與例1相同，通信距離應(yīng)為多少 解：查表得，郊區(qū)地形的位置標(biāo)準(zhǔn)偏差為L(zhǎng)=7.5dB 查

38、圖8-50得通信概率為90%時(shí)，系統(tǒng)余量為SM=9.5dB 要求通信概率為90%時(shí)，路徑衰耗中值LA=140-9.5=130.5dB 再按OM模型計(jì)算可得通信距離d ,102,8.4覆蓋設(shè)計(jì),傳播模型的選用及修正 移動(dòng)公網(wǎng)的網(wǎng)路規(guī)劃中常用的傳播模型,103,8.4覆蓋設(shè)計(jì),修正 各地的傳播環(huán)境不同可能造成較大偏差 應(yīng)用時(shí)需選擇適合本地環(huán)境的模型，還須對(duì)其加以修正，通過(guò)對(duì)模型的修正，來(lái)提高預(yù)測(cè)的精度 修正需進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，通過(guò)測(cè)試獲得進(jìn)行模型校正的數(shù)據(jù)，然后用測(cè)試結(jié)果修正模型中相關(guān)參數(shù)，使預(yù)測(cè)結(jié)果更接近于當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,104,8.4覆蓋設(shè)計(jì),基站覆蓋預(yù)測(cè) 在規(guī)劃中根據(jù)用戶需求對(duì)基站覆蓋區(qū)域作出預(yù)測(cè)

39、 檢驗(yàn)覆蓋范圍和覆蓋區(qū)內(nèi)質(zhì)量是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo) 覆蓋區(qū)內(nèi)是否還有“盲區(qū)” 是否由于鄰小區(qū)場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高，交叉覆蓋造成“孤島” 檢查切換區(qū)是否分布在高話務(wù)密度區(qū)域 影響基站覆蓋的主要因素 使用的頻率、服務(wù)質(zhì)量要求、發(fā)射機(jī)輸出功率、接收機(jī)可用靈敏度、使用的天饋線、通信地點(diǎn)的傳播環(huán)境、選用的傳播模型等,105,8.4覆蓋設(shè)計(jì),覆蓋預(yù)測(cè)：將已選擇的基站站址和參數(shù)輸入規(guī)劃軟件，由計(jì)算機(jī)仿真來(lái)完成 網(wǎng)路建成后，要通過(guò)路測(cè)對(duì)規(guī)劃進(jìn)行檢驗(yàn)，并針對(duì)路測(cè)中發(fā)現(xiàn)的不足，通過(guò)調(diào)整該地區(qū)基站數(shù)、站址等進(jìn)行網(wǎng)路調(diào)整和優(yōu)化，以達(dá)到預(yù)期目標(biāo),106,8.4覆蓋設(shè)計(jì),天線分集接收 分集天線間的距離D：為了保證分集效果，接收天線和分集接收