天波传播天波传播

模块四移动通信工程技术宋燕辉2016.32模块四移动通信工程技术4.2电波传播技术3一、无线电波传播概述二、传播模型与应用（一）无线电波的方式无线电波通过多种传输方式从发射天线到接收天线。主要有自由空间波，对流层反射波，电离层波和地波。1、表面波传播表面波传播，就是电波沿着地球表面到达接收点的传播方式，如图9-3-1中1所示。电波在地球表面上传播，以绕射方式可以到达视线范围以外。地面对表面波有吸收作用，吸收的强弱与带电波的频率，地面的性质等因素有关。（一）无线电波的方式2、天波传播天波传播，就是自发射天线发出的电磁波，在高空被电离层反射回来到达接收点的传播方式。如图9-3-1中2所示。电离层对电磁波除了具有反射作用以外，还有吸收能量与引起信号畸变等作用。其作用强弱与电磁波的频率和电离层的变化有关。（一）无线电波的方式3、直射传播直射传播，就是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波，如图9-3-1中3所示。在传播过程中，它的强度衰减较慢，信号最强。（一）无线电波的方式4、散射传播散射传播，就是利用大气层对流层和电离层的不均匀性来散射电波，使电波到达视线以外的地方。如图9-3-1中4所示。对流层在地球上方约10英里处，是异类介质，反射指数随着高度的增加而减小。（一）无线电波的方式5、外层空间传播外层空间传播，就是无线电在对流层，电离层以外的外层空间中的传播方式。如图9-3-1中的5所示。这种传播方式主要用于卫星或以星际为对象的通信中，以及用于空间飞行器的搜索，定位，更踪等。自由空间波又称为直达波，沿直线传播，用于卫星和外部空间的通信，以及陆地上的视距传播。视线距离通常为50km左右。（一）无线电波的方式1、传播环境复杂2、信号衰落严重3、传播环境不断变化4、环境被电磁噪声污染（二）无线电波传播的特点1、传播距离的影响2、地形地物的影响地形主要包括开阔地、平地、丘陵、山区和水面等，地物包括市区、郊区、乡镇、农村、交通干道等。3、建筑物和植被的影响建筑物的材料类型、建筑物的密度，以及地面的植被（森林、草原、农作物等）都会给电磁波的传播带来影响。（三）无线电波传播的影响因素12一、无线电波传播概述二、传播模型与应用（一）传播模型的含义传播模型是用来模拟电信号在无线环境中传播时的衰减情况的经验公式，估算出尽可能接近实际的接收点的信号场强中值，从而指导网络的规划工作。（二）传播模型的种类经过移动通信行业几十年的共同努力，目前形成了几种较为通用的电波传播路径损耗模型，每种模型的适用场合如表9-3-1所示。二、传播模型与应用表9-3-1几中常用的传播模型1、Okumura-Hata模型Okumura-Hata模型是依据在日本东京地区城市实际的平均测量数据进行统计分析得出的中值路径损耗预测模型，由Hata整理为计算公式。该模型适用范围为：•适用频段：150~1000MHz•基站天线高度：30~200m•移动台天线高度：1~10m•覆盖距离：1~20km（三）传播模型的应用Okumura-Hata可以用式（9-3-1）表示：Lp=69.55+26.16lgf–13.82lghb+(44.9–6.551ghb)lgd–Ahm（9-3-1）其中，Ahm=(1.1lgf–0.7)hm–(1.56lgf–0.8)Lp——从基站到移动台的路径损耗，单位dBf——载波频率，单位MHzhb——基站天线高度，单位mhm——移动台天线高度，单位md——基站到移动台之间的距离，单位km1、Okumura-Hata模型Cost231-Hata模型是Hata模型在1500~2000MHz频段的扩展模型,该模型适用范围为：•适用频段：1500~2000MHz•基站天线高度：30~200m•移动台天线高度：1~10m•覆盖距离：1~20km2、Cost231-Hata模型Cost231-Hata可以用式（9-3-2）、（9-3-3）和（9-3-4）表示：城市区域：Lp=46.3+33.9lgf-13.82lghb+(44.9–6.551ghb)lgd-Ahm+Cm（9-3-2）其中，Ahm=(1.1lgf–0.7)hm–(1.56lgf–0.8)中等城市和郊区中心区，Cm=0dB；大城市，Cm=3dB。农村准开阔地：Lrqo=Lp–4.78(lgf)2+18.33lgf–35.94（9-3-3）农村开阔地：Lro=Lp–4.78(lgf)2+18.33lgf–40.94（9-3-4）2、Cost231-Hata模型Cost231-WI模型广泛适用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境，该模型的适用范围为：•适用频段：800~2000MHz•基站天线高度：4~50m•移动台天线高度：1~3m•覆盖距离：0.02~5kmCost231-WI模型分视距传播（LOS）和非视距传播（NLOS）两种情况近似计算路径损耗。3、Cost231Walfish-Ikegarmi模型对于LOS情况，该传播模型如式（9-3-5）：Lp=42.6+26lgd+20lgf(d≥0.020km)（9-3-5）对于NLOS情况，该传播模型如式（9-3-6）：Lp=L0+L1+L2（9-3-6）其中，L0——自由空间衰落L1——由沿屋顶下沿最近的衍射引起的衰落L2——沿屋顶的多重衍射（除了最近的衍射）3、Cost231Walfish-Ikegarmi模型室内传播环境与室外宏蜂窝、微蜂窝有很大区别，如天线高度，覆盖距离等,因此Okumura-Hata模型、Cost-231模型都不能应用于室内环境。典型的室内传播模型是Keenan-Motley模型,该模型如式（9-3-7）所示:Lindoor=L1+20lgd+k×F(k)+p×W(k)（9-3-7）其中，L1——1m处的路径损耗，单位dBk——直射波穿透的楼层数F(k)——楼层衰减因子，单位dBp——直射波穿透的墙壁数W——墙壁衰减因子，单位dB4、Keenan-Motley模型在Keenan-Motley模型中，楼层衰减因子F:电磁波穿透的第一层为10dB;以后的楼层为20dB。墙壁衰减因子W:对木版墙为4dB;对有非金属窗的水泥墙为7dB;对无窗的水泥墙为10~20dB。4、Keenan-Motley模型目前在工程设计中，为了提高网路规划预测精度和效率，场强覆盖预测已很少进行人工计算，而采用规划软件由计算机辅助完成，规划软件将常用的各种实用传播模型输入计算机，当然也可以根据实测数据建立更符合当地实际情况的新模型，配合数字化地图，就可以对各种不同的传播环境进行场强预测。二、传播模型与应用