11 无线传播理论 [兼容模式]

SecurityLevel:无线传播理论在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率的分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间电磁干扰，知道最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传播特性的研究、理解和据此进行的场强预测。它时进行系统工程设计和研究频谱有效利用、电磁兼容性等所必须了解和掌握的基本理论和掌握的基本理论。HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage2学习完此课程：了解电磁波的传播途径理解不同环境下的无线传播理解不同环境下的无线传播掌握无线传播模型及其用于场景了解传播模型校正了解传播模型校正HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage3第第11章章无线电波基本原理无线电波基本原理第2章无线电波传播特性第3章无线电波传播模型第4章电波传播模型校正HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage4基本原理无线频谱基本原理无线频谱基本原理－无线频谱基本原理－无线频谱330HDesignationClassificationFrequencyVFViF3003000HELFExtremelyLowFrequency30-300Hz3-30HzMFMdiF3003000KHLFLowFrequency30-300KHzVLFVery-lowFrequency3-30KHzVFVoiceFrequency300-3000HzUHFUltHihF3003000MHVHFVeryHighFrequency30-300MHzHFHighFrequency3-30MHzMFMediumFrequency300-3000KHzEHFExtremelyHighF30-300GHzSHFSuperHighFrequency3-30GHzUHFUltraHighFrequency300-3000MHz不同的频段内的频率具有不同的传播特性300-3000GHzFrequencyHUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage5不同的频段内的频率具有不同的传播特性基本原理－电磁波的传播基本原理电磁波的传播z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。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，为水平极化波振子磁场磁场电场电场电场HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage6电波传输方向基本原理－传播途径基本原理－传播途径基本原理传播途径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）（最般的传播形式）（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HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage7（阴影区域信号来源）（超视距通讯途径）基本原理－传播路径基本原理－传播路径本原传播本原传播①①建筑物反射波建筑物反射波②绕射波②绕射波③直达波③直达波④地面反射波④地面反射波HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage8④地面反射波④地面反射波第1章无线电波基本原理第第22章章无线电波传播特性无线电波传播特性第3章无线电波传播模型第4章电波传播模型校正HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage9无线传播环境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z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）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自然和人为的电磁噪声状况HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage10地形分类地形分类z准平滑地形Tz准平滑地形表面起伏平缓，起伏高度小于等于20米的地形RTz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TRRHUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage11信号衰落信号衰落信号衰落信号衰落接收功率(dBm)()-20快衰落40慢衰落-40-60距离()HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage12距离(m)102030信号分集抗快衰落措施－分集信号分集抗快衰落措施分集z时间分集符号交织检错纠错编码RAKE接收机技术符号交织、检错、纠错编码、RAKE接收机技术z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。z频率分集GSM采用跳频CDMA采用扩频技术HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage13电波时延扩展电波时延扩展z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差异而带来的同频干扰问题z发射信号来自远离接收天线的物体解决均衡、RAKE技术HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage14绕射损耗绕射损耗z电磁波在绕射点四处扩散z绕射波覆盖除障碍物外的所有方向z扩散损耗最为严重z计算公式复杂，随不同绕射常数变化化TRRHUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage15穿透损耗（）穿透损耗（1）z室内信号取决于建筑物的穿透损耗z室内窗口处与室内中部信号差别较大z室内窗口处与室内中部信号差别较大z建筑物材质对穿透损耗影响较大z电磁波的入射角对穿透损耗影响较大ε0μ0εμε0μ0Dw1w2E2z电磁波的入射角对穿透损耗影响较大θθE1XdBmWdBm穿透损耗=X-W=BdB穿透损耗=X-W=BdB电磁波穿透墙体的反射和折射HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage16穿透损耗（）穿透损耗（2）z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：2－15dBT厚玻璃：6－10dB火车车厢的穿透损耗为：15－30dBR电梯的穿透损耗：30dB左右茂密树叶损耗：10dBHUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage17第1章无线电波基本原理第2章无线电波传播特性第第33章章无线电波传播模型无线电波传播模型第4章电波传播模型校正HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage18常用传播模型常用传播模型z自由空间传播模型z自由空间传播模型zOkumura(奥村)/Hata模型zCOST231-Hata模型zCOST231-Hata模型zCOST231Walfish-Ikegami模型zKeenan-Motley模型zKeenanMotley模型z计算机辅助计算模型HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage19自由空间传播模型自由空间传播模型Lo=91.48+20lgd,forf=900MHzLo=97.98+20lgd,forf=1900MHzLo=99+20lgd,forf=2100MHzz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。HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage20k模型适用范围：Okumura-Hata模型适用范围：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:1~20kmz宏蜂窝模型z基站天线高度高于周围建筑物z1k以内预测不适用z1km以内预测不适用z频率超过1500MHz以上时不适用HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage21模型适用范围：COST231-Hata模型用范围频率范围f:1500~2000MHz基站天线高度Hb:30~200m移动台高度Hm:1~10m距离d:1~20kmz宏蜂窝模型z基站天线高度高于周围建筑物z1km以内预测不适用z频率超过2000MHz或低于1500MHz时不适用HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage22lhk模型适用范围：~COST231Walfish-Ikegami模型频率范围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)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(°)相对直射波方向的街道走向α()z市区环境，宏蜂窝或微蜂窝z郊区环境或乡村环境不适用HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage23无线传播模型ASSET规划软件模型无线传播模型Ploss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff)+K6lg(Heff)lg(d)+K7+Kclutter路径损耗K参数参考值Pathloss：路径损耗(dB)K1：与频率相关的常数K2：距离衰减常数KK移动台天线高度修正系数K1152/1800MUrbanK244.90K3255K3、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K3-2.55K40.00K5-13.82Kclutter：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)K6-6.55K7-0.80HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage24无线传播模型无线传播模型U-net规划软件模型Ploss=K1+K2logd+K3log(Heff)+K4Diffraction+K5log(d)log(Heff)+K6(Hmeff)+Kclutterf(clutter)+K(hill,los)Pathloss：路径损耗(dB)K偏置常数K参数参考值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）K参数参考值K1-52.92K268.6K4：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K35.83K41K5-655Kclutter：地物衰减修正系数K(hill,los)：山区区域的校正因子（NLos＝0）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