射频优化之一：无线电传播理论

1、中国联通无线优化技能 江西特训班 2021-6-28 1 无线电传播理论 天线基本原理 无线网络规划原理及原则 射频优化 无线电波传播理论 2021-6-28 3 4 4 无线传播模型无线传播模型 无线传播环境无线传播环境 无线传播原理无线传播原理 无线传播模型校正无线传播模型校正 5 什么什么是无线电波是无线电波 6 方向性方向性 电场电场 电场电场 电场电场 振子振子 电波传输方向电波传输方向 磁场磁场 磁场磁场 7 传播速度传播速度 8 因因，因此，因此，/1.44 /1.44 ， /1.44 /1.44 速度、波长、频率之间关系速度、波长、频率之间关系 波长波长 9 极化极化 10 频

2、率分配表频率分配表 直射波及地面反射波 （最一般的传播形式） 对流层反射波 （传播具有很大的随机性） 山体绕射波 （阴影区域信号来源） 电离层反射波 （超视距通讯途径） 传播途径传播途径 1212 无线传播模型无线传播模型 无线传播特性无线传播特性 无线传播原理无线传播原理 无线传播模型校正无线传播模型校正 13 快慢衰落菲涅尔区区传传播损损耗多普勒效应应 四大特性四大特性 无线电波在传播过程中有哪些特性呢？ 距离距离(m) 接收功率接收功率(dBm) 102030 -20 -40 -60 慢衰落慢衰落 快衰落快衰落 空间空间 分集分集 时间时间 分集分集 频率频率 分集分集 天线分集 接收机

3、分集 符号交织、检错、编码 跳频 抗快衰落的有效措施分集 时间分集（交织）时间分集（交织） 空间分集（空间分集（RAKERAKE接收机）接收机） 建筑物反射波建筑物反射波 绕射波绕射波 直达波直达波 地面反射波地面反射波 传播途径传播途径 直达波自由空间损耗直达波自由空间损耗 自由空间损耗自由空间损耗 自由空间损耗描述了电磁波在空气中传播时 候的能量损耗，电磁波在穿透任何介质的时 候都会有损耗。 自由空间损耗公式： 空间损耗=20lg（F）+20lg（D）+32.4； F为频率，单位：MHz；D为距离，单位： Km； 所以在距离一定的情况下：频率越高，损耗 越大。 直达波平坦地形传播损耗直达波

4、平坦地形传播损耗 平坦地形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。 地面反射波传播损耗地面反射波传播损耗 地面性质水面稻田田野城市、山地 、森林 等效地面反射系数 0.910.60.80.30.50.10.2 反射损耗（dB）01246101420 穿透损耗穿透损耗 材料类型材料类型损耗损耗 普通砖混隔墙（30cm）1015dB 混凝土墙体2030dB 混凝土楼板2530dB 天花板管道18dB 电梯箱体轿顶30dB 木质家具36dB 玻璃

5、58dB 火车车厢1530dB 茂密树叶1020dB 区域区域穿透损耗取值（穿透损耗取值（dB） 密集市区1820 一般市区1315 郊区1012 农村68 23 绕射损耗绕射损耗 24 绕射损耗绕射损耗 25 绕射损耗绕射损耗 26 第一菲涅尔区第一菲涅尔区 自由空间Q点是波源，P是接收点，以Q、P为焦点的旋转球面 所包含的空间区域，称为菲涅尔区。其中d为Q、P点间的距离， d1、d2分别是Q点和P点到园C1圆心的距离，这个圆所在的菲 涅尔区称为第一菲涅尔区。 27 第一菲涅尔区第一菲涅尔区 在自由空间，从波源Q点辐射到P点的电磁能量主要是通过第 一菲涅尔区传播的，只要第一菲涅耳区不被阻挡，

6、就可以获得 近似自由空间的传播条件，为保证系统正常通信，收发天线架 设的高度要满足它们之间的障碍物尽可能不超过其菲涅耳区的 20%，否则电磁波多径传播会产生不良影响，导致通信质量下 降，甚至中断通信。 最小菲涅尔区半径h0=0.577sqrt(d1d2/d),如果收发天线连线 与障碍物最高点之间的垂直距离小于h0，则需要考虑绕射损耗。 28 由来由来 1842年奥地利一位名叫多普勒的数学 家、物理学家。一天，他正路过铁路 交叉处，恰逢一列火车从他身旁驰过， 他发现火车从远而近时汽笛声变响， 音调变尖，而火车从近而远时汽笛声 变弱，音调变低。他对这个物理现象 感到极大兴趣，并进行了研究。发现 这

7、是由于振源与观察者之间存在着相 对运动，使观察者听到的声音频率不 同于振源频率的现象。这就是频移现 象。因为，声源相对于观测者在运动 时，观测者所听到的声音会发生变化。 当声源离观测者而去时，声波的波长 增加，音调变得低沉，当声源接近观 测者时，声波的波长减小，音调就变 高。音调的变化同声源与观测者间的 相对速度和声速的比值有关。这一比 值越大，改变就越显著，后人把它称 为“多普勒效应”。 多普勒频移和列车速度成正比 多普勒频移和频率成正比，2100M频偏比900M 更大 多普勒频移和基站与列车轨道距离相关，距离越 大掠射角越大，偏移越小 f cos* v C f f d f Fd：多普勒频偏

8、 f：系统工作频率 C：光速 V：车速 多普勒频偏与高铁速度的关系 车速(km/h) 上行最大频偏 GSM(900MHz)WCDMA（2100MHz） 200333793 250417991 3005001189 3505831387 4006671585 4507501783 5008331981 n采用厂家对多普勒频移的补偿技术，打开AFC自动频率控制算法，提升基站解 调性能。 n当掠射角小于10度时穿透损耗增加幅度明显变大，在选站时掠射角应大于10 度，基站与铁路垂直距离应大于100米，GSM尽量采用900M基站。 -应用应用 3030 无线传播模型无线传播模型 无线传播特性无线传播特性

9、 无线传播原理无线传播原理 无线传播模型校正无线传播模型校正 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。 常见常见模型模型名称名称适用范围适用范围 Okumura-Hata适用于 900/1900MHz 宏蜂窝 预测 Cost231-Hata适用于2GHz 宏蜂窝预测 Cost231 Walfish- Ikegami 适用于900和2GHz 微蜂窝预测 Keenan-Motley 适用于900和2GHz 室内环 境预测 规划软件适用于900和2GHz 宏蜂窝预测 常见模型常见模型 32 适合频段： 1500 - 2000 MHz 基站的天线高度Hb：30 200 m

10、移动台天线高度 Hm：1 10 m 覆盖距离：1 20 km 大城市区域： Lu (dB) = 46.3 + 33.9*log(f) - 13.82*log(Hb) - a(Hm) +44.9 - 6.55*log(Hb)*log(d) + Cm 其中： a(Hm) =1.1*log(f) - 0.7*Hm - 1.56*log(f) - 0.8 Cm = 0 dB 对于中等城市和郊区中 心区 Cm = 3 dB 对于大城市 对于农村准开阔地： Lrqo (dB) = Lu - 4.78*log(f)2 + 18.33*log(f) - 35.94 对于农村开阔地： Lro (dB) = Lu

11、 - 4.78*log(f)2 + 18.33*log(f) - 40.94 COST231-HataCOST231-Hata模型模型 Ploss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff)+K6lg(Heff)lg(d)+K7+Kcluter Pathloss：路径损耗(dB) K1：与频率相关的常数 K2：距离衰减常数 K3、K4：移动台天线高度修正系数 K5、K6：基站天线高度修正系数 K7：绕射修正系数 Kclutter：地物衰减修正系数 d：基站与移动台之间的距离(km) Hms、Heff：移动台天线和基站天线的有效高度(m) ASSET规划规划软件软

12、件模型模型（一）（一） K参数参考值 K1 146/900M Urban,154/1800M Urban K244.90 K3-2.88 K40.00 K5-13.82 K6-6.55 K7-0.70 规划仿真软件模型规划仿真软件模型 3434 无线传播模型无线传播模型 无线传播特性无线传播特性 无线传播原理无线传播原理 无线传播模型校正无线传播模型校正 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 CWCW测试的原

13、理测试的原理 CWCW测试方法测试方法 一、CW测试的站址选择 在测试之前首先需要确定测试站址及其 数量。站址选择的原则是要使它能够覆 盖规划区内所有的地物类型（这些地物 类型来自数字地图），这主要取决于测 试基站天线高度及其EIRP大小。根据一 般经验，在人口密集的大城市，测试站 址应不少于5个；对于中小城市一般一 个测试站址就够了。 在实际测试中为便于测试，测试站址可 按以下标准来确定站址是否合适： 天线高度大于20米； 天线高于最近的障碍物5米以上。 5m 站点选择标准示意图 在此障碍物主要指天线所在屋顶上 的最高建筑物，作为站址的建筑物 应高于周围建筑物的平均高度。 CWCW测试方法测试方法 二、CW测试准备 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 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 CWCW测试测试 数字高程模型DEM 地