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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,無線電波傳播基礎(chǔ)理論,華信郵電咨詢設(shè)計(jì)研究院,本課程為無線電波傳播基礎(chǔ)理論，內(nèi)容安排如下：,1.1,研究電波傳播特性的必要性,1.2 頻段劃分,1.3 dB概念的介紹,1.4 電波傳播方式,1.5 快衰落與慢衰落,1.6 傳播損耗,1.7 900/1800頻段傳播特性比較,1.8 傳播模型,1.9 色散和多普勒效應(yīng),無線電波傳播基礎(chǔ)理論,1.1,研究電波傳播特性的必要性,無線電波傳播特性的研究和了解是移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)的基礎(chǔ),從頻段的確定、頻率分配、無線電波的覆蓋范圍、計(jì)算通信概率及系統(tǒng)間的電磁干擾，直

2、到最終確定無線設(shè)備的參數(shù)，都必須依靠對電波傳播特性的研究、了解和據(jù)此進(jìn)行的場強(qiáng)預(yù)測。,無線電波傳播與工作頻率有關(guān)，如450MHz、900MHz,和1800MHz的電波傳播特性差別很大；,無線電波傳播特性與各區(qū)域的電波傳播環(huán)境有關(guān)，確定某一特定地區(qū)的傳播環(huán)境的主要因素有：自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）人工建筑的數(shù)量、高度、分布和材料特性 該地區(qū)的植被特征 天氣狀況 自然和人為的電磁噪聲狀況,另外，無線電波傳播還受到移動臺運(yùn)動因素的影響。靜止的移動臺與高速運(yùn)動的移動臺的傳播特性也大不相同。,電波傳播具有可逆性，即電波從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)所經(jīng)歷的損耗和衰減同電波從B點(diǎn)傳播到A點(diǎn)所經(jīng)歷的是一樣的。,

3、1.2,頻段劃分,通常無線電波所指的是從極低頻10KHz到極超高頻的頂點(diǎn)300GHz（Giga Hertz）。通常劃分成八個(gè)區(qū)域，參看下表：,1.2,頻段劃分,移動通信中頻段的劃分為：,由上表可以看出移動通信頻段位于UHF頻段范圍內(nèi)，是以空間波的方式進(jìn)行傳輸?shù)摹?1.3 dB,概念的介紹,1.3 dB,概念的介紹,1.4 電波傳播方式,1.4,電波傳播方式,1.5,快衰落與慢衰落,快衰落：大量傳播路徑的存在就產(chǎn)生了所謂的多徑現(xiàn)象，其合成波的幅度和相位隨移動臺的運(yùn)動產(chǎn)生很大的起伏變化，這就是所謂的快衰落或多徑衰落，也稱為瑞利衰落。其電場強(qiáng)度概率函數(shù)是服從瑞利分布的。,克服快衰落的方法主要有各種形

4、式的分集方式：時(shí)間、頻率、空間、極化,1.5,快衰落與慢衰落,慢衰落：移動臺接收的信號除瞬時(shí)出現(xiàn)快速瑞利衰落外，其場強(qiáng)中值隨著地區(qū)位置改變出現(xiàn)較慢的變化，這就是所謂的慢衰落或陰影衰落，其接收電場強(qiáng)度概率函數(shù)是服從高斯分布的。電波傳播路徑上遇有高大建筑物、樹林、地形起伏等障礙物的阻擋，就會產(chǎn)生電磁場的陰影。,克服慢衰落的主要方法是加大發(fā)射功率，提高接受靈敏度，宏觀分集等。,1.5,快衰落與慢衰落,總的來說，在蜂窩環(huán)境中有兩種影響：第一種是多徑，從建筑物表面或其他物體反射、散射而產(chǎn)生的短期衰落；第二種是直接可見路徑產(chǎn)生的主要信號強(qiáng)度的緩慢變化，即長期場強(qiáng)變化。也就是說，信道工作于符合瑞利分布的快衰

5、落并疊加有信號幅度滿足對數(shù)正態(tài)分布的慢衰落。,1.6 傳播損耗,在研究傳播時(shí)，特定接收機(jī)功率接收的信號電平是一個(gè)主要特性。由于傳播路徑和地形干擾，傳播信號減小，這種信號減小稱為傳播損耗。自由空間的傳播損耗可以由下式表示：,其中f為頻率(MHz)，d為距離(km)。上式與距離d成反比，當(dāng)距離增加一倍時(shí)，自由空間的路徑損耗增加6dB。同時(shí)，減小波長提高頻率也會使路徑損耗增大。當(dāng)已知頻率f還可以簡化上式：,式中2。稱為路徑損耗傾斜因子。在實(shí)際蜂窩環(huán)境中，隨著環(huán)境的不同的取值范圍在26之間變化。,1.6 傳播損耗,1.6 傳播損耗,不同環(huán)境下因子的取值范圍：,1.6 傳播損耗,1.7 900/1800

6、頻段傳播特性比較,總體而言,GSM1800MHz,頻段的覆蓋比,GSM900M,頻段要差一些：,Okumura,Hata,公式中,GSM1800M,頻段的路徑損耗比,GSM900M,頻段大,9.79dB,功率預(yù)算中,GSM1800M,頻段,MS,發(fā)射功率比,GSM900M,頻段小,3dB,(,各自分別為,30dBm,和,33dBm,）,50m,長,7/8”,電纜損耗差值為,0.97dB,GSM1800,與,GSM900,相,比較，所有以上各項(xiàng)給出了,13.77 dB,差值,但實(shí)際的場強(qiáng)測量和,1800M,頻段的模型校正發(fā)現(xiàn)平均差值并沒有這么大,通常,Okumura,Hata,模型,1800M,

7、頻段的修正因子比,900M,頻段小,3,6dB,。,這說明平均損耗差值在,8,10dB,之間，且依賴于具體電波傳播環(huán)境和基站天線高度,1.7 900/1800頻段傳播特性比較,以下測試是在市區(qū)環(huán)境中同一站址，分別在,1800MHz,和,900,MHz,頻段的下行鏈路中進(jìn)行的，,平均差值,=9.5dB,變化范圍為,=-6,22 dB(,損耗包括了,ERP,和電纜損耗的不同,),圖中部分變化較大的值是由于天線波瓣圖的差異造成的,室內(nèi)穿透損耗,1800M,比,900M,平均要大,3,5dB,，,但對部分建筑物可能是負(fù)的,1.7 900/1800頻段傳播特性比較,路徑損耗用,5dB,糾正,BS,天線高

8、度,30m,MS,天線高度,1.5m,標(biāo)準(zhǔn)方差,8 dB,路徑損耗斜率,3.38,GSM1800 MS,靈敏度,功率,-100 dBm,30 dBm,GSM900 MS,靈敏度,功率,-102 dBm,33 dBm,平均差值=8.77dB,由于1800M頻段的覆蓋比900M頻段要差810dB，因此，可以通過共站址的方法實(shí)現(xiàn)有效的室外覆蓋。,同時(shí)也要求GSM900實(shí)現(xiàn)良好的室內(nèi)覆蓋,1.7 900/1800頻段傳播特性比較,1.8,傳播模型,隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，對通信質(zhì)量要求的提高，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、覆蓋預(yù)測已不可能靠手工運(yùn)算來完成。通過計(jì)算機(jī)應(yīng)用傳播模型就能夠很好的解決這一問題。通過模型進(jìn)行預(yù)測能夠得

9、到誤差在10dB以內(nèi)的路徑損耗的本地均值,移動通信中用到的傳播模型有很多,常見的有：,Hata-Okumura,模型,Walfisch-Ikegami,模型,Planet通用模型,不同的模型有不同的特點(diǎn)，有各自的適用范圍。下面將介紹幾種國內(nèi)用來做場強(qiáng)預(yù)測的幾種模型。,1.8,傳播模型,Hata-Okumura,模型,L,p,從基站到移動臺的路徑損耗(dB)f載波頻率(MHz),h,b,基站天線高度 d基站到移動臺之間的距離(m),h,m,移動臺天線高度(110m)，一般取1.5m，單位為m,移動臺高度修正，在中等城市取,在大城市取值,Walfisch-Ikegami,模型(WIM型),1.8,

10、傳播模型,該經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪菫榱祟A(yù)測建筑物對傳輸損耗中值的影響而開發(fā)的。它應(yīng)用于建筑物高度相當(dāng)一致、排列成行且相鄰建筑物之間的間隔較窄的距離在0.025km的市區(qū)和郊區(qū)環(huán)境。,若基站和手機(jī)天線之間存在視距傳播，則：,L,b,=42.6+26(d)+20(f),若視距不存在，則：,L,b,=L,0,+L,rts,+L,msd,這里L(fēng),0,為自由空間路徑損耗，,L,rts,為屋頂?shù)浇值赖睦@射和散射損耗，,L,msd,為多屏繞射損耗。,自由空間路徑損耗由下式給出：,L,0,=32.4+20,(d)+20,(f),規(guī)劃軟件Planet中的通用傳播模型,P,RX,=P,TX,+K,1,+K,2,d+K,3,(

11、H,eff,)+K,4,Diffraction+K,5,(H,eff,)d+K6(H,meff,)+K,clutter,P,RX,接收為功率（dBm）;P,TX,為發(fā)射功率（dBm）;,K,1,為偏置常量（dB）;K,2,為距離衰減常數(shù);,K,3,為基站天線高度補(bǔ)償修正系數(shù);K,4,為多重繞射損耗修正系數(shù);,K,5,為基站天線高度多重修正因子;K,6,為移動臺天線有效高度增益修正因子;,d為基站到移動臺之間的距離（m）;H,eff,為基站天線有效高度（m）;,K,clutter,為移動臺地貌衰減系數(shù)（dB）;H,meff,為移動臺天線有效高度;,路徑損耗可寫為,PL(dB)=P,TX,-P,R

12、X,=-K,1,-K,2,d-K,3,(H,eff,)-K,4,Diffraction-K,5,(H,eff,)d-K,6,(H,meff,)K,clutter,注：Planet中的通用模型與Okumura-Hata模型相比，只是引進(jìn)了繞射因子和地貌修正因子。,1.8,傳播模型,1.9 時(shí)間,色散和多普勒效應(yīng),時(shí)間色散主要指由于無線信道的非線性造成的信號波形失真，多徑干擾就是一種典型的時(shí)間色散的原因，若時(shí)間色散嚴(yán)重將會影響信號的譯碼。因此在GSM中利用訓(xùn)練序列來訓(xùn)練均衡器，將色散的波形進(jìn)行校正，但是均衡器的作用范圍限定在16us以內(nèi)。但是在CDMA中由于使用了RAKE接收機(jī)，對于多徑干擾，不僅可以克服時(shí)間色散的影響，而且能夠?qū)⒁欢ǖ亩鄰叫盘柤右院喜ⅲ纳平邮召|(zhì)量。,多普勒效應(yīng)是由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的相對運(yùn)動引起的一種現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會引起接收信號頻率的變化，即多普勒頻移或多普勒擴(kuò)散。,GSM系統(tǒng)中的多普勒效應(yīng)可以用以下的關(guān)系式表示：,(1)基站為頻率源f，基站接收到的頻率為f,f,為,f,f(1V/c),式中V為MS速度，c為真空中電波傳播速度。當(dāng)MS朝基站移動時(shí)取“”號否則取“”號。,(2)MS為頻率源f，基站接收到的頻率為f,f,為,f,f(1U/c),式中U為MS速度，c為真空中電波傳播速度。當(dāng)MS朝基站移動時(shí)取“”號否則取“”號。,謝謝！,THANK YOU!,