陆地移动信道的场强估算与损耗解析

1、*2.3陆地移动通道的电场强度推定和损失、地形、地上物分类等起伏地形中传播损失的中央值不规则地形中传播损失的中央值任意地形地区中传播损失的中央值建筑物的透过损失和其他传播特性，2.3.1地形、地上物分类、地形一般分为“准平滑地形”和“不规则地形”。 所谓“准平滑地形”，是指在传播路径的地形剖面图中，地面的起伏高度不超过20m，起伏缓慢(即峰值和谷值之间的距离必须大于变动幅度)，即使在公里处的距离，地面的平均高度的变化也在20m以内。 其他地形统称为“不规则地形”。 不规则地形根据其状态可以分为丘陵地形、孤立山岳、倾斜地形、水陆混合地形等。 除了要对地形进行分类外，地上物的环境的传播条件也不同，

2、根据地上物的密集可以将传播环境分为4种： (1)广阔的地区：电波传播方向上没有大树和建筑物等广阔的地区，或者电波传播方向上300-400m以内没有任何障碍的小地方，如田地和(2)郊区：移动站附近有障碍物但不密集的地区。 例如，房子和森林少的农村和郊外的道路网等。 (3)市区：这个地区有密集的建筑物，例如大城市的高楼群等。 (4)隧道区：地铁、地下停车场、人防工程、海底隧道等地区。 2.3.2中等起伏地形中传播损失的中值，1 .市区传播损失的中值移动通信中电波传播的实际情况复杂多样。 人们通过大量实测和分析，总结了许多经验模型和公式。 在一定条件下，若使用这些模型来估计移动通信电波的传播特性，则

3、可得到比较准确的预测结果，诸如应用比较宽的OM模型(Okumura模型)。 奥村，他们在日本东京选择不同的频率、不同的天线高度、不同的距离进行了一系列测试，最后以经验曲线表现出来的模型。 该模型可以将市区视为“准平滑地形”，给出市区传播损耗电场强度值的预测曲线聚类(如图2-15所示)，利用该图表可以预测准平滑地形上城市地区的电波传播损耗值。 郊区、开放区等其他地形的电场强度中值的计算，根据该准平滑地形、市区的传播损失中值(也称为基本损失中值或基准损失中值)进行修正，并给出了各自的修正因子。 该模型修正因子多，在掌握了详细、地形、地物的情况下，可以得到更准确的预测结果。 我国有关部门建议在移动通

4、信工程设计中也使用该模型进行电场强度预测。 OM模型的适用范围：频率100-1500MHz、基站天线高度30-200m、移动台天线高度1-10m、传播距离1-20km的电场强度预测。 图2-15是准平滑地形城市的基本损失的中央值，图2-15示出了基本损失的中央值Am(f，d )依赖于传播距离d、工作频率f、基站天线有效高度hb、移动台天线高度hm、街道流和宽度等。 可知随着工作频率的上升和通信距离的增大，传播损失增加。 图2-15中纵轴以分贝计，它是基站天线的有效高度hb=200m、移动台天线的高度hm3m，是以自由空间传播损失为基准求出的损失中值的修正值Am(f，d )。 换句话说，通过对在

5、曲线上调查的基本损耗的中值Am(f，d )加上自由空间中的传播损耗所获得的值是实际的路径损耗LT :(式2-34 )。如果基站天线的有效高度不是200m，则可使用图2-18来检测基站天线高度校正系数Hb(hb，d ) 图2-16是将hb=200m、hm=3m作为0dB作为参考的图。 Hb(hb，d )反映了由基站的天线高度的变化而在图2-15的预测值中产生的变化量。类似地，如果移动台的天线高度不等于3m，则可在图2-17中检测移动台的天线高度校正系数Hm(hm，f )，并校正基本损耗的中值。 图中的曲线以hm=3m为0dB作为参考。 另外，如从图2-16中可以看到的，在hm5m的情况下，Hm(

6、hm，f )不仅涉及天线高度hm和功率f，还涉及环境条件。 当移动站的天线高度为hm=45米左右时，在移动站的增益系数曲线上出现拐点。 在考虑基站天线高度校正因子和移动台的天线高度校正因子的情况下，准平滑地形、市区的路径传播损失的中值应该如下(式2-35 ) :(式2-35 )、2 .郊外和广阔的土地传播损失的中值、郊外的建筑物一般分散、低，电波传播条件比市区好市区损失中值和郊外损失中值的差称为郊外的修正因子Kmr，Kmr是增益因子。 工作频率和随着传播距离变化的关系如图2-18所示。 从该图可以看出，Kmr随着工作频率的增加而变大。 在距离小于20km的范围内，Kmr随着距离的增加而减少，而

7、距离超过20km时，Kmr几乎不变化。 同样，开放区、准开放区(开放区和郊外间的过渡地区)的衰减中央值相对于市区损失中央值的修正曲线如图2-19所示，图中Qo是开放区修正因子，Qr是准开放区修正因子。 因为广大地区的传播条件比郊区好，郊区的传播条件比市区好，所以Qo和Qr都是增益因子。 因此，在求出郊外、开放区、准开放区的传播损失的中央值时，应该根据市区损失的中央值，减去在图2-18或图2-19中调查的修正因子。 图2-19开放区、准开放区的修正因子、2.3.3不规则地形上的传播损失的中央值，在计算不规则地形上(丘陵、孤立山岳、斜面、水陆混合地等)的传播损失的中央值时，可以通过在基本损失的中央

8、值上加上修正因子的方法来估计，并以丘陵地的传播损失的中央值的计算为例进行介绍。 丘陵地的地形参数用“地形起伏”的高度h表示，如图2-20所示，在从接收点到发送点10km的范围内，被定义为地形起伏的90%和10%的高度之差。 此定义仅在地形起伏超过几次时适用。 图2-20示出了相对于基本损失的中央值的校正值，即基本损失的中央值和丘陵地损失的中央值之差，通常被称为丘陵地形校正系数Kh。 从图2-20可以看出，在h20m的情况下，丘陵地的损失的中央值大于基本损失的中央值。 另外，随着起伏高度h变大，屏蔽作用变强，因此损失的中央值也变大(Kh表示负值)。 图2-20丘陵地的电场强度中央值校正因子，图2

9、-21丘陵地的微小校正因子，2.3.4任意地形地区的传播损失中央值，1 .自由空间的传播损失计算自由空间的传播损失Lbs，(式2-36 )，2 .准平滑地形市区的信号中央值根据上述关联内容，准平滑地形市区的传播损失中央值LT， 如果是(式2-37 )，发送机向天线发送的发送功率为Pt，则准平滑地形市区的接收信号功率的中央值Pp为：(式2-38 )，3 .任意地形地区的信号的中央值任意地形地区的传播损失的中央值LA为：(式2-39 )， 式中Lt是准平滑地形市区传播损失的中央值. Kt是地形地区的修正因子，式中，Kmr郊外的修正因子可以从图2-18中调查Qo、Qr一开放区、准开放区的修正因子，从

10、图2-19中调查Kh、Khf丘陵地形修正因子及丘陵地的微小修正值，可以从图2-19中调查Ksp-斜坡地形修正系数Ks水路混合地形修正系数。 根据实际地形和地区的情况，Kt因子可能只有几个为零。 例如，如果是传播路径宽广的地区、斜面的地形，则Kt=Qo Ksp，其他项目为0。 其他情况可以类推。对于任意地形地区，接收信号的功率中央值Ppc基于准平滑地形市区的接收功率中央值Pp，加上地形地区的修正因子：(式2-41 )、2.3.5建筑物的透过损失和其他传播特征，各频带的电波透过建筑物的能力不同。 一般来说，波长越短，透射能力越强。 同时，每个建筑物电波的吸收能力不同。 根据材料、结构、大楼的数量不

11、同，吸收损失的数据也不同。 例如，砖材料的吸收小，钢筋混凝土吸收大，钢结构吸收最大。(式2-42 )，式中Lb是实际路径上的损失的中央值，Lo是街道上的路径损失的中央值，Lp是建筑物的透过损失。 建筑物的透过损失(地板层)如表2-3所示。 表2-3建筑物的透过损失，Lp不是一定的数值(030dB )，必须根据情况决定。 另外，透过损失也随层高而变化，损失值因层高而大致直线下降。 图2-22的透射损失与楼层的变化、其他传播特征、1 .街道流动影响电波传播的衰减的中值与街道流动(相对于电波的传播方向)有关。 特别是在市区，街道与电波传播方向平行(纵向)或垂直(横向)行进的情况下，从基站以相同距离接

12、收的电场强度的值差异很大。 这是因为建筑物形成的频道有利于电波的传播，所以在纵向街道上衰减小，在横向街道上衰减大。 也就是说，纵横街的电场强度的中央值比基准电场强度的中央值高，横横街的电场强度的中央值比基准电场强度的中央值低。 2 .植被消耗树木，植被对电波有吸收作用。 在传播路径上，树木植被引起的附加衰减不仅取决于树木的高度、种类、形状、分布密度、空气温度、季节的变化，还取决于工作频率、通过无线极化树林的路径长度等多方面的因素。 3、在隧道中传播，空间电波在隧道中传播时，由于隧道壁的吸收和电波的干扰作用受到很大损失。 隧道中的电波损失与工作频率有关，频率越高，损失越小。 这是因为隧道诱导高频率的电磁波，因此改善了传播。 隧道分支或弯曲时，损失急剧增加，弯曲度越大，损失越严重。 为了解决电波在隧道中的传播问题，通常在高频带(数百兆赫)