無線傳播理論

學習完本課程，您將能夠：掌握無線電波傳播原理，為后續的鏈路預算等做理論準備。課程目標Page2內容介紹第一章無線電波基本原理第二章無線電波傳播特性第三章無線電波傳播模型Page3基本原理－無線頻譜不同的頻段內的頻率具有不同的傳播特性FrequencyClassificationDesignation3-30Hz

30-300HzExtremelyLowFrequencyELF300-3000HzVoiceFrequencyVF3-30KHzVery-lowFrequencyVLF30-300KHzLowFrequencyLF300-3000KHzMediumFrequencyMF3-30MHzHighFrequencyHF30-300MHzVeryHighFrequencyVHF300-3000MHzUltraHighFrequencyUHF3-30GHzSuperHighFrequencySHF30-300GHzExtremelyHighFrequencyEHF300-3000GHz

Page4電場電場電場振子電波傳輸方向磁場磁場基本原理－電磁波的傳播無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規律而變化的，這種現象稱為無線電波的極化。無線電波的電場方向稱為電波的極化方向。如果電波的電場方向垂直于地面，為垂直極化波如果電波的電場方向與地面平行，為水平極化波Page5基本原理－電磁波的傳播池塘中的波紋：能量從源點向四周傳播，并逐漸減弱電磁波的傳播與此類似，不同之處（當輻射源是各向同性的理想點源時）：在三維空間以球面波的形式傳播傳播介質不同，空氣、障礙物、反射物Page6直射波及地面反射波（最一般的傳播形式）對流層反射波（傳播具有很大的隨機性）山體繞射波（陰影區域信號來源）電離層反射波（超視距通訊途徑）基本原理－傳播途徑Page7①建筑物反射波②繞射波③直達波④地面反射波基本原理－傳播路徑Page8內容介紹第一章無線電波基本原理第二章無線電波傳播特性第三章無線電波傳播模型Page9無線傳播環境電波傳播受地形結構和人為環境的影響，無線傳播環境直接決定傳播模型的選取。影響環境的主要因素：自然地形（高山、丘陵、平原、水域）人工建筑的數量、分布、材料特性該區域植被特征天氣狀況Page10RTTR地形分類準平滑地形表面起伏平緩，起伏高度小于等于20米的地形不規則地形除了準平滑地形之外的其余地形，可按狀態分為：丘陵地形、孤立山岳、傾斜地形、水陸混合地形等Page11距離(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落信號衰落Page12快衰落的類型空間選擇性衰落在不同地點（空間）衰落特性不一樣一般是由于物體反射形成時間選擇性衰落在不同時間衰落特性不一樣主要是快速移動用戶引起的多普勒頻移造成頻率選擇性衰落在不同頻率衰落特性不一樣主要由寬帶信號的時間色散引起Page13克服快衰落的手段－分集技術空間選擇性衰落空間分集：采用主、分集天線接收。主、分集天線的接收信號不具有同時衰減的特性。基站接收機對一定時間范圍內不同時延信號的均衡能力也是一種空間分集的形式。分集天線水平距離大于12倍波長極化分集：兩接收天線極化方向正交發射分集：克服大尺度衰落（由于周圍環境地段和地物的差別而導致的陰影區引起）Page14克服快衰落的手段－分集技術時間選擇性衰落時間分集－符號交織、檢錯、糾錯編碼、RAKE接收技術頻率選擇性衰落頻率分集－GSM體制采用跳頻、CDMA體制采用擴頻Page15分集接收合并技術最大比合并在接收端由N個分集支路，經過相位調整后，按照適當的增益系數，同相相加，在送入檢測器進行監測等增益合并在接收端由N個分集支路，經過相位調整后，按照相等的增益系數，同相相加，在送入檢測器進行監測選擇性合并在N個分集支路中選擇具有最大信噪比的支路作為輸出Page16解決均衡、RAKE技術電波時延擴展起源于反射，主要指到達接收機的主信號和其他多徑信號在空間傳輸時間差異而帶來的同頻干擾問題，當多徑信號不能被接收機區分時就產生同信道干擾（CCI），對于移動通信系統，多徑時延必須大于一個碼片周期(0.26μs)才能被識別Page17Doppler效應的例子：火車經過你的身邊V：移動臺速度：信號到達角度Doppler頻移移動通信中的Doppler頻移Page18TR繞射損耗電磁波在繞射點四處擴散繞射波覆蓋除障礙物外的所有方向擴散損耗最為嚴重計算公式復雜，隨不同繞射常數變化Page19XdBmWdBm穿透損耗=X-W=BdB電磁波穿透墻體的反射和折射穿透損耗（1）室內信號取決于建筑物的穿透損耗室內窗口處與室內中部信號差別較大建筑物材質對穿透損耗影響較大電磁波的入射角對穿透損耗影響較大Page20TR穿透損耗（2）物體阻擋/穿透損耗為：隔墻阻擋：5－20dB樓層阻擋：＞20dB，室內損耗值是樓層高度的函數，-1.9dB/層家具和其它障礙物的阻擋：2－15dB厚玻璃：6－10dB火車車廂的穿透損耗為：15－30dB電梯的穿透損耗：30dB左右茂密樹葉損耗：10dBPage21內容介紹第一章無線電波基本原理第二章無線電波傳播特性第三章無線電波傳播模型Page22常用傳播模型自由空間傳播模型Okumura(奧村)/Hata模型COST231-Hata模型COST231Walfish-Ikegami模型Keenan-Motley模型計算機輔助計算模型Page23自由空間傳播模型自由空間傳播模型適用于具有各向同性傳播介質（如真空）的無線環境，是理論模型。該環境在現實中并不存在，但空氣介質近似于各向同性介質。Lo=91.48+20lgd,forf=900MHzLo=97.51+20lgd,forf=1800MHzLo=98.84+20lgd,forf=2100MHzPage24適用范圍： 頻率范圍f: 150~1500MHz 基站天線高度Hb:30~200m 移動臺高度Hm: 1~10m 距離d: 1~20kmOkumura-Hata模型宏蜂窩模型基站天線高度高于周圍建筑物1km以內預測不適用頻率超過1500MHz以上時不適用Page25適用范圍： 頻率范圍f: 1500~2000MHz 基站天線高度Hb:30~200m 移動臺高度Hm: 1~10m 距離d: 1~20kmCOST231-Hata模型宏蜂窩模型基站天線高度高于周圍建筑物1km以內預測不適用頻率超過2000MHz或低于1500MHz時不適用Page26適用范圍： 頻率范圍f: 800~2000MHz 基站天線高度Hbase: 4~50m 移動臺高度Hmobile: 1~3m 距離d: 0.02~5km

建筑物高度Hroof(m)

路面寬度w(m)

建筑物間距b(m)

相對直射波方向的街道走向α()COST231Walfish-Ikegami模型市區環境，宏蜂窩或微蜂窩郊區環境或鄉村環境不適用Page27Keenan-Motley模型在自由空間傳播模型的基礎上增加了墻壁和地板的穿透損耗

P－墻壁損耗參考值，W－墻壁數目主要適用室內環境沒有考慮到多徑的影響Page28Pathloss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff)+K6lg(Heff)lg(d)+K7+KclutterPathloss：路徑損耗(dB)K1： 與頻率相關的常數K2： 距離衰減常數K3、K4：移動臺天線高度修正系數K5、K6：基站天線高度修正系數K7： 繞射修正系數Kclutter：地物衰減修正系數d： 基站與移動臺之間的距離(km)Hms、Heff：移動臺天線和基站天線的有效高度(m)ASSET規劃軟件模型K參數參考值K1152/1800MUrbanK244.90K3-2.55K40.00K5-13.82K6-6.55K7-0.80計算機輔助計算模型Page29計算機輔助計算模型Pathloss：路徑損耗(dB)K1： 偏置常數K2： 距離衰減常數K3： 基站天線高度修正系數K4： 繞射計算的乘數（必須為正數）K5： log(HTxeff)log(d)的乘數K6： 移動臺天線高度修正系數Kclutter： 地物衰減修正系數d： 基站與移動臺之間的距離(m)Hmeffs、Heff：移動臺天線和基站天線的有效高度(m)U-net規劃軟件模型K參數參考值K1-52.92K268.6K35.83K41K5-6.55K60Pathloss=K1+K2logd+K3log(Heff)+K4Diffraction +K5log(d)log(Heff)+K6(Hmeff)+Kclutterf(clutter)Page30理論傳播模型射線跟蹤模型－Volcano傳播模型利用計算機輔助計算，計算每一條從發射機經過傳播路徑到達接收機的信號，并加以合成要求高精度的電子地圖－精度5米以上Page31小結本章主要講述了無線電波的相關知識，