无线电传输模型简介

无线电传输模型简介
翻译&整理：Lyra
参考资料：《爱立信：无线电波传输指南》
无线电波在空间的传输受限于作用距离之外，很大程度上还取决于传输环境。

研究显示，不同的传输环境（如：城区、郊区、农村等），无线电波的传输效果不尽相同。

下面简要描述常用的无线电传输信道模型。

1) 自由空间传输模型
该模型假设发射天线和接收天线相隔很远，且周围没有其他物体，则传输损耗为：
4[]20log bf d L dB πλ⎛⎫=⋅ ⎪⎝⎭
，(m)(m)d λ距离，单位、波长，单位
上式可以改写为：
32.420log 20log bf L d f =++，[],[]d km f MHz
2) 平坦大地传输模型
考虑地面绝对平坦，且b m h h d λ<<，
20log 4b bf b m d L L h h λπ⎛⎫
=+ ⎪⎝⎭
，
其中(m)(m)b m h h 基站天线高度，、移动站天线高度，
该模型适于简单估计传输路径中无阻隔，且距离不大的传输损耗。

3) 双斜线模型
图 1
双斜线模型
实际测量显示，信号强度与距离(对数)有上图所示关系：在靠近基站附近，
斜率接近自由空间衰减模型，20dB/十倍距离；从某个距离brk d 开始，斜率开始接近平坦大地衰减模型，40dB/十倍距离。

brk d =
其中,b m b m h h h h ∑=-∆=- 4) Egli 模型
信号衰减程度和信号频率相关，在考虑“地形因子”的情况下，衰减为：
()40log 20log 20log 40b b m f L d h h ⎛⎫
=-+ ⎪⎝⎭
，[]f MHz
该模型适用于40MHz 以上的情况，且模型精度较低，仅在没有更多地形信
息可利用的情况下可使用该模型。

5) Okumura-Hata 模型
上述模型都只是简单的模型，只能用于链路损耗的粗测。

实际经验告诉我们： ● 路径损耗随着距离和频率升高而增加；
● 路径损耗随着基站天线和移动站天线升高而降低；
● 路径损耗受小区类型、衍射、天气、一年中的时间、障碍物类型等影响。

要考虑上述诸多因素，需要有更为精细的模型。

Hata 基于Okumura 对东京附近实际测量所形成的数据曲线，提出了一种有
代表性的数学表达式：
()()69.5526.16log 13.82log 44.9 6.55log log b b m b L f h a h h d =+--+-
这里b h 表示基站天线的有效高度。

使用该模型需满足以下条件：
1501500f MHz ≤≤；
120d km ≤≤；
30200b h m ≤≤； 110m h m ≤≤
()m a h [dB]是个相关因子，对于m h =1.5m ，a =0dB 。

a) 城区
对于中等规模的城市，()()1.1log 0.7 1.56log 0.8m m a h f h f =--+。

对于大规模的城市，()()()(
)()22
8.29log 1.54 1.10
2003.2log 11.75 4.97400m m m h f MHz a h h f MHz
⎧-≤⎪
=⎨-≥⎪⎩。

b) 城郊
城郊区域： ()()2
2log 5.4
28K
r b b f K L L ⎧⎛⎫
⎛⎫=+⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎨⎝⎭
⎪=-⎩城郊城区 开阔区域：()()()2
Q 4.78log 18.33log 40.94
L r b b f f L Q ⎧=-+⎪⎨=-⎪⎩
开阔区域城区
6) COST-231 Hata 模型
对于高于1500MHz 的信号，Hata 模型不再适用，需要进行修改：
()()46.333.9log 13.82log 44.9 6.55log log b b m b m L f h a h h d C =+--+-+
其中，()m a h 见Okumura-Hata 模型，
03dB
m dB
C ⎧=⎨
⎩中等规模城市以及具有中等高度树木的城郊中心
大都市。

该模型工作条件除了频率1500-2000MHz 外，其他与Okumura-Hata 模型相同。

7) Walfish-Ikegami 模型
该模型主要针对城区，特别考虑了信号在建筑物顶部的衍射。

()()16.910log 20log 10log 10log sin rts m L w H h f ϕ=--+-++
其中：
()()()m H deg w m ϕ街道宽度、建筑高度、街道方向与入射波夹角 8) Walfish-Bertoni 模型
该模型认为，路径损耗主要来自以下原因： ● 自由空间损耗；
● 经过建筑物后信号由于衍射造成损耗； ● 建筑屋顶衍射。

同时假设建筑物高度均匀，街道形状较为常规，且电波主要传输路径在建筑物上方。

在此种条件下，后两项造成的损耗为：
57.1log 18log ex L A f α=++-，()rad α入射波和地面夹角，
其中，()()2225log 9log 20log arctan 2m m H h b A H h b b ⎡⎤⎧⎫-⎡⎤⎪⎪⎛⎫=+--+⎢⎥⎨⎬⎢⎥ ⎪⎝⎭⎪⎪⎢⎥⎣⎦⎩⎭⎣⎦
，
()b 建筑间隔
再考虑自由空间损耗，便得到整个路径损耗。

9) COST-231 Walfish-Ikegami 模型
结合上述两种模型，考虑LOS 路径，得到新的模型。

在非LOS 情况下，路径损耗为b bf rts msd L L L L =++，
其中，bf L 为自由空间损耗，rts L 在Ikegami 模型中提到，不过有一点不同：
()16.910log 20log 10log rts m ori L w H h f L =--+-++
()
()100.3540352.50.0753535554.00.114555590ori L ϕ
ϕϕϕϕϕ-+≤≤︒
⎧⎪
=+-≤≤︒⎨⎪--≤≤︒
⎩
，()deg ϕ入射波与街道方向夹角，
msd L 是由于多屏衍射造成的损耗，基于Walfish-Bertoni 模型。

当基站天线高
于周围建筑物时： ()5418log 118log 40.71log 9log 925msd b f L h H d f b ⎡⎤
⎛⎫=-+-++-+-- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦，
事实证明，当b h H >>时，该模型具有较高精度。

此模型适用条件： 8002000f MHz ≤≤；
0.025d km ≤≤；
450b h m ≤≤； 13m h m ≤≤；
地面平坦；
建筑物高度、间隔均匀。

如果在多山地形，或建筑物分布不均，结果会很差。