无线传播理论.

宇信培训中心•学习完本课程，您将能够：–掌握无线电波传播原理，为后续的链路预算等做理论准备。宇信培训中心基本原理－无线频谱不同的频段内的频率具有不同的传播特性FrequencyClassificationDesignation3-30Hz30-300HzExtremelyLowFrequencyELF300-3000HzVoiceFrequencyVF3-30KHzVery-lowFrequencyVLF30-300KHzLowFrequencyLF300-3000KHzMediumFrequencyMF3-30MHzHighFrequencyHF30-300MHzVeryHighFrequencyVHF300-3000MHzUltraHighFrequencyUHF3-30GHzSuperHighFrequencySHF30-300GHzExtremelyHighFrequencyEHF300-3000GHz宇信培训中心基本原理－电磁波的传播•无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。–如果电波的电场方向垂直于地面，为垂直极化波–如果电波的电场方向与地面平行，为水平极化波电场电场电场振子电波传输方向磁场磁场宇信培训中心基本原理－电磁波的传播•池塘中的波纹：能量从源点向四周传播，并逐渐减弱•电磁波的传播与此类似，不同之处（当辐射源是各向同性的理想点源时）：–在三维空间以球面波的形式传播–传播介质不同，空气、障碍物、反射物宇信培训中心基本原理－传播途径直射波及地面反射波（最一般的传播形式）对流层反射波（传播具有很大的随机性）山体绕射波（阴影区域信号来源）电离层反射波（超视距通讯途径）宇信培训中心基本原理－传播路径①建筑物反射波②绕射波③直达波④地面反射波宇信培训中心无线传播环境•电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接决定传播模型的选取。影响环境的主要因素：–自然地形（高山、丘陵、平原、水域）–人工建筑的数量、分布、材料特性–该区域植被特征–天气状况宇信培训中心地形分类•准平滑地形表面起伏平缓，起伏高度小于等于20米的地形•不规则地形除了准平滑地形之外的其余地形，可按状态分为：丘陵地形、孤立山岳、倾斜地形、水陆混合地形等RTTR宇信培训中心信号衰落距离(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落宇信培训中心信号分集抗快衰落措施－分集•时间分集–符号交织、检错、纠错编码、RAKE接收技术•空间分集–采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。•极化分集•频率分集–GSM体制采用跳频–CDMA体制采用扩频技术宇信培训中心电波时延扩展•起源于反射，主要指到达接收机的主信号和其他多径信号在空间传输时间差异而带来的同频干扰问题，当多径信号不能被接收机区分时就产生同信道干扰（CCI），•对于WCDMA系统，多径时延必须大于一个码片周期(0.26µs)才能被识别•多径时延典型值(µs)：开阔区0.2，郊区=0.5，市区=3解决均衡、RAKE技术频移•Doppler效应的例子：火车经过你的身边f1f2f3V(km/h)V：移动台速度：信号到达角度移动通信中的Doppler频移宇信培训中心绕射损耗•电磁波在绕射点四处扩散•绕射波覆盖除障碍物外的所有方向•扩散损耗最为严重•计算公式复杂，随不同绕射常数变化TR宇信培训中心穿透损耗（1）•室内信号取决于建筑物的穿透损耗•室内窗口处与室内中部信号差别较大•建筑物材质对穿透损耗影响较大•电磁波的入射角对穿透损耗影响较大θθε0μ0εμε0μ0dDw1w2E1E2XdBmWdBm穿透损耗=X-W=BdB电磁波穿透墙体的反射和折射宇信培训中心穿透损耗（2）•物体阻挡/穿透损耗为：–隔墙阻挡：5－20dB–楼层阻挡：＞20dB，–室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层–家具和其它障碍物的阻挡：2－15dB–厚玻璃：6－10dB–火车车厢的穿透损耗为：15－30dB–电梯的穿透损耗：30dB左右–茂密树叶损耗：10dBTR宇信培训中心常用传播模型•自由空间传播模型•Okumura(奥村)/Hata模型•COST231-Hata模型•COST231Walfish-Ikegami模型•Keenan-Motley模型•计算机辅助计算模型宇信培训中心自由空间传播模型•自由空间传播模型适用于具有各向同性传播介质（如真空）的无线环境，是理论模型。该环境在现实中并不存在，但空气介质近似于各向同性介质。Lo=91.48+20lgd,forf=900MHzLo=97.51+20lgd,forf=1800MHzLo=98.84+20lgd,forf=2100MHz模型•宏蜂窝模型•基站天线高度高于周围建筑物•1km以内预测不适用•频率超过1500MHz以上时不适用mbmbCdBdhhahfPLloglog55.69.44log82.13log16.2655.69适用范围：频率范围f:150~1500MHz基站天线高度Hb:30~200m移动台高度Hm:1~10m距离d:1~20km模型•宏蜂窝模型•基站天线高度高于周围建筑物•1km以内预测不适用•频率超过2000MHz或低于1500MHz时不适用mbmbCdBdhhahfPLloglog55.69.44log82.13log90.3330.46适用范围：频率范围f:1500~2000MHz基站天线高度Hb:30~200m移动台高度Hm:1~10m距离d:1~20km模型•市区环境，宏蜂窝或微蜂窝•郊区环境或乡村环境不适用适用范围：频率范围f:800~2000MHz基站天线高度Hbase:4~50m移动台高度Hmobile:1~3m距离d:0.02~5km建筑物高度Hroof(m)路面宽度w(m)建筑物间距b(m)相对直射波方向的街道走向α()模型在自由空间传播模型的基础上增加了墙壁和地板的穿透损耗P－墙壁损耗参考值，W－墙壁数目主要适用室内环境没有考虑到多径的影响WPdfPLlog20log205.32dB宇信培训中心计算机辅助计算模型（1）Pathloss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff)+K6lg(Heff)lg(d)+K7+KclutterPathloss：路径损耗(dB)K1：与频率相关的常数K2：距离衰减常数K3、K4：移动台天线高度修正系数K5、K6：基站天线高度修正系数K7：绕射修正系数Kclutter：地物衰减修正系数d：基站与移动台之间的距离(km)Hms、Heff：移动台天线和基站天线的有效高度(m)ASSET规划软件模型K参数参考值K1152/1800MUrbanK244.90K3-2.55K40.00K5-13.82K6-6.55K7-0.80宇信培训中心计算机辅助计算模型（2）Pathloss：路径损耗(dB)K1：偏置常数K2：距离衰减常数K3：基站天线高度修正系数K4：绕射计算的乘数（必须为正数）K5：log(HTxeff)log(d)的乘数K6：移动台天线高度修正系数Kclutter：地物衰减修正系数d：基站与移动台之间的距离(m)Hmeffs、Heff：移动台天线和基站天线的有效高度(m)U-net规划软件模型K参数参考值K1-52.92K268.6K35.83K41K5-6.55K60Pathloss=K1+K2logd+K3log(Heff)+K4Diffraction+K5log(d)log(Heff)+K6(Hmeff)+Kclutterf(clutter)宇信培训中心理论传播模型•射线跟踪模型－Volcano传播模型–利用计算机辅助计算，计算每一条从发射机经过传播路径到达接收机的信号，并加以合成–要求高精度的电子地图——一般要求精度5米以上——成本高宇信培训中心思考题•移动通信系统使用的是无线电波的哪个频段？•无线电波主要有哪几种传播方式？•无线传播环境中，信号衰落主要有哪两种形式？各自的特点及产生原因是什么？•无线传播环境中，信号传播损耗主要有哪几种形式？•常见的传播模型有哪些？各自的应用环境是什么？宇信培训中心课程小结•本章主要讲述了无线电波的相关知识，需要掌握的知识包括：–无线电波的传播途径–无线电波的损耗和色散特性，以及主要的补偿方案–常用的无线电波模型，掌握主要涉及的参数宇信培训中心年月日