電波的傳播特性演示文稿當前1頁，總共57頁。電波的傳播特性當前2頁，總共57頁。3重點OM模型及任意地形、地物情況下電波傳播衰耗中值的預測難點任意地形、地物情況下電波傳播衰耗中值的預測目的和要求了解衰落對信號傳輸?shù)挠绊懻莆兆杂煽臻g傳輸衰耗、OM模型及電波傳播衰耗中值的計算方法當前3頁，總共57頁。47.1無線電波無線電波的概念電波的傳播方式當前4頁，總共57頁。51.無線電波的概念無線電波的概念無線電波是一種能量的傳輸形式電場和磁場在空間交替變換，向前行進傳播過程中，電場和磁場在空間是相互垂直的，同時這兩者又都垂直于傳播方向當前5頁，總共57頁。6無線電波的傳播速度傳播速度和傳播媒質有關

真空中的傳播速度等于光速(Ｃ＝3×108m／s)空氣中的傳播速度略小于光速

通常認為它等于光速

無線電波的波長、頻率和傳播速度的關系：λ＝Ｖ/ｆＶ為速度(m/s)；ｆ為頻率(Hz)；λ為波長(m)不同介質中傳播速度不同、波長不同當前6頁，總共57頁。7無線電波的極化概念：無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規(guī)律而變化

電波的極化方向：無線電波的電場方向極化波必須用對應的極化特性的天線接收

否則在接收過程中會產生極化損失極化的類型線極化水平極化、垂直極化+45°傾斜極化、-45°傾斜極化橢圓極化圓極化當前7頁，總共57頁。8當前8頁，總共57頁。9雙極化天線兩個天線為一個整體，有兩個獨立的波，這兩個波的極化方向相互垂直

類型V/H（垂直/水平）極化傾斜（+45°/-45°）極化當前9頁，總共57頁。107.1.2電波的傳播方式電波的傳播方式在分析電波傳播特性時總是以自由空間的傳播環(huán)境為參考進行自由空間一種理想的、均勻的、各向同性的介質空間當電磁波在自由空間中傳播時直線傳播，不發(fā)生反射、折射、散射和吸收現(xiàn)象只存在電磁波能量擴散而引起的傳播損耗實際傳播環(huán)境中電波的傳播方式直射、反射、繞射、散射當前10頁，總共57頁。11微波傳播特性無線電波的波長不同，傳播特點也不完全相同

主要傳播特性視距傳播多徑傳播繞射能力弱電波傳播中的三種損耗路徑傳播損耗慢衰落損耗快衰落損耗當前11頁，總共57頁。12電波在建筑物內傳播的類型室內無線環(huán)境特點覆蓋范圍小傳播距離短傳播時延要小的多室內環(huán)境中用戶多處于靜止和慢速移動狀態(tài)，可忽略多普勒頻移室內環(huán)境變化更復雜，電波傳播受建筑類型、室內布局、建筑材料影響較大

即使在同一個建筑物內的不同位置，其傳播環(huán)境也不盡相同，甚至差別很大當前12頁，總共57頁。137.2電波傳播中的衰落電波傳播的衰落特性場強估算模型當前13頁，總共57頁。147.2.1電波傳播的衰落特性1.衰落的概念由于實際傳播環(huán)境中復雜的地形地物對傳播信號的阻擋，及反射、繞射和散射引起的無線信號的多徑傳播都會對電磁波的傳播產生影響，導致接收信號的隨機變化衰落的類型陰影衰落（陰影效應、氣象條件變化）

場強中值的緩慢變化（慢衰落）多徑衰落（多徑效應）

瞬時值有快速、大幅度的變化（快衰落）當前14頁，總共57頁。152.表征衰落的統(tǒng)計數(shù)字特征場場強中值E0概念：場強值超過設定場強值的概率為50%時，該設定值為場強中值若場強中值等于接收機最低門限值，則可通信率為50%。（只有50%的時間可正常通信）場強中值不能反映衰落的嚴重程度例：統(tǒng)計時間為T，超過E0的時間為t1、t2、t3則：超過E0的概率為p(t)=(t1+t2+

t3)/T×100%當p(t)=50%時，

E0為場強中值當前15頁，總共57頁。16衰落深度：衡量衰落的嚴重程度接收電平與場強中值電平之差表示以場強中值電平為參考，表明信號起伏偏離其中值電平的程度衰落深度=20Lg（Ei/Eo)若為電平值，則衰落深度=Ei-Eo當前16頁，總共57頁。17衰落速率N衡量場強變化的快慢，即頻繁程度單位時間內場強包絡與給定電平值ER相交次數(shù)的一半衰落率與工作頻率、移動臺行進速度和方向等因素有關平均衰落率：其中v（km/h）、f（MHz）系統(tǒng)設計時，音頻通帶或信令數(shù)據(jù)通帶的低端應高于衰落率當前17頁，總共57頁。18衰落持續(xù)時間場強低于某一給定電平值的持續(xù)時間表示信息傳輸?shù)氖苡绊懗潭然蛐帕钫`碼的長度當前18頁，總共57頁。197.2.2場強估算模型電波傳播受地形地物的影響即電波傳播特性與實際空間環(huán)境相關預測時在自由空間基礎上考慮具體環(huán)境影響OM模型Egli模型BM模型Cost231模型當前19頁，總共57頁。20以日本東京城市場強中值實測結果得到的經(jīng)驗曲線構成的模型。模型：城市視為準平滑地形，給出經(jīng)驗曲線其他地形地物情況則給出修正值適用范圍：頻率：100MHz～1500MHzBTS天線高度：30m～200mMS天線高度：1m～10m傳播距離：1km～20km1.OM模型(Okumura-M.Hata奧村哈達)當前20頁，總共57頁。21美國陸上移動通信、VHF、UHF信號預測方法，對丘陵地形預測較準在傳播地形起伏高度為20m的基本條件下，基本傳播衰減公式：

L(dB)=177+20lgd+20lgf-20lghThR

單位：d(英里)；f(MHz)；hT、

hR(英尺)

其他地形給出修正因子適用范圍：頻率：25MHz～470MHz傳播距離：60km以內2.Egli模型當前21頁，總共57頁。22理論模型以自由空間、平面大地和球面地形傳播理論為基礎，以諾模圖形式給出。適用范圍：頻率：30MHz～3000MHz傳播距離：1～幾百公里3.BM（Bullingron）當前22頁，總共57頁。23歐洲建議廣泛用于建筑物高度近似一致的城區(qū)和郊區(qū)環(huán)境應用分兩種情況：高基站天線----非視距NLOS低基站天線----視距LOS4.cost231模型當前23頁，總共57頁。247.3電波傳播特性預測OM模型任意地形地物信號中值的預測場強中值變動分布及預測覆蓋設計當前24頁，總共57頁。257.3.1OM模型模型：城市視為準平滑地形，給出經(jīng)驗曲線其他地形地物情況則給出修正值OM模型可在適用范圍內作電波傳播預測地形、地物的分類準平滑地形上的電波傳播特性不規(guī)則地形修正因子其他因素對電波傳播的影響當前25頁，總共57頁。261.地形、地物的分類地形的分類準平滑地形：地形剖面圖上，表面起伏高度在20m以下，且起伏緩慢不規(guī)則地形丘陵地形孤立山岳傾斜地形水陸混合地形當前26頁，總共57頁。27地物的分類根據(jù)障礙物的密集程度和屏蔽程度分類地物的類型開闊地：無較大樹木、建筑物等障礙物

準開闊地郊區(qū)：障礙物不稠密市區(qū)：障礙物稠密▲只能考慮一種地物形態(tài)，而地形可根據(jù)實際情況組合當前27頁，總共57頁。28天線有效高度基站天線有效高度hb=hta-hgahga：從基站天線架設點起3～15km距離內的平均地面海拔高度hta：基站天線架設的海拔高度MS天線有效高度hm：地面以上有效高度▲以后所有天線高度均指天線有效高度當前28頁，總共57頁。292.準平滑地形上的電波傳播自由空間的傳播損耗市區(qū)傳播衰耗中值的預算郊區(qū)、開闊地傳播衰耗中值的預算預算中的注意點當前29頁，總共57頁。30自由空間：理想的空間（真空）電波沿直線傳播，不被吸收，不會被反射、折射、繞射和散射，電磁波的能量沒有損失自由空間傳播損耗的含義：損耗

來自于球面波發(fā)散傳播中，天線

未接收到的能量即：球面波的擴散損耗自由空間傳播損耗（1）自由空間的傳播損耗Lbs僅與d、f有關當前30頁，總共57頁。31基本衰耗中值Am(f,d)基站天線有效高度增益因子Hb(hb,d)移動臺天線有效高度增益因子Hm(hm,f)準平滑市區(qū)傳播衰耗中值L市區(qū)（2）市區(qū)傳播衰耗中值的預算當前31頁，總共57頁。32基本衰耗中值

Am(f,d)hb=200m

hm=3m參數(shù)：f、d當前32頁，總共57頁。33基站天線有效

高度增益因子

Hb(hb,d)以hb=200m時

的值為基準

(0dB)當前33頁，總共57頁。34移動臺天線有效

高度增益因子

Hm(hm,f)以hm=3m時的值為

基準(0dB)當hm>5m時，還與

環(huán)境有關

（拐點）當前34頁，總共57頁。35自由空間傳播衰耗

Lbs(dB)=32.45+20lgd(km)+20lgf(MHz)準平滑市區(qū)傳播衰耗中值

L市區(qū)=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)當前35頁，總共57頁。36（3）郊區(qū)、開闊地傳播衰耗中值的預算郊區(qū)修正因子

Kmr的預測參數(shù)：f，d當前36頁，總共57頁。37開闊地修正因子QO

準開闊地修正因子Qr參數(shù)：f當前37頁，總共57頁。383.不規(guī)則地形修正因子丘陵地修正因子孤立山岳的修正因子斜坡地形的修正因子水陸混合地形修正因子當前38頁，總共57頁。39（1）丘陵地修正因子丘陵地：連綿、起伏高度有限當前39頁，總共57頁。40丘陵地修正因子Kh

、微小修正因子Khf參數(shù)：△h：自MS向發(fā)射BTS方向延伸10km范圍內，地形起伏的90%與10%處的高度差。預測點靠近山峰處與山谷處衰耗不同，考慮微小修正因子Khf(近山峰處>0；近山谷處<0)在丘陵地預測時，須同時使用Kh和Khf當前40頁，總共57頁。41(2)孤立山岳的修正因子孤立山岳：

山岳近似刃形，單獨

(背面考慮繞射衰耗)孤立山岳的

修正因子Kjs基準：山岳高度H=200m參數(shù)：山岳到發(fā)射點距離d1到接收點距離d2當H≠200m時，

修正因子為當前41頁，總共57頁。42(3)斜坡地形的修正因子斜坡地形：

5~10km內地形傾斜正斜坡：

電波傳播方向上

地形逐漸增高，

傾角為+θm(mrad)

負斜坡：

地形逐漸降低，

傾角為-θm斜坡地形的修正因子Ksp參數(shù)傾角θm收發(fā)天線間距d當前42頁，總共57頁。43水陸混合地形：

區(qū)域中既有水面，

又有陸地水陸混合地形

修正因子Ks(>0)水域信號比陸地強參數(shù)水面位置位于

BTS側/MS側水面距離與全距離比例全距離d(4)水陸混合地形修正因子當前43頁，總共57頁。44街道走向/修正因子Kaf/Kac縱向：電波傳播方向與

街道平行

Kaf>0，表示場強中值

高于基準場強中值橫向：電波傳播方向與

街道垂直

Kac<0，表示場強中值

低于基準場強中值4.其他因素對電波傳播的影響當前44頁，總共57頁。45不同的材料、結構和樓房層數(shù)，其吸收衰耗的數(shù)據(jù)都不一樣。一般的傳播模型都是以街心或空闊地面為假設條件，如果移動臺在室內使用，計算傳播衰耗和場強時，需把建筑物的穿透衰耗也計算進去樹木、植被對電波有吸收作用。在傳播路徑上，由樹木、植被引起的附加衰耗不僅取決于樹木的高度、種類、形狀、分布密度、空氣濕度及季節(jié)變化，還取決于工作頻率、天線極化、通過樹林的路徑長度等多方面的因素。當前45頁，總共57頁。467.3.2任意地形地物信號中值預測任意地形地物衰耗中值LA的預測LA=LT-KTLT=Lbs+Am-Hb-HmKT=Kmr+Qo+Qr+Kh+Khf+αKjs+Ksp+Ks+Kaf/Kac信號中值Ppe的預測任意地形地物接收功率Ppe=PP+KT準平滑市區(qū)接收功率PP=Po-Am+Hb+Hm自由空間下接收功率Po當前46頁，總共57頁。477.3.3場強中值變動分布及預測影響通信可靠性的重要因素是場強的變化特性1.場強中值變動分布場強瞬時值變動規(guī)律(隨位置)50m樣本區(qū)間——>區(qū)間內場強累積分布障礙物均勻的城市街道地區(qū)、森林：近似瑞利分布

郊區(qū)不規(guī)則地形，障礙物有空隙：近似正態(tài)分布

σ=6~7dB場強中值變動規(guī)律(隨位置)1~2km樣本區(qū)間，每20m左右一個場強中值

——>各小區(qū)間中值累積分布的50%值和變動幅度市區(qū)：近似正態(tài)分布

郊區(qū)、丘陵地：近似正態(tài)分布當前47頁，總共57頁。48實際應用中，σ不同時，常用σ隨通信概率變化的歸一化曲線計算

xσ為相對于中值的變動幅度當前48頁，總共57頁。49接收信號中值隨時間變化服從正態(tài)分布分布隨時間、位置變化的標準偏差

D為收發(fā)天線間距，Δh為地形波動高度頻率MHzσLσt準平滑地形不規(guī)則地形Δh(m)D(km)50100150175市區(qū)郊區(qū)50150300508910陸地2571503.5~5.54~791113水陸混合3791145067.5111518水面914209006.58141821當前49頁，總共57頁。50場強變動分布為中值分布

和瞬時值分布的合成市區(qū)：正態(tài)分布和

瑞利分布的合成

郊區(qū)、丘陵地：

標準偏差為σL和σt的

兩個正態(tài)分布的合成合成瞬時值變動幅度曲線

不同的頻率時，表示

相對于中值的變動當前50頁，總共57頁。512.通信概率MS在無線覆蓋區(qū)邊緣進行滿意通話的成功概率包括：位置概率和時間概率

信號中值隨位置變化遠大于隨時間的變化，因此，時間概率可忽略中值隨位置呈正態(tài)分布當前51頁，總共57頁。52通信概率與系統(tǒng)余量的關系可根據(jù)p(x)和σ確定SM

也可根據(jù)SM和σ確定p(x)當前52頁，總共57頁。53若要求在無線區(qū)覆蓋邊緣90%的位置上和90%的時間里達到規(guī)定的話音質量，則σL用σ代替，，式中σL與σt可查表得到。在系統(tǒng)其它參數(shù)不變的情況下，要提高系統(tǒng)的通信概率，只能縮短通信距離以減小路徑衰耗中值，減小的衰耗中值即為系統(tǒng)余量。系統(tǒng)以減小傳播距離為代價提高通信概率當前53頁，總共57頁。547.3.4覆蓋設計傳播模型的選用及修正不同模型適用于不同的應用環(huán)境模型的適用范圍當?shù)氐膫鞑l件常用模型的比較各種模型在預測時都會存在誤差，這是由于各地的傳播環(huán)境不同而造成。因