无线传播理论知识课件.ppt

无线传播理论知识,课程目标,学习完此课程，你将会：了解电磁波的传播途径理解不同环境下的无线传播掌握无线传播模型及其应用场景了解传播模型校正,目录,无线电波基本原理无线电波传播环境无线电波传播模型电波传播模型校正,目录,无线电波基本原理无线电波传播环境无线电波传播模型电波传播模型校正,前言,在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直到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、了解和据此进行的场强预测。它是进行系统工程设计与研究频谱有效利用、电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论。,无线频谱,不同的频段内的频率具有不同的传播特性,GSM频段,GSM900,GSM1800,915,935,960,890,双工间隔：45MHz,1710,1785,1805,1880,双工间隔：95MHz,下行,下行,上行,上行,GSM技术特征,GSM900和GSM1800特征GSM900GSM1800-频段890-960MHz1710-1880MHz频道数124372频道间隔200kHz200kHz复用方式TDMATDMA手机功率0.8/2/5W0.25/1W,电磁波的产生,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。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,电场,电场,电场,振子,磁场,磁场,电磁波的传播,池塘中的波纹：能量从源点向四周传播，并逐渐减弱电磁波的传播与此类似，不同之处（当辐射源是各向同性的理想点源时）：在三维空间以球面波的形式传播传播介质不同，空气、障碍物、反射物,电磁波的传播,在自由空间中，由点源发射的正弦波向各个方向辐射球面波，此时该点源称为各向同性辐射源假设点源发射功率为Prad(W)，在距离d(m)处的单位面积功率（即Poynting矢量）为：,对于实际天线，若辐射功率为Pt(W)，天线增益为Gt(dBi)，则Poynting矢量为：,电磁波的传播,若接收天线有效接收面积为Ae(m2)，增益为Gr(dBi)，则两者关系：,因此在距离d处接收到的功率为：,无线网络规划、设计的理论基础是传播损耗，自由空间传播损耗为：,其它传播模型都是以自由空间传播模型为理论基础发展起来的,电磁波传播途径（模式）,陆地移动通信的电波传播机制,反射,衍射,多重衍射,散射,吸收,LOS和NLOS,无线通信传播方式,建筑物反射波绕射波直达波地面反射波,无线通信传播方式,无线传播环境十分复杂，传播方式多种多样，几乎包括了电波传播的所有过程，如：直射、绕射、反射、散射。直射直射是无线电波在自由空间传播的方式。自由空间是指相对于介电参数和相对导磁率均为1的均匀介质所存在的空间，它是一个理想的无限大的空间，是为了减化问题的研究而提出的一种科学的抽象。在自由空间的传播衰落不考虑其它衰落因素，仅考虑由能量的扩散而引起的损耗。反射当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生反射。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。绕射当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻挡时，发生绕射。散射当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时，发生散射。散射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体，如：树叶、灯柱等。无线电移动通信环境中，载波波长远小于周围建筑物的尺寸，故电波以视距内直射波、反射波和散射为主要传播方式，大部分情况是MS附近散射体产生的多个反射波，即多径传播模式。,目录,无线电波基本原理无线电波传播环境无线电波传播模型电波传播模型校正,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的选取。影响环境的主要因素：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,地形结构开阔区平滑地形丘陵地形山区,人为环境乡村地区准郊区郊区市区,信号衰落,慢衰落由障碍物阻挡造成阴影效应，接收信号强度下降，但该场强中值随地理改变变化缓慢，故称慢衰落。又称为阴影衰落。快衰落合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大，称为快衰落。深衰落点在空间上的分布是近似的相隔半个波长。又称为瑞利衰落。,传播环境分类,参照ITU-RP.1411-1，结合中国国情，分类如下,传播环境密集城区,传播环境普通城区,传播环境郊区,传播环境农村,传播环境分类,对应的小区类型,信号衰落,路径衰落慢衰落场强中值服从对数正态分布与位置/地点相关，衰落的速度取决于移动台的速度快衰落场强服从瑞利分布振幅、相位、角度随机,信号衰落,抗快衰落措施分集时间分集符号交织、检错、纠错编码、RAKE接收机技术空间分集采用主、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。频率分集GSM采用跳频CDMA采用扩频技术,电波时延扩展（时间色散）,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；发射信号来自远离接收天线的物体。,2019/12/15,31,可编辑,传播损耗自由空间传播损耗,Ploss=32.44+20lgfMHz+20lgdkm设f=900MHz，该传播损耗可描述为：Ploss=91.52+20lgd=L0+10lgdL0=91.52=2路径损耗斜率在实际通信环境中，一般在3至5之间,传播损耗平坦地形传播损耗,Ploss=10lgd-20lghb-20lghm=4路径损耗斜率hb：基站天线高度hm：移动台高度基站天线高度增加一倍，可补偿6dB的路径损耗,传播损耗准平滑地形传播损耗,准平滑地形表面起伏平缓，起伏高度小于等于20米的地形,传播损耗不规则地形传播损耗,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。,传播损耗其他传播损耗,绕射损耗穿透损耗,传播损耗其他传播损耗,地物损耗植物的种类、密度、大小、高度。,绕射损耗,特点：电磁波在绕射点四处扩散绕射波函盖除障碍物外的所有方向扩散损耗最为严重计算公式复杂，随不同绕射常数变化,建筑物穿透损耗（1）,室内信号取决于建筑物的穿透损耗室内窗口处与室内中部信号差别较大建筑物材质对穿透损耗影响较大电磁波的入射角对穿透损耗影响较大,电磁波穿透墙体的反射和折射,建筑物穿透损耗（2）,物体阻挡/穿透损耗为：隔墙阻挡：520dB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：215dB厚玻璃：610dB火车车厢的穿透损耗为：1530dB电梯的穿透损耗：30dB左右茂密树叶损耗：10dB,反射损耗,目录,无线电波基本原理无线电波传播环境无线电波传播模型电波传播模型校正,无线传播模型,传播模型用于预测地形、障碍物及人为环境对电波传播中路径损耗的影响，一般分：,室外传播模型室内传播模型,常见传播模型,Okumura-Hata模型,Okumura-Hata模型适用条件（1）GSM900（2）频率f为1501500MHz；（3）基站天线有效高度为30200米；（4）MS天线高度为110米；（5）通信距离为135km；（6）城区类型：郊区、开阔地、准开阔、农村等。,Okumura-Hata模型,Okumura-Hata公式Lp=69.55+26.16logf13.82loghb+(44.965.5loghb)logdAhmLp从基站到移动台的路径损耗单位dBf载波频率单位MHzhb基站天线高度单位米Hm移动台天线高度单位米D基站到移动台之间的距离单位km对于中等城市或大城市修正Am=(1.1logf0.7)hm(1.56logf0.8)在郊区传播模型可以修正为Lps=Lp(市区)2log(f/28)25.4在开阔地传播模型可以修正为Lpo=Lp(市区)4.78(logf)2+18.33logf40.94,COST-231模型,COST-231模型适用条件：（1）GSM900/1800（2）基站天线有效高度为30200米（3）MS天线高度为110米（4）通信距离为135km。,COST-231模型,COST-231模型公式Lu(dB)=46.3+33.9log(f)-13.82log(Hb)-a(Hm)+44.9-6.55log(Hb)log(d)+Cma(Hm)=1.1log(f)-0.7Hm-1.56log(f)-0.8Cm=0dB对于中等城市和郊区中心区Cm=3dB对于大城市对于农村准开阔地Lrqo(dB)=Lu-4.78log(f)2+18.33log(f)-35.94对于农村开阔地Lro(dB)=Lu-4.78log(f)2+18.33log(f)-40.94,Cost-231-Walfish-Ikegami模型,Cost-231-Walfish-Ikegami适用条件（1）GSM900/1800（2）可应用于大蜂窝、小蜂窝及微蜂窝中作传播模型损耗预测（3）该模型在本软件中主要用于微蜂窝预测,Cost-231-Walfish-Ikegami模型,Cost-231-Walfish-Ikegami模式公式视距情况基本传输损耗采用下式计算L42.6+26lgd+20lgf非视距情况基本传输损耗由三项组成:LLo+Lmsd+LrtsLo=32.4+20lgd+20lgfLo代表自由空间损耗Lmsd是多重屏蔽的绕射损耗Lrts是屋顶至街道的绕射及散射损耗。,目录,无线电波基本原理无线电波传播环境无线电波传播模型电波传播模型校正,CW测试的介绍,为了获得符合本地区实际环境的无线传播模型，提高覆盖预测的准确性，为网络规划打好基础，必须进行传播模型的校正。CW测试即连续波测试，是进行模型校正的必经步骤，通过CW测试和数字地图可以获得进行模型校正的数据。这些测试数据中的经纬度信息和接收电平形成模型校正的数据源。,CW测试的介绍,目的：通过连续波（CW）测试，校正传播模型参数，增加无线覆盖预测的准确性。即将连续波测试结果与预测结果相比较，调整模型中的K参数，使模型符合实际地理环境。采样符合李氏定律：40波长，采样50个样点校正方法：最小方差法,站点选取,服务区内具有代表性的传播环境，如密集城区、一般城区、郊区等，分别选取测试点站址的选择原则是要使它能覆盖足够多的地物类型（电子地图提供）对每一种人为环境，最好有三个或三个以上的测试站点，以尽可能消除位置因素,测试设备,基站系统-发射天线-馈线-高功放-高频信号源测试系统-GPS-测试软件-便携机-测试接收机,天馈数据确定,采用全向天线记录天线高度、增益、基站发射功率,测试路线确定,考虑点不同距离不同方向的测试数据某个距离至少45个测试数据以消除位置影响尽可能经过各种地物尽量避免高速公路车速上限：Vmax=0.8/Tsample,螺旋测试路径,数字地图,数字高程模型DEM地