1、距離粗略估算方式：自由空間傳播系指天線周圍為無限大真空時的電波傳播，它是理想傳播條件。電波在自由空間傳播時，其能量既不會被障礙物所吸收，也不會產生反射或散射。通信距離與發射功率、接收靈敏度和工作頻率有關。Lfs(dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)式中 Lfs 為傳輸損耗，d 為傳輸距離，頻率的單位以 MHz 計算。由上式可見，自由空間中電波傳播損耗（亦稱衰減）只與工作頻率 f 和傳播距離 d 有關，當 f 或 d 增大一倍時，Lfs將分別增加 6dB.下面的公式說明在自由空間下電波傳播的損耗Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz)L

2、os 是傳播損耗，單位為 dB d 是距離，單位是 Kmf 是工作頻率，單位是 MHz下面舉例說明一個工作頻率為 433.92MHz，發射功率為10dBm(10mW)，接收靈敏度為-105dBm 的系統在自由空間的傳播距離：1. 由發射功率+10dBm，接收靈敏度為-105dBm Los = 115dB2. 由 Los、f計算得出 d =30 公里這是理想狀況下的傳輸距離，實際的應用中是會低于該值，這是因為無線通信要受到各種外界因素的影響，如大氣、阻擋物、多徑等造成的損耗，將上述損耗的參考值計入上式中，即可計算出近似通信距離。假定大氣、遮擋等造成的損耗為 25dB（該值由環境變化而相應改變），

3、可以計算得出通信距離為：d =1.7 公里結論: 無線傳輸損耗每增加 6dB, 傳送距離減小一倍距離較精確計算方式：（25°，1 個大氣壓強下）無線傳輸路徑分析是無線傳輸網絡設計的重要步驟，通過對傳輸路徑的分析便于網絡設計者根據無線鏈路的裕量大小選擇合適類型的天線（方向，極化，增益等指標），安裝天線高度，選擇合適的饋纜和長度等。下面將簡單介紹一下無線傳輸路徑分析中的自由空間損耗的計算，信號接收強度的計算，鏈路系統裕量的計算幾個主要方面的內容。1.自由空間損耗的計算自由空間損耗是指電磁波在傳輸路徑中的衰落,計算公式如下：Lbf=32.5+20lgF+20lgD Lbf=自由空間損耗(d

4、B) D=距離（km）F=頻率(MHz）以上公式是在氣溫 25 度，1 個大氣壓的理想情況的計算公式。下表列出典型自由空間損耗值距離（km）路徑損耗2.4GHz（dB）1-1002-1063-1104-1125-1146-1167-1178-1189-11910-12015-12420-12625-12830-13035-13140-13245-13350-134通過查找上表和通過公式計算我們可以得到從發射站到接收站電磁波傳輸的理論衰落.2.信號接收強度的計算：信號接收強度是指接收站設備接收到的無線信號的強度。RSS=Pt +Gr+Gt-Lc-Lbf RSS=接收信號強度 Pt=發射功率Gr，

5、=接收天線增益 Gt=發射天線增益 Lc=電纜和纜頭的衰耗 Lbf=自由空間損耗舉例說明，如果發射站與接收站兩站點相距 25Km，設備發射功率 20dBm，發射天線增益為 17dBi，接收天線增益為 24dBi，電纜和纜頭損耗 3dBi。則接收信號強度 RSS=20+17+24-3-128=-70dB3.鏈路系統裕量 SFM(Syetem Fade Margin)的計算鏈路系統裕量是指接收站設備實際接收到的無線信號與接收站設備允許的最低接收閾值（設備接收靈敏度）相比多的富裕 dB 數值。SFM= RSS-RsRSS=接收信號強度Rs=設備接收靈敏度（dB）在上面的例子中，如果設備接收靈敏度為-

6、81dBi，則鏈路系統裕量為：SFM=RSS-Rs=-70-（-）81=11dB上面的例子就是說，使用這種發射功率為 20dBm，接收靈敏度為-81dBi 的2400MHz 的無線網橋，在加裝了 17dBi 增益的發射天線和 24dBi 增益的接收天線，電纜和纜頭損耗只有 3dBi 損耗，在傳輸了 25KM 后還有 11 dB 的鏈路系統裕量。系統裕量是衡量無線鏈路可用性和穩定性的重要指標。因為無線信道是一個參變信道，干擾和噪音信號隨時會影響有用信號，有時干擾和噪音信號的強度瞬間可達成 2030dB，所以在建設無線鏈路時，必須保留一定的系統裕量。雖然系統裕量大于 5dB 系統可以工作，但通常建

7、議系統裕量大于 15-20dB。COST 231 模型1.視距情況的基本傳輸損耗：視距條件下，可以采用以下公式計算傳播電路的基本傳輸損耗：Lbf=42.6+20lgF+26lgD式中，D 為電路長度，單位為 km,f 為頻率，單位為 MHz。由此式可以看出，在城市環境條件下，視距傳播并不是自由空間傳播，但是，數值計算結果表明，當電路距離很短時，該式計算的結果很接近于自由空間傳播損耗。2.非視距情況的基本損耗：非視距傳播模型，圖中 hr 為房屋建筑的高度，以 m 計，當房屋的高度參差不齊時，應以最高障礙的高度為準，hb 為基站的天線高度，以 m 計，hm 為移動臺的天線高度，以 m 計，hb 為

8、基站天線高度與房屋高度之差，以 m 計； hm 為房屋高度與移動臺天線高度之差，以 m 計；b 為街道兩邊房屋間的間距，以 m 計；w 為移動臺所在街道的寬度，以 m 計；l 為作為障礙的房屋的總體寬度，以 m 計；¢為傳播電路相對于移動臺所在的街道的方位角，以度為單位。當缺乏現場數據時，可以使用以下默認值用于計算基本傳播損耗： hr=3*n(樓層數)+樓頂高度（m）w =b/2(m) b=2050m¢=90°本模型的適用條件(1) 頻率 f : 800 1800MHz(2) 距離 d : 0.1 5km(3) 基站天線高度 hb: 4 50m(4) 移動臺天線高

9、度 hm: 1 3m(5) 地形:準平坦地形在非視距傳播的情況下,傳播路徑的基本損耗 Lb 可以表示為 3 項之和,即:Lb = Lf+ Lmsd+ Lrts (dB)式中,第一項被稱為自由空間損耗:Lf = 32.4 + 20 lg d + 20 lg fd 為電路長度, 單位為 km ; f 為頻率, 單位為 MHz。第二項為連排房屋建筑引起的多重障礙屏繞射損耗:LmsdLbsh + ka + kd= 0, Lmsd < 0lg d + k flg f-9 lg b ( dB )Lbsh-18 lg(1+ Dhb ),Dhb > 0= 0,Dhb £ 0= k54,d

10、B ,Dhb >0a54-0.8 Dhb ,dB ,Dhb £0 ,d ³0.5 km54-0.8 Dhbd / 0.5 ,dB ,Dhb £0 ,d <0.5 kmk= 18,dB,Dhb >0d18-15Dhb / hroof ,dB,Dhb £0= k-4+0.7( f / 925-1),中等城市中心,中等樹木密度的郊區中心f-4+1.5( f / 925-1),大城市中心= 第三項代表從屋頂到街道的繞射損耗:Lrts-16.9-10lg w+10lg f +20lg Dhm +Lori ,dB,Dhm >0 0,Lrts

11、<0Lori 為街道取向因子:Loriì -10+0.354j ( dB ),0o £j <35o ü= í 2.5+0.075 (j -35 )( dB ),35o £j <55oýî 4.0-0.114 (j -55 )( dB ),55o £j £90oþ各項參數的影響為了對城市環境條件下,點對面的電波傳播情況以及各項因素對場強的影響有一個定量的認識,在本小節給出 COST 231 模型數值計算的結果.各表中的所列的”差值”,是指緊挨的前后兩行相關數據的差值,該差值的大小

12、反映了相關參數的變化引起的損耗變化的大小,即變化的斜率或梯度.作為工程設計的人員,數量的概念是非常重要的.我們在這里給出的每個傳播模型都是可以定量的計算的.(1)房屋間隔的影響房屋間隔對場強的影響見表 14.1表 14.1-9lgbb(m)-9lgb(dB)差值(dB)20-11.730-13.31.640-14.41.150-15.30.9(2)街道寬度的影響街道寬度對場強的影響見表 14.2表 14.2-10lgw(默認值 w=b/2)w(m)-10lgw(dB)差值(dB)10-10.015-11.81.820-13.01.225-14.01.0(3)屋頂與移動臺天線高差的影響屋頂與移動

13、臺天線之間高差的影響見表 14.3表14.320lgDhm(Dhm =hroof -hm)D hm20 lg Dhm (dB)差值(dB)6035.65034.01.64032.02.03029.52.52026.03.51020.06.0(4)街道走向的影響街道走向的影響見表 14.4。從表 14.4 中可以看出,街道走向因子是以傳播方向與街道走線垂直(即j = 90o )的情況為參考的.圖 14.3 所示為街道走向因子與方位角的關系曲線.表 14.4Lorij oLori (dB)差值(dB)0-10.010-6.43.620-2.93.5300.63.5352.5402.92.3453.

14、3503.60.7554.0603.4-0.2702.3-1.1801.2-1.1900.0-1.2圖14.3 街道走向的影響64200102030405060708090100-2-4-6-8-10(5)基站天線與屋頂高差的影響(當Dhb³ 0 時)基站天線與屋頂之間高差的影響見表 14.5表 14.5Lbsh= -18 lg(1+ Dhb )(Dhb= hb- hroof )Dhb (m)Lbsh (dB)差值(dB)£ 001-5.45.42-8.63.23-10.82.24-12.61.85-14.01.410-18.84.815-21.72.920-23.82.1

15、(6)基站天線與屋頂高差的影響(當 D hb基站天線與屋頂高差的影響見表 14.6£ 0 時)表 14.6kaDhb (m)ka (dB)差值(dB)³ 054.0-154.80.8-255.60.8-356.40.8-457.20.8-558.00.8-1062.04.0-1566.04.0(7)頻率的影響在基本傳輸損耗 Lb 中,包含頻率的項為:L( f ) = 20 lg f+ k flg f+10 lg f= (30 + k f ) lg f式中, 20 lg f 是自由空間的頻率關系項; k f是城市環境中的頻率修正項.從表 14.7 可以看出,對于 900MHz

16、 頻段,頻率項的系數 (30 + k f ) 大約為 26;對于 1800MHz 頻段,頻率項的系數 (30 + k f ) 大約為 27。表 14.7頻率影響 L( f )f(MHz)城市k fL( f )(dB)差值(dB)900中等城市-4.0176.8900大城市-4.0476.71800中等城市-3.3486.810.01800大城市-2.5889.312.6注:差值=L(1800)-L(900),對同等城市.(8)距離的影響在基本傳輸損耗中,當DhbL(d ) = 20 lg d + kd³ 0 ,即天線高度大于屋頂高度時,有lg d ,對于一般情況L(d ) = 38

17、lg d,對于 kd =18由此可以看出,距離項的系數是 38,也就是說,通常所說的傳播指數為 3.8，或者說,基本傳輸損耗與距離的 3.8 次方成正比.當D hb£ 0 ,即基站天線高度低于屋頂高度時,距離衰減項可以表示為:b(38-15Dhb ) lg d -0.8Dh d / 0.5(dB )L(d ) = hroofd < 0.5km(38-15Dhb ) lg d -0.8Dh(dB )hroofbd ³0.5km注意到,上式中的 Dhb 為負值.由此可以看出,在這種情況下,傳播指數要大hroof= 25mh于 3.8。設定:b= 20m, 25m, 30m

18、, 35m算出距離對損耗的影響見表 14.8 將這些數據描在坐標上,他們的關系曲線如圖 14.4 所示.表 14.8距離對損耗的影響 L(d )d (km)L(d )(dB)Dhb = -5m0m5m10m0.1-40.20-38.00同左同左0.2-27.60-26.56”0.3-19.04-19.87”0.4-13.12-15.12”0.5-8.34-11.44”0.6-5.10-8.43”0.7-2.35-5.89”0.80.03-3.68”0.92.12-1.74”1.04.000.00”2.016.3411.44”3.023.5618.13”4.028.6822.88”5.032.6

19、626.56”6.032.9029.57”COST 231 模型中損耗與距離的關系40302010001234567-10-20-30-40-5014.3.6 試算數據與結果設定以下參數:b = 35m, w = 17.5m,j = 90o , d= 1km;f = 900MHz, Pt= 10dBw, Gt= 12dBd , Li= 0dB, Ll= 3dB;L = 90,T = 99;hb = 20, 25, 30, 35m, hm= 1.5m, hroof= 25m式中,耗; LlPt 為基站發射功率; Gt 為基站發射天線增益; Li 為發射端的插入損為發射端的饋線損耗.根據這些設定值,COST 231 模型試算結果見表14.9。由此可知,當天線高度達到 35m 時,接收點的場強就達到 GSM 移動通信系統所要求的門限值為32dBmV可以和自由空間損耗相比擬./ m .由該表還可以看出,繞射損耗項大到幾乎表 14.9COST 231 模型試算結果hb (m)20253035hm (m)1.5hroo