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2022-5-231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2022-5-2334 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（

2、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

3、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

4、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6823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

5、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，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

6、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

7、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fcos* vCffdfFd：多普勒频偏 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）20033379325041799130050011893505831387400667158545075017835008331981n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

8、，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-M

9、otley 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) - 0.8Cm = 0 dB 对于中等城市和郊区中心区Cm = 3 dB 对于大城市

10、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 - 4.78*log(f)2 + 18.33*log(f) - 40.94COST231-HataCOST231-Hata模型模型Ploss=K1+K2lgd+K3(Hms)+K4lg(Hms)+K5lg(Heff)+K6lg(Heff)lg(d)+K7+KcluterPathloss：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Kc

11、lutter：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规划规划软件软件模型模型（一）（一）K参数参考值K1146/900M Urban,154/1800M UrbanK244.90K3-2.88K40.00K5-13.82K6-6.55K7-0.70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

12、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