無線電波傳播基礎理論
單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,無線電波傳播基礎理論,華信郵電咨詢設計研究院,本課程為無線電波傳播基礎理論，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,1.3 dB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,1.7 900/1800頻段傳播特性比較,1.8 傳播模型,1.9 色散和多普勒效應,無線電波傳播基礎理論,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)絡規(guī)劃和建設的基礎,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)此進行的場強預測無線電波傳播與工作頻率有關，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，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（Giga Hertz）通常劃分成八個區(qū)域，參看下表：,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)?.3 dB,概念的介紹,1.3 dB,概念的介紹,1.4 電波傳播方式,1.4,電波傳播方式,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)是服從瑞利分布的克服快衰落的方法主要有各種形式的分集方式：時間、頻率、空間、極化,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已知頻率f還可以簡化上式：,式中2稱為路徑損耗傾斜因子在實際蜂窩環(huán)境中，隨著環(huán)境的不同的取值范圍在26之間變化1.6 傳播損耗,1.6 傳播損耗,不同環(huán)境下因子的取值范圍：,1.6 傳播損耗,1.7 900/1800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,0.97dB,GSM1800,與,GSM900,相,比較，所有以上各項給出了,13.77 dB,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,1.7 900/1800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,900,MHz,頻段的下行鏈路中進行的，,平均差值,=9.5dB,變化范圍為,=-6,22 dB(,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的,1.7 900/1800頻段傳播特性比較,路徑損耗用,5dB,糾正,BS,天線高度,30m,MS,天線高度,1.5m,標準方差,8 dB,路徑損耗斜率,3.38,GSM1800 MS,靈敏度,功率,-100 dBm,30 dBm,GSM900 MS,靈敏度,功率,-102 dBm,33 dBm,平均差值=8.77dB,由于1800M頻段的覆蓋比900M頻段要差810dB，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,1.7 900/1800頻段傳播特性比較,1.8,傳播模型,隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，對通信質量要求的提高，網(wǎng)絡規(guī)劃、覆蓋預測已不可能靠手工運算來完成。
通過計算機應用傳播模型就能夠很好的解決這一問題通過模型進行預測能夠得到誤差在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)用來做場強預測的幾種模型1.8,傳播模型,Hata-Okumura,模型,L,p,從基站到移動臺的路徑損耗(dB)f載波頻率(MHz),h,b,基站天線高度 d基站到移動臺之間的距離(m),h,m,移動臺天線高度(110m)，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,Walfisch-Ikegami,模型(WIM型),1.8,傳播模型,該經(jīng)驗模型是為了預測建筑物對傳輸損耗中值的影響而開發(fā)的它應用于建筑物高度相當一致、排列成行且相鄰建筑物之間的間隔較窄的距離在0.025km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：,L,b,=42.6+26(d)+20(f),若視距不存在，則：,L,b,=L,0,+L,rts,+L,msd,這里L,0,為自由空間路徑損耗，,L,rts,為屋頂?shù)浇值赖睦@射和散射損耗，,L,msd,為多屏繞射損耗。
自由空間路徑損耗由下式給出：,L,0,=32.4+20,(d)+20,(f),規(guī)劃軟件Planet中的通用傳播模型,P,RX,=P,TX,+K,1,+K,2,d+K,3,(H,eff,)+K,4,Diffraction+K,5,(H,eff,)d+K6(H,meff,)+K,clutter,P,RX,接收為功率（dBm）;P,TX,為發(fā)射功率（dBm）;,K,1,為偏置常量（dB）;K,2,為距離衰減常數(shù);,K,3,為基站天線高度補償修正系數(shù);K,4,為多重繞射損耗修正系數(shù);,K,5,為基站天線高度多重修正因子;K,6,為移動臺天線有效高度增益修正因子;,d為基站到移動臺之間的距離（m）;H,eff,為基站天線有效高度（m）;,K,clutter,為移動臺地貌衰減系數(shù)（dB）;H,meff,為移動臺天線有效高度;,路徑損耗可寫為,PL(dB)=P,TX,-P,RX,=-K,1,-K,2,d-K,3,(H,eff,)-K,4,Diffraction-K,5,(H,eff,)d-K,6,(H,meff,)K,clutter,注：Planet中的通用模型與Okumura-Hata模型相比，只是引進了繞射因子和地貌修正因子。
1.8,傳播模型,1.9 時間,色散和多普勒效應,時間色散主要指由于無線信道的非線性造成的信號波形失真，多徑干擾就是一種典型的時間色散的原因，若時間色散嚴重將會影響信號的譯碼因此在GSM中利用訓練序列來訓練均衡器，將色散的波形進行校正，但是均衡器的作用范圍限定在16us以內(nèi)但是在CDMA中由于使用了RAKE接收機，對于多徑干擾，不僅可以克服時間色散的影響，而且能夠將一定的多徑信號加以合并，改善接收質量多普勒效應是由于發(fā)射機和接收機之間的相對運動引起的一種現(xiàn)象這種現(xiàn)象會引起接收信號頻率的變化，即多普勒頻移或多普勒擴散GSM系統(tǒng)中的多普勒效應可以用以下的關系式表示：,(1)基站為頻率源f，基站接收到的頻率為f,f,為,f,f(1V/c),式中V為MS速度，c為真空中電波傳播速度當MS朝基站移動時取“”號否則取“”號2)MS為頻率源f，基站接收到的頻率為f,f,為,f,f(1U/c),式中U為MS速度，c為真空中電波傳播速度當MS朝基站移動時取“”號否則取“”號謝謝！,THANK YOU!,。
