电波的传播特性

电波的传播特性演示文稿第一页，共57页。电波的传播特性第二页，共57页。3重点OM模型及任意地形、地物情况下电波传播衰耗中值的预测难点任意地形、地物情况下电波传播衰耗中值的预测目的和要求了解衰落对信号传输的影响掌握自由空间传输衰耗、OM模型及电波传播衰耗中值的计算方法第三页，共57页。47.1无线电波无线电波的概念电波的传播方式第四页，共57页。51.无线电波的概念无线电波的概念无线电波是一种能量的传输形式电场和磁场在空间交替变换，向前行进传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向第五页，共57页。6无线电波的传播速度传播速度和传播媒质有关

真空中的传播速度等于光速(Ｃ＝3×108m／s)空气中的传播速度略小于光速

通常认为它等于光速

无线电波的波长、频率和传播速度的关系：λ＝Ｖ/ｆＶ为速度(m/s)；ｆ为频率(Hz)；λ为波长(m)不同介质中传播速度不同、波长不同第六页，共57页。7无线电波的极化概念：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

电波的极化方向：无线电波的电场方向极化波必须用对应的极化特性的天线接收

否则在接收过程中会产生极化损失极化的类型线极化水平极化、垂直极化+45°倾斜极化、-45°倾斜极化椭圆极化圆极化第七页，共57页。8第八页，共57页。9双极化天线两个天线为一个整体，有两个独立的波，这两个波的极化方向相互垂直

类型V/H（垂直/水平）极化倾斜（+45°/-45°）极化第九页，共57页。107.1.2电波的传播方式电波的传播方式在分析电波传播特性时总是以自由空间的传播环境为参考进行自由空间一种理想的、均匀的、各向同性的介质空间当电磁波在自由空间中传播时直线传播，不发生反射、折射、散射和吸收现象只存在电磁波能量扩散而引起的传播损耗实际传播环境中电波的传播方式直射、反射、绕射、散射第十页，共57页。11微波传播特性无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同

主要传播特性视距传播多径传播绕射能力弱电波传播中的三种损耗路径传播损耗慢衰落损耗快衰落损耗第十一页，共57页。12电波在建筑物内传播的类型室内无线环境特点覆盖范围小传播距离短传播时延要小的多室内环境中用户多处于静止和慢速移动状态，可忽略多普勒频移室内环境变化更复杂，电波传播受建筑类型、室内布局、建筑材料影响较大

即使在同一个建筑物内的不同位置，其传播环境也不尽相同，甚至差别很大第十二页，共57页。137.2电波传播中的衰落电波传播的衰落特性场强估算模型第十三页，共57页。147.2.1电波传播的衰落特性1.衰落的概念由于实际传播环境中复杂的地形地物对传播信号的阻挡，及反射、绕射和散射引起的无线信号的多径传播都会对电磁波的传播产生影响，导致接收信号的随机变化衰落的类型阴影衰落（阴影效应、气象条件变化）

场强中值的缓慢变化（慢衰落）多径衰落（多径效应）

瞬时值有快速、大幅度的变化（快衰落）第十四页，共57页。152.表征衰落的统计数字特征场场强中值E0概念：场强值超过设定场强值的概率为50%时，该设定值为场强中值若场强中值等于接收机最低门限值，则可通信率为50%。（只有50%的时间可正常通信）场强中值不能反映衰落的严重程度例：统计时间为T，超过E0的时间为t1、t2、t3则：超过E0的概率为p(t)=(t1+t2+

t3)/T×100%当p(t)=50%时，

E0为场强中值第十五页，共57页。16衰落深度：衡量衰落的严重程度接收电平与场强中值电平之差表示以场强中值电平为参考，表明信号起伏偏离其中值电平的程度衰落深度=20Lg（Ei/Eo)若为电平值，则衰落深度=Ei-Eo第十六页，共57页。17衰落速率N衡量场强变化的快慢，即频繁程度单位时间内场强包络与给定电平值ER相交次数的一半衰落率与工作频率、移动台行进速度和方向等因素有关平均衰落率：其中v（km/h）、f（MHz）系统设计时，音频通带或信令数据通带的低端应高于衰落率第十七页，共57页。18衰落持续时间场强低于某一给定电平值的持续时间表示信息传输的受影响程度或信令误码的长度第十八页，共57页。197.2.2场强估算模型电波传播受地形地物的影响即电波传播特性与实际空间环境相关预测时在自由空间基础上考虑具体环境影响OM模型Egli模型BM模型Cost231模型第十九页，共57页。20以日本东京城市场强中值实测结果得到的经验曲线构成的模型。模型：城市视为准平滑地形，给出经验曲线其他地形地物情况则给出修正值适用范围：频率：100MHz～1500MHzBTS天线高度：30m～200mMS天线高度：1m～10m传播距离：1km～20km1.OM模型(Okumura-M.Hata奥村哈达)第二十页，共57页。21美国陆上移动通信、VHF、UHF信号预测方法，对丘陵地形预测较准在传播地形起伏高度为20m的基本条件下，基本传播衰减公式：

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

单位：d(英里)；f(MHz)；hT、

hR(英尺)

其他地形给出修正因子适用范围：频率：25MHz～470MHz传播距离：60km以内2.Egli模型第二十一页，共57页。22理论模型以自由空间、平面大地和球面地形传播理论为基础，以诺模图形式给出。适用范围：频率：30MHz～3000MHz传播距离：1～几百公里3.BM（Bullingron）第二十二页，共57页。23欧洲建议广泛用于建筑物高度近似一致的城区和郊区环境应用分两种情况：高基站天线----非视距NLOS低基站天线----视距LOS4.cost231模型第二十三页，共57页。247.3电波传播特性预测OM模型任意地形地物信号中值的预测场强中值变动分布及预测覆盖设计第二十四页，共57页。257.3.1OM模型模型：城市视为准平滑地形，给出经验曲线其他地形地物情况则给出修正值OM模型可在适用范围内作电波传播预测地形、地物的分类准平滑地形上的电波传播特性不规则地形修正因子其他因素对电波传播的影响第二十五页，共57页。261.地形、地物的分类地形的分类准平滑地形：地形剖面图上，表面起伏高度在20m以下，且起伏缓慢不规则地形丘陵地形孤立山岳倾斜地形水陆混合地形第二十六页，共57页。27地物的分类根据障碍物的密集程度和屏蔽程度分类地物的类型开阔地：无较大树木、建筑物等障碍物

准开阔地郊区：障碍物不稠密市区：障碍物稠密▲只能考虑一种地物形态，而地形可根据实际情况组合第二十七页，共57页。28天线有效高度基站天线有效高度hb=hta-hgahga：从基站天线架设点起3～15km距离内的平均地面海拔高度hta：基站天线架设的海拔高度MS天线有效高度hm：地面以上有效高度▲以后所有天线高度均指天线有效高度第二十八页，共57页。292.准平滑地形上的电波传播自由空间的传播损耗市区传播衰耗中值的预算郊区、开阔地传播衰耗中值的预算预算中的注意点第二十九页，共57页。30自由空间：理想的空间（真空）电波沿直线传播，不被吸收，不会被反射、折射、绕射和散射，电磁波的能量没有损失自由空间传播损耗的含义：损耗

来自于球面波发散传播中，天线

未接收到的能量即：球面波的扩散损耗自由空间传播损耗（1）自由空间的传播损耗Lbs仅与d、f有关第三十页，共57页。31基本衰耗中值Am(f,d)基站天线有效高度增益因子Hb(hb,d)移动台天线有效高度增益因子Hm(hm,f)准平滑市区传播衰耗中值L市区（2）市区传播衰耗中值的预算第三十一页，共57页。32基本衰耗中值

Am(f,d)hb=200m

hm=3m参数：f、d第三十二页，共57页。33基站天线有效

高度增益因子

Hb(hb,d)以hb=200m时

的值为基准

(0dB)第三十三页，共57页。34移动台天线有效

高度增益因子

Hm(hm,f)以hm=3m时的值为

基准(0dB)当hm>5m时，还与

环境有关

（拐点）第三十四页，共57页。35自由空间传播衰耗

Lbs(dB)=32.45+20lgd(km)+20lgf(MHz)准平滑市区传播衰耗中值

L市区=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)第三十五页，共57页。36（3）郊区、开阔地传播衰耗中值的预算郊区修正因子

Kmr的预测参数：f，d第三十六页，共57页。37开阔地修正因子QO

准开阔地修正因子Qr参数：f第三十七页，共57页。383.不规则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陆混合地形修正因子第三十八页，共57页。39（1）丘陵地修正因子丘陵地：连绵、起伏高度有限第三十九页，共57页。40丘陵地修正因子Kh

、微小修正因子Khf参数：△h：自MS向发射BTS方向延伸10km范围内，地形起伏的90%与10%处的高度差。预测点靠近山峰处与山谷处衰耗不同，考虑微小修正因子Khf(近山峰处>0；近山谷处<0)在丘陵地预测时，须同时使用Kh和Khf第四十页，共57页。41(2)孤立山岳的修正因子孤立山岳：

山岳近似刃形，单独

(背面考虑绕射衰耗)孤立山岳的

修正因子Kjs基准：山岳高度H=200m参数：山岳到发射点距离d1到接收点距离d2当H≠200m时，

修正因子为第四十一页，共57页。42(3)斜坡地形的修正因子斜坡地形：

5~10km内地形倾斜正斜坡：

电波传播方向上

地形逐渐增高，

倾角为+θm(mrad)

负斜坡：

地形逐渐降低，

倾角为-θm斜坡地形的修正因子Ksp参数倾角θm收发天线间距d第四十二页，共57页。43水陆混合地形：

区域中既有水面，

又有陆地水陆混合地形

修正因子Ks(>0)水域信号比陆地强参数水面位置位于

BTS侧/MS侧水面距离与全距离比例全距离d(4)水陆混合地形修正因子第四十三页，共57页。44街道走向/修正因子Kaf/Kac纵向：电波传播方向与

街道平行

Kaf>0，表示场强中值

高于基准场强中值横向：电波传播方向与

街道垂直

Kac<0，表示场强中值

低于基准场强中值4.其他因素对电波传播的影响第四十四页，共57页。45不同的材料、结构和楼房层数，其吸收衰耗的数据都不一样。一般的传播模型都是以街心或空阔地面为假设条件，如果移动台在室内使用，计算传播衰耗和场强时，需把建筑物的穿透衰耗也计算进去树木、植被对电波有吸收作用。在传播路径上，由树木、植被引起的附加衰耗不仅取决于树木的高度、种类、形状、分布密度、空气湿度及季节变化，还取决于工作频率、天线极化、通过树林的路径长度等多方面的因素。第四十五页，共57页。467.3.2任意地形地物信号中值预测任意地形地物衰耗中值LA的预测LA=LT-KTLT=Lbs+Am-Hb-HmKT=Kmr+Qo+Qr+Kh+Khf+αKjs+Ksp+Ks+Kaf/Kac信号中值Ppe的预测任意地形地物接收功率Ppe=PP+KT准平滑市区接收功率PP=Po-Am+Hb+Hm自由空间下接收功率Po第四十六页，共57页。477.3.3场强中值变动分布及预测影响通信可靠性的重要因素是场强的变化特性1.场强中值变动分布场强瞬时值变动规律(随位置)50m样本区间——>区间内场强累积分布障碍物均匀的城市街道地区、森林：近似瑞利分布

郊区不规则地形，障碍物有空隙：近似正态分布

σ=6~7dB场强中值变动规律(随位置)1~2km样本区间，每20m左右一个场强中值

——>各小区间中值累积分布的50%值和变动幅度市区：近似正态分布

郊区、丘陵地：近似正态分布第四十七页，共57页。48实际应用中，σ不同时，常用σ随通信概率变化的归一化曲线计算

xσ为相对于中值的变动幅度第四十八页，共57页。49接收信号中值随时间变化服从正态分布分布随时间、位置变化的标准偏差

D为收发天线间距，Δh为地形波动高度频率MHzσLσt准平滑地形不规则地形Δh(m)D(km)50100150175市区郊区50150300508910陆地2571503.5~5.54~791113水陆混合3791145067.5111518水面914209006.58141821第四十九页，共57页。50场强变动分布为中值分布

和瞬时值分布的合成市区：正态分布和

瑞利分布的合成

郊区、丘陵地：

标准偏差为σL和σt的

两个正态分布的合成合成瞬时值变动幅度曲线

不同的频率时，表示

相对于中值的变动第五十页，共57页。512.通信概率MS在无线覆盖区边缘进行满意通话的成功概率包括：位置概率和时间概率

信号中值随位置变化远大于随时间的变化，因此，时间概率可忽略中值随位置呈正态分布第五十一页，共57页。52通信概率与系统余量的关系可根据p(x)和σ确定SM

也可根据SM和σ确定p(x)第五十二页，共