第3章 无线传播理论与模型
无线电传播模型及其应用研究
无线电传播模型及其应用研究无线电传播模型是指一种用来描述无线电信号在空间传播过程中路径损耗和干扰的数学模型。
它是通过模拟传输路径对电磁波的传输和走失、反射和衍射等物理现象进行建模实现的。
由于无线电波在传播过程中所受到的影响因素很多，因此无线电传播模型在有效预测无线电信号覆盖范围、网络规划及运营管理等方面有着不可替代的作用。
在实际应用中，无线电传播模型主要分为传播损耗模型和干扰模型两大类。
传播损耗模型是指无线电信号在空间传输过程中所遇到的电波系数、路径损耗等物理现象对其强度的影响。
这种模型通常被用于预测无线电信号的覆盖范围和质量，如雷达、卫星通信、无线电广播和移动通信等应用。
与之相对，干扰模型则是描述不同无线电设备在同一时间和空间内互相干扰的数学模型。
现代无线电通信技术的广泛应用导致了频谱资源的日益紧张，因此理解不同类型无线电设备之间的干扰关系和评估干扰情况非常关键。
这种模型常用于广播电视转播、无线电电波谱管理及干扰分析等领域的应用。
除了传播损耗模型和干扰模型，无线电传播模型还包括其他多种类型，如宏分布模型和微分布模型。
微分布模型是指对信号传输过程中的衍射、散射等微小影响进行建模和分析。
它通常用于定义具体场景下信号强度和质量参数的变化。
而宏分布模型则是在不同宏观环境下的信道参数进行建模和定义。
这种模型能够更好地模拟不同决定因素下的无线电波特性，如城市、郊区、山区、海岸等地形和气象因素的影响等。
这些模型在无线电信号的规划、部署和电波环境评估等领域中有着广泛的应用。
无线电传播模型的研究和应用已经成为了了解无线电通信技术和广播电视转播等行业的基础。
随着无线电通信技术的不断发展，这种模型的研究和应用也日趋重要。
因此，了解无线电传播模型的基本知识和应用特点是当今通信技术领域的必要条件。
传播的原理与模型介绍
传播的原理与模型介绍传播跟人类生活关系非常密切，对人类社会的一切研究都会涉及到传播。
下面我们来介绍传播的基本原理以及几种著名的传播模型。
一、传播的基本原理为了更好地了解人们的传播过程，我们从六个方面来分析人类信息传播的基本过程：1．人类传播的行为起源于一个信息发送者，他掌握了发送一系列的具体的有特定意义的信息的主动权。
（发送者→发送信息）2．发送者通过选择一些接受者可以理解的词语和肢体语言对要发送的信息进行编码。
（信息→编码成符号）3．信息穿越时空以口头或书面的形式在发送者与接收者之间进行传输。
（信息→以符号传输）4．接收者，也就是信息所指向的个体，将接收到的信息作为一组特定的符号来处理。
（接收者→接收到符号）5．接收者按他自己对这些符号意义的理解进行建构，从而将信息解码。
（符号→被解码成信息）6．对信息进行解释的结果就是接收者在一定程度上受到信息的影响了。
也就是说，传播生效了。
二、传播的基本模型1．香农—韦佛尔模型1949年，克劳德·香农和瓦伦·韦弗合著了《通信的数学原理》一书，并在此书中提出了一个传播模型。
后来几乎任何一个与教学技术有关的传播模型都源于“香农-韦弗”模型。
在该模型中，信源产生或选择一条由即将传输的信号组成的信息。
发射器将信息转化成一组信号并通过一条通道将其传送给接收器。
接收器又将信号转化成信息。
这个模型可以应用到很多不同的场合。
电视信息就是电子领域中的一个很好的例子：制片、导演和解说员就是信源，信息由电视频道传播到电视机即接收器，电视机又将电磁波转化成可观看的图象。
在人际传播中，说话者的大脑就是信源，发声器官即系统就是传送机，空气就是传播渠道。
而听者的耳朵是接收器，头脑是信宿。
这个模型的最后一个组成部分——噪音，是指在传播过程中扭曲或者掩盖信号的任何干扰物。
2．“5W模型”美国政治学家拉斯韦尔在其1948年发表的《传播在社会中的结构与功能》一文中，最早以建立模式的方法对人类社会的传播活动进行了分析，这便是著名的“5W”模式。
《无线传播理论》PPT课件
振 子
电场
磁场
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电场 电波传输方向
磁场
电场
基本原理－电磁波的传播
• 池塘中的波纹：能量从源点向四周传播，并逐渐减弱 • 电磁波的传播与此类似，不同之处（当辐射源是各向同性的理想点源时）：
– 在三维空间以球面波的形式传播 – 传播介质不同，空气、障碍物、反射物
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基本原理－传播途径
• 空间分集
– 采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号 不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范 围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的 形式。
• 极化分集 • 频率分集
– GSM体制采用跳频 – CDMA体制采用扩频技术
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电波时延扩展
• 起源于反射，主要指到达接收机的主信号和其他多径信号在空间传输时间 差异而带来的同频干扰问题，当多径信号不能被接收机区分时就产生同信 道干扰（CCI），
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无线传播环境
•电波传播受地形结构和人为环境的影响， 无线传播环境直接决定传播模型的选取。 影响环境的主要因素：
– 自然地形（高山、丘陵、平原、水域） – 人工建筑的数量、分布、材料特性 – 该区域植被特征 – 天气状况
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地形分类
T
•准平滑地形
表面起伏平缓，起伏高度小于等于20
Classification
Extremely Low Frequency Voice Frequency
Very-low Frequency Low Frequency
Medium Frequency High Frequency
Very High Frequency Ultra High Frequency Super High Frequency Extremely High Frequency
WIFI信号传播模型的建立与应用
WIFI信号传播模型的建立与应用一、概述随着无线技术的发展，WIFI已经成为了近年来最为流行的无线网络技术。
WIFI信号的传播模型是研究WIFI信号在空间中的传输过程，并确定信号强度、衰减、传播距离等参数的方法。
建立WIFI信号传播模型可以有助于了解WIFI信号传输的特点，预测WIFI信号传输范围，优化WIFI网络设施等。
本文将着重介绍WIFI信号传播模型的建立方法和应用场景。
二、WIFI信号传播模型的分类WIFI信号传播模型可以分为两类：统计模型和物理模型。
1.统计模型统计模型基于大量的实验数据，采用经验法则或统计方法来描述WIFI信号在传输过程中的特性，如信号强度、衰减率等。
其中比较常见的统计模型有Path Loss模型、Log Normal Shadowing模型、Rayleigh Fading模型等。
Path Loss模型用于描述信号随着距离的增加而衰减的情况。
它采用线性或非线性函数来近似表示信号强度和距离之间的关系。
Path Loss模型广泛应用于室内环境和城市环境下的WIFI网络。
Log Normal Shadowing模型则考虑到了信号传输过程中的随机因素，如建筑物的遮挡、信道干扰等。
它采用高斯分布函数来描述信号衰减和噪声影响，适用于不同的室内和室外环境。
Rayleigh Fading模型则主要研究WIFI信道中的多径衰减和散射效应，是一种物理随机模型。
Rayleigh Fading模型可以有效地解释信号在空气、树林等非常规环境中的传输特性。
2.物理模型物理模型是基于电磁波传输的物理机制和数学方程来建立WIFI信号传输模型的。
物理模型需要以物理原理为基础，考虑更多的因素如天线、信道环境、噪声等，从而比统计模型更加准确。
物理模型具有良好的适应性和可扩展性，因此被广泛应用于更加复杂的场景中，如无线传感器网络、室内定位等。
常见的物理模型有Free Space Path Loss模型、Two-ray模型、Ricean Fading模型等。
无线传播理论及模型(V0.1)
无线传播的发展历程
无线电波的发现
19世纪末，科学家发现并利用无线 电波进行通讯，开启了无线传播的开 端。
调频广播和电视的发展
20世纪初，随着调频广播和电视的 普及，无线传播在娱乐和教育领域得 到广泛应用。
移动通信的崛起
20世纪80年代以后，随着移动电话 和蜂窝网络的兴起，无线传播在个人 通信和商业应用中占据主导地位。
多径衰落模型
01
多径衰落模型定义
多径衰落是由于无线信号在传播过程中遇到不同的反射、折射和散射路
径而产生的信号强度波动。
02 03
瑞利分布多径衰落模型
假设多径衰落的均值为μ，方差为σ^2，则多径衰落可以表示为S = μ + σ * σ，其中S是多径衰落值，μ是平均信号强度，σ是多径衰落的波动范 围。
仿真验证
利用计算机仿真技术，模拟无线 传播环境，对比仿真结果与模型 预测结果，验证模型的准确性。
实验验证
通过实际测量和收集无线信号传 播数据，与模型预测结果进行对 比，验证模型的实用性。
模型在实际网络中的应用
网络规划
利用无线传播模型对无线 网络进行规划，优化网络 布局和资源配置，提高网 络覆盖和性能。
模型扩展
在现有模型基础上进行扩展和改进，引入新 理论和技术，以适应无线通信技术的快速发 展。
05 无线传播的未来发展
5G及未来的无线通信技术
5G技术
第五代移动通信技术，具有高速数据传输、低延迟、大容量等特点，为无线传 播带来了新的发展机遇。
6G技术展望
随着技术的不断进步，第六代移动通信技术将进一步拓展无线传播的应用领域， 如物联网、人工智能等。
对数距离路径损耗模型
适用于城市环境中无线信号的传播，其路径损耗公式为L(d) = L(d0) + 10 * n * log10(d/d0)， 其中L(d)表示距离发射机d处的路径损耗，L(d0)是参考距离处的路径损耗，n是路径损耗系数， d是发射机与接收机之间定义
第3讲 无线电波传播理论
ε μ
E2
θ θ E1
WdBm XdBm
穿透损耗=X-W=B dB
电磁波穿透墙体的反射和折射
物体阻挡/穿透损耗为：
隔墙阻挡：5～20dB
楼层阻挡：＞20dB，
室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层
家具和其它障碍物的阻挡： 2～15dB
厚玻璃： 6～10dB
火车车厢的穿透损耗为：15～30dB
基本原理－传播路径
①建筑物反射波 ②绕射波 ③直达波 ④地面反射波
在一个典型的蜂窝移动通信环境中，在蜂窝基站与
移动台之间的通信不是通过直达路径，而是通过许多其
他路径完成的。
无线电波以视距内直射波、反射波和散射为主要传
播方式，大部分情况是移动台附近散射体产生的多个反
射波。这些经过不同传播路径到达接收机的信号将具有
3.3无线电波传播模型
无线传播模型是计算电磁波在传播过程中的传播损耗
的数学模型。
传播模型是十分重要的，是移动通信网规划的基础。
无线电波的传播模型就是通过实际的测量，并借助计 算机，对不同区域的测量结果进行曲线拟合，最终勾 勒出电波在不同地形条件的传播公式。
传播模型的准确与否关系到小区规划是否合理，运营
号，在接收端对不同频率的信号进行合成，利用不同频
率的无线载波的不同路径减少或消除衰落的影响。
由于频率资源的限制，在移动通信系统中一般不
采用这种分集技术。
抗多径衰落技术—分集接收
分集的含义 ������ 接收机对多个携带同一信息且衰落特性相互独立 的接收信号处理后达到克服多径衰落的目的
两种处理方法：
无线传播环境十分复杂，传播方式多种多样，几乎 包括了电波传播的所有过程，如：直射、绕射、反射、 散射。 直射： 直射是无线电波在自由空间传播的方式。自由空间 是一个理想的无限大的空间，是为了减化问题的研究而 提出的一种科学的抽象。在自由空间的传播衰落不考虑 其它衰落因素，仅考虑由能量的扩散而引起的损耗。
第3章 无线传播理论与模型
无线信号三种基本传播机制
2． 绕射（遇到尖角或薄边的阻挡物） 绕射使得无线电信号绕地球曲线表面传播，能够传播到阻挡物后面。尽管 接收机移动到阻挡体的阴影区时，接收场强衰减非常迅速，但绕射场依然 存在并常常具有足够的强度。 绕射现象可由Huygens原理解释，它说明波前上的所有点可作为产生次级 波的点源，这些次级波组合起来形成传播方向上新的波源。绕射由次级波 的传播进入阴影区而形成。阴影区绕射波场强为围绕阻挡物所有次级波的 矢量和。
G
4A
2
有效截面Ae 与天线的物理尺寸相关， 则与载频相关：
自由空间传播模型
c 2c f c
公式 （3）
其中， f为载频Hz； Wc为载频，rad/s；c为光速，m/s。 Pt和Pr 必须有相同单位， Gt和Gr为无量纲量。综合损耗L（L ≥1）通 常归因于传输线衰减、滤波损耗和天线损耗，L＝1则表明系统硬件中 无损耗。 由自由空间公式1可知，接收功率随T－R距离的平方衰减，即接收功 率衰减与距离的关系为20dB/10倍程。
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电离层反射波超视距通讯途径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山体绕射波阴影区域信号来源?就电波传播而言发射机同接收机间最简单的方式是自由空间传播
第三章无线传播理论 与模型
自由空间传播模型
路径损耗，表示信号衰减，单位为dB的正值，定义为有效发射功率和 接收功率之间的差值，可以包括也可以不包括天线增益。 当包括天线增益时，自由空间路径损耗为：
Gt Gr 2 Pt PL(dB) 10 log 10 log 2 2 Pr ( 4 ) d
无线电波传播原理及主要传播模型
无线电波传播原理1无线电波传播原理• 1.1 电磁场与电磁波基础• 1.2 无线电波传播原理• 1.3 无线传播环境• 1.4 无线信道分析1.1 电磁场与电磁波基础1820年奥斯特电磁1831年法拉第磁电产生产生变化的电场磁场变化的磁场电场激发?电磁场理论麦克斯韦在总结前人工作的基础上，提出了著名的电磁场理论（经典电磁场理论），指出变化电场和变化磁场形成了统一的电磁场，预言电磁场能以波动的形式在空间传播，称为电磁波；并得到电磁波在真空中传播的速度等于光速，从而断定光在本质上就是一种电磁波。
后来，赫兹用振荡电路产生了电磁波，使麦克斯韦的学说得到了实验证明，为电学和光学奠定了统一的基础。
因此，麦克斯韦的经典电磁场理论是人类对电磁规律的历史性总结，是19世纪物理学发展的最辉煌成就，是物理学发展史上一个重要的里程碑。
电磁波的诞生赫兹----德国物理学家赫兹对人类伟大的贡献是用实验证实了电磁波的存在，发现了光电效应。
1888年，成了近代科学史上的一座里程碑。
开创了无线电电子技术的新纪元。
赫兹用各种实验，证明了不仅电磁波的性质和光波相同，而且传播速度也相同，并可发生反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，即电磁波服从一般波动所具有的一切规律。
如果空间的电场或磁场变化是周期性的，我们用周期和频率来描述变化快慢。
电磁场变化过程中产生的电磁波的频率等于电磁场的变化频率；电磁波在传播中从一种介质进入另一种介质时，其频率不会发生改变，但其传播速度会发生改变。
电磁波的应用从1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在，1895年俄国科学家波波夫发明了第一个无线电报系统。
1914年语音通信成为可能。
1920年商业无线电广播开始使用。
20世纪30年代发明了雷达。
40年代雷达和通讯得到飞速发展，自50年代第一颗人造卫星上天，卫星通讯事业得到迅猛发展。
如今电磁波已在通讯、遥感、空间控测、军事应用、科学研究等诸多方面得到广泛的应用。
无线电通信的起源1897 年：马可尼完成无线通信试验——电报发收两端距离为18 海里试验是在固定站与一艘拖船之间进行的20 世纪初：两次世界大战导致无线通信蓬勃发展步话机、对讲机等1941 年美陆军就开始装备步话机短波波段，电子管电磁波分类-按传输方式电磁波分类-按传输方式电磁波分类-按波长电磁波分类-按波长各波段电磁波特点长波通信：沿地面传播，衰减小、穿透能力强 中波通信：地波传播及夜晚电离层反射传播 短波通信：天波传播，适合远距离传输超短波通信：直线传播，视距通信，广播电视、移动通信微波通信：工作频带宽，长距离接力通信第1讲无线电波传播原理• 1.1 电磁场与电磁波基础• 1.2 无线电波传播原理• 1.3 无线传播环境• 1.4 无线信道分析传播途径①建筑物反射波②绕射波③直射波④地面反射波①建筑物反射波②绕射波③直射波④地面反射波第1讲无线电波传播原理• 1.1 电磁场与电磁波基础• 1.2 无线电波传播原理• 1.3 无线传播环境• 1.4 无线信道分析1.3 无线传播环境•问题：移动通信比较固定通信有那些特殊性呢?•多径无线传播无线路径是一个很复杂的传播媒介•手机发射功率有限手机的发射功率客观限制了蜂窝小区的服务范围手机电池寿命和对人体危害决定了发射功率大小•频率资源有限带宽一定信道编码等占用额外频率资源频率需要被重复利用==> 产生同频干扰•用户行为的不确定性第1讲无线电波传播原理• 1.1 电磁场与电磁波基础• 1.2 无线电波传播原理• 1.3 无线传播环境• 1.4 无线信道分析无线信道分析在移动通信研究中的意义无线通信系统的信道十分复杂：9地理环境的复杂性和多样性9用户移动的随机性9多径传播无线信道是制约移动通信质量的主要因素无线信道是研究各种技术的主要推动力量无线信道的建模对于整个移动通信系统仿真的正确性和可靠性有着举足轻重的意义1.4 无线信道分析•无线信道中的损耗一般分为三个层次：—大尺度（又称路径损耗）【path loss】—中等尺度（阴影衰落、慢衰落）【shadowing】—小尺度衰落（快衰落）【fast fading】无线信道分析场强平均值随距离增加而衰减（路径损耗，大尺度衰落）•电磁波在空间传播的损耗场强中值呈慢速变化（慢衰落，阴影衰落，中等尺度衰落）•由地形地貌导致场强瞬时值呈快速变化（快衰落，小尺度衰落）•多径效应——由移动体周围的局部散射体引起的多径传播，表现为快衰落•多普勒效应——由移动体的运动引起，多径条件下引起频谱展宽三种衰落区别•大尺度衰落主要是路径损耗，可用自由空间传播模型来近似；其特点是：慢变，信道在很长时间内可以认为是恒定的，而且衰落的幅度很小。
无线信号传播模型简介
无线信号传播模型简介概述无线电波信道要成为稳定而高速的通信系统的媒介要面临很多严峻的挑战。
它不仅容易受到噪声、干扰、阻塞（blockage）和多径的影响，而且由于用户的移动，这些信道阻碍因素随时间而随机变化。
在这里，由于路径损耗和信号阻塞，我们试图找出接收信号强度随距离而变化的规律。
路径损耗（path loss）——被定义成接收功率和发射功率之差——是发射机的辐射和信道传播效应引起的功率损耗引起的。
路径损耗模型假设在相同的发射——接收距离下，路径损耗是相同的。
信号阻塞（signal blockage）是接收机和发射机之间吸收功率的障碍物引起的。
路径损耗引起的变化只有距离改变很大（100—1000米）时才明显；而信号阻塞（signal blockage）引起的变化对距离要敏感得多，变化的尺度与障碍物体的尺寸成比例（室外环境是10-100米，室内环境要小一些）。
由于路径损耗和信号阻塞引起的变化都是在较大的距离变化下才比较明显，它们有时候被称为大尺度传播效应。
而由于大量多径信号分量相互之间的相加（constructive）干涉和相消（destructive）干涉引起的信号强度变化在很短的距离下——接近信号的波长——就很明显，因此这种改变被称为小尺度传播效应。
下图是综合了路径损耗、阻塞和多径三种效应后，接收功率和发射功率的比值随距离而变化的假设图。
在简单介绍了信号模型后，我们先从最简单的信号传播模型讲起——自由空间损耗。
两点之间既没有衰减又没有反射的信号传播遵循自由空间传播规律。
接着我们介绍射线追踪（ray tracing）传播模型。
这些模型都是用来近似模拟可以由麦克斯韦方程组严格计算的电磁波传播模型。
当信号的多径分量比较少时，这些模型的准确度很高。
射线追踪（ray tracing）传播模型受信号传播所在区域的几何形状和导电特性的影响很大。
我们还列出了一些更简化的、参数更少的、主要应用于实际网络的工程分析和无需复杂计算的网络设计的通用传播模型。
无线传播模型介绍、校正工作流程和案例解读
15
CW Test
扫频测试
扫频测试是保证当前测试的频段内无 强干扰或二次谐波干扰
需要在模拟发射关闭的情况下进行测 试
16
CW Test
CW测试路线的规划
如果测试中发射天线使用全向天线，则应该在围绕发射机的各方向规划均 匀的路线；如果使用定向天线，应该在天线主波瓣覆盖区域中规划路线
据
22
Atoll传播模型校正
数据离散
利用随机过程的理论分析移动通信的传播，可表示为：
r(x) = m(x)r0(x) --x为距离 --r(x)为接收信号 --r0(x)为瑞利衰落 --m(x)为本地均值
C 1
C 2
C 3 C 4
C 5
C1，C2 用于描述距发信机1km 内路径损耗 C1-1km 以内，发信机发射频率相关项 C2-1km 以内，发信机天线高度相关项 C3-1km 以外，路径损耗校正参数 C4-1km 以外，与发信机有效天线高度相关项 C5-基于不同无线环境的路径损耗校正项 C1，C2，C3，C4，C5 为用户自定义项，用户可以根据当地无线
a(Hm) : correction factor for the mobile antenna height medium-small city : a(Hm) = [0.7 - 1.1log(f)](Hm)+ 1.56log(f) -0.8 large city : 200 MHz and below a2(Hm) = 1.1 - 8.29log2[1.54 Hm] 400 MHz and above a4(Hm) = 4.97 - 3.2log2[11.75 Hm]
K值范围：
无线电波传播模型及其优化研究
无线电波传播模型及其优化研究随着无线通信技术的不断发展和应用，无线电波传播模型成为研究的热点之一。
它主要研究无线电信号在不同环境下的传播规律，为无线通信系统提供优化方案。
本文将介绍无线电波传播模型及其优化研究的相关内容。
一、无线电波传播模型无线电波传播模型主要用于描述无线信号在空气中通过自由空间、大气、地面等不同传播模式下的传播规律。
具体地说，无线电波传播模型包括自由空间传播模型、二元模型、多径模型、衰减模型等。
这些模型都适用于不同的环境和情况下。
1. 自由空间传播模型自由空间传播模型是最基础的无线电波传播模型之一，指的是无线信号在真空中传播时的情况。
它利用弱化的电磁辐射公式，描述无线信号的衰减规律，衰减强度与距离的平方成反比。
这种传播模型仅适用于真空或类似真空的空间，并且不考虑其他介质的影响。
2. 二元模型二元模型是一种经典的无线电波传播模型，也称作大地衰减模型。
它主要用于描述无线信号在陆地上的传播规律，衰减规律与距离的平方成反比。
二元模型的优点在于简单易行，但它仅适用于平坦地区，并不适用于山区和城市。
3. 多径模型多径模型是一种复杂的无线电波传播模型，它描述了无线信号在复杂的环境中的传播规律。
当无线信号被建筑物、树木等阻挡时，会在不同方向上产生反射、散射等多种传播模式，导致信号衰减、多径扩散等现象。
多径模型考虑了这些因素的影响，并且通过使用矢量和矩阵的运算，对复杂的无线信号进行分析和建模。
4. 衰减模型衰减模型用于描述无线信号在空气中传播时所受到的衰减效应，即无线信号的能量随距离呈现指数衰减。
衰减模型可以控制无线信号在不同环境下的传输范围和信噪比，从而提高通信质量和网络容量。
衰减模型还可以用于建立传输信噪比图，帮助无线通信系统的设计和建设。
二、无线电波传播模型的优化研究在现实应用中，无线电波传播模型需要不断优化和完善，以适应各种环境和要求。
下面是几种无线电波传播模型的优化方法。
1. 建筑物阻挡效应建筑物是城市化进程中不可避免的要素，同时也是阻碍无线信号传播的最主要的因素之一。
无线电波传播原理及主要传播模型
信道 噪声源
数字通信的特点
– 1. 抗干扰能力强，可消除噪声积累
– 2. 差错可控，传输性能好 – 3. 便于与各种数字终端接口，用现代计算技 术对信号进行处理、加工、变换、存储， 形成智能网 – 4. 便于集成化，从而使通信设备微型化 – 5.便于加密处理，且保密强度高
数字通信的缺点
数字通信的许多优点都是以比模拟通信占 据更宽的系统频带为代价而换取的。
无线电波的基本传播机制
直射：
自由空间传播
(4 )2 d 2 f 2 L自由空间(d ) c2
反射：
当无线电波遇到比波长大得多的物体时，发生反射。反射发生在地 球表面、建筑物和墙壁表面等
绕射：
当发射机和接收机之间的传播路径被尖锐的边缘阻挡时，发生绕射
散射：
当无线电波的传播路径上存在小于波长的物体、并且单位体积内这 种障碍物体的数目非常巨大时，发生散射。散射发生在粗糙表面、 小物体或其它不规则物体，如树叶、街道标志和灯柱等
• • • • 1.1 电磁场与电磁波基础 1.2 无线电波传播原理 1.3 无线传播环境 1.4 无线信道分析
传播途径
1.2 无线电波传播原理
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
①建筑物反射波 ①建筑物反射波 ②绕射波 ②绕射波 ③直射波 ③直射波 ④地面反射波 ④地面反射波
S C W log 2 (1 ) N 例如：带宽为2MHz,信号与噪声功率的比值为0dB,则 S C W log(1 ) 2MHz log 2 (1+1)=2Mbps N
MF000005 无线传播理论 ISSUE1.0
模型校正实例
课程内容
第一章 无线传播原理 第二章 无线传播环境 第三章 无线传播模型 第四章 传播模型校正
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
数字高程模型DEM 地物覆盖模型DOM
线状地物模型LDM
建筑物矢量模型BDM
数字化地图的精度
城区宏蜂窝20M精度 微蜂窝预测选5M精度Biblioteka 郊区农村50M/100M精度
模型校正实例
深圳市区模型校正结果 (深圳密集市区)
K1 = 164.20 K2 = 45.00 K3 = -2.88 K4 = 0 K5 = -13.82 K6 = -6.55 K7 = 0.20
无线传播模型
华为规划软件模型（二）
Clutter衰耗值 Inland Water Wetland Open Areas Rangeland Forest Industrial&Commercial Areas Village Parallel_Low_Buildings Suburban Urban Dense urban High Building 参考值 -3.00 -3.00 -2.00 -1.00 13.00 5.00 -2.90 -2.50 -2.50 0 5 16
无线传播环境
电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境 直接决定传播模型的选取。影响环境的主要因素： • 自然地形（高山、丘陵、平原、水域） • 人工建筑的数量、分布、材料特性 • 该区域植被特征 • 天气状况 • 自然和人为的电磁噪声状况
无线传播信道模型理论20页PPT
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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传播途径
无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：直射波或地面反 射波、绕射波、对流层反射波、电离层反射波。如图所示。 还有了一种：表面波的传播方式，主要利用左边这两种。
学习完本课程，您应该能够：
掌握无线传播理论基本知识
掌握传播模型的作用，记住几种常用模型的名称和适用范围。
理解链路预算的基本参数和计算方法。
了解一些产品在覆盖规划中如何应用
无线传播理论概述
电磁波传播的机理是多种多样的，但总体上可以归结为反射、绕射和散 射。大多数蜂窝无线系统运作在城区，发射机和接收机之间一般不存在 直接视距路径，且存在高层建筑，因此产生了绕射损耗。此外由于不同 物体的多路径反射，经过不同长度路径的电磁波相互作用产生了多径损 耗，同时也存在随着发射机和接收机之间距离的不断增加而引起电磁强 度的衰减。 对传播模型的研究，传统上集中于给定范围内平均接收场强的预测，和 特定位臵附近场强的变化。对于预测平均场强并用于估计无线覆盖范围 的传播模型，由于它们描述的是发射机和接收机之间（T－R）长距离（ 几百米或几千米）上的场强变化，所以被称为大尺度传播模型。另一方 面，描述短距离（几个波长）或短时间（秒级）内的接收场强的快速波 动的传播模型，称为小尺度衰减模型。
无线传播理论概述
当移动台在极小的范围内移动时，可能引起瞬时接收场强的快速波动， 即小尺度衰减。其原因是接收信号为不同方向信号的合成。由于相位变 化的随机性，其合成信号变化范围很大。在小尺度衰减中，当接收机移 动距离与波长相当时，其接收场强可以发生3或4个数量级（30dB或 40dB）的变化。当移动台远离发射机时，当地平均场强逐渐减弱，该 平均接收场强由大尺度传播模型预测。典型地，当地平均接收场强由从 5 到40 范围内信号测量平均值计算得到，对于频段从1GHz到2GHz的蜂 窝系统，相应测量在1米到10米范围内。
无线信号三种基本传播机制
在移动通信中，影响传播的三种最基本的机制为反射、绕射和散射。 接收功率（或它的反面，路径损耗）是基于反射、散射和绕射的大尺 度传播模型预测的最重要的参数。这三种传播机制也描述了小尺度衰 弱和多径传播。 当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生发射，发射发生于地球表面 、建筑物和墙壁表面。 当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。由 阻挡表面产生的二次波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。当接收机 和发射机之间不存在视距路径，围绕阻挡体也产生波弯曲。在高频波 段，绕射与反射一样，依赖于物体的形状，以及绕射点入射波振幅、 相位和极化的情况。 当电磁波穿行的介质中存在小于或等于波长的物体并且单位体积内阻 挡体的个数非常巨大时，发生散射。散射波产生于粗糙表面、小物体 或其它不规则物体。在实际通信系统中，树叶、街道标志和灯柱都会 引发散射。
G
4A
2
有效截面Ae 与天线的物理尺寸相关， 则与载频相关：
自由空间传播模型
c 2c f c
公式 （3）
其中， f为载频Hz； Wc为载频，rad/s；c为光速，m/s。 Pt和Pr 必须有相同单位， Gt和Gr为无量纲量。综合损耗L（L ≥1）通 常归因于传输线衰减、滤波损耗和天线损耗，L＝1则表明系统硬件中 无损耗。 由自由空间公式1可知，接收功率随T－R距离的平方衰减，即接收功 率衰减与距离的关系为20dB/10倍程。
自由空间传播模型
各方向具有相同单位增益的理想全向天线，通常作为无线通信系统的 参考天线。等效各向同性辐射功率（EIRP）定义为： 公式 （4）
EIRP Pt Gt
表示同全向天线相比，可由发射机获得的在最大天线增益方向上的最 大发射功率。 实际上用有效发射功率（ERP）代替EIRP，来表示同半波偶极子天线 相比的最大发射功率。由于偶极子天线具有1.64的增益（比全向天线 高2.15dB），因此对于同一传输系统，ERP比EIRP低2.15dB。实际上 ，天线增益是以dBi为单位与全向天线相比的dB增益或以dBd为单位 与半波偶极子天线相比的dB增益。
不同频段内的频率具有不同的传播特性
无线传播理论概述
无线电波分布在3Hz到3000GHz之间，在这个频谱内划分为12个带， 如上表。在不同的频段内的频率具有不同的传播特性。 频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远；而且频率越低，绕射能力 越强，建筑物内覆盖效果越好。但是，低频段频率资源紧张，系统容 量有限，因此主要应用于广播、电视、寻呼等系统。 高频段频率资源丰富，系统容量大；但是频率越高，传播损耗越大， 覆盖距离越近；而且频率越高，绕射能力越弱，建筑物内覆盖效果越 差。而且频率越高，技术难度越大，系统的成本也相应提高。 移动通信系统选择所用频段要综合考虑覆盖效果和容量。UHF频段与 其他频段相比，在覆盖效果和容量之间折衷的比较好，因此被广泛应 用于移动通信领域。当然，随着人们对移动通信的需求越来越多，需 要的容量越来越大，移动通信系统必然要向高频段发展。
d
d
d 2D
其中，D为天线的最大物理尺寸。此外对于远地地区， ： 和
d f D
d f
df
必须满足
自由空间传播模型
显而易见公式1不包括d＝0的情况。为此，大尺度传播模型使用近地距 ) d 的 Pr 离 0 作为接收功率的参考点。当 d d 0 时，接收功率 Pr (d与 0 P ( d ) 相关。 r 0 可由公式（1）预测或由测量的平均值得到。参考距离必须 选择在远场区，即 d0 d f ，同时 d 0 小于移动通信系统中所用的实际距 离。这样，使用公式（1），当距离大于 d 0 时，自由空间中接收功率为 2 d 0 P ( d ) P ( d ) d d 0 d f 公式 （8） r r 0 d 在移动无线系统中，经常发现 Pr 在几平方公里的典型覆盖区内，要发 生几个数量级的变化。因为接收电平的动态范围非常大，经常以dBm或 dBW为单位来表示接受电平。公式（8）可以表示成以dBm或dBW为单 位，只要公式两边均乘以10。例如，如果 P 单位为dBm，接收功率为 r ： P (d )dBm 10log Pr (d 0 ) 20log d 0 d d0 d f r 0 . 001 W d 公式 （9） Pr (d 0 ) 其中， 单位为瓦。
无线传播理论概述
Frequency 3-30Hz 30-300Hz 300-3000Hz 3-30KHz 30-300KHz 300-3000KHz 3-30MHz 30-300MHz 300-3000MHz 3-30GHz 30-300GHz 300-3000GHz Classification Extremely Low Frequency Voice Frequency Very-low Frequency Low Frequency Medium Frequency High Frequency Very High Frequency Ultra High Frequency Super High Frequency Extremely High Frequency Designation ELF VF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
公式 （5）
当不包括天线增益时，设定天线增益具有单位增益。其路径损耗为：
2 Pt PL(dB) 10 log 10 log 2 2 Pr ( 4 ) Friis自由空间模型仅当d为发射天线远场值时使用。天线的远场定义为 超过远场距离 的地区， 与发射天线截面的最大线性尺寸和载 f f 波波长有关： 2 f
自由空间传播模型
路径损耗，表示信号衰减，单位为dB的正值，定义为有效发射功率和 接收功率之间的差值，可以包括也可以不包括天线增益。 当包括天线增益时，自由空间路径损耗为：
Gt Gr 2 Pt PL(dB) 10 log 10 log 2 2 Pr ( 4 ) d
第三章无线传播理论 与模型
网讯教育
无线传播理论与模型
摘要 本章首先介绍无线传播理论，着重介绍了自 由空间传播模型，电场与功率的关系，以及 三种基本传播机制。然后介绍无线传播模型 ，包括传播模型概述和分类，并分别介绍宏 小区、微小区和室内传播模型。最后介绍了 传播模型在蜂窝技术中的应用。
学习目标
无线信号三种基本传播机制
1． 反射（无线电波遇到远大于波长的障碍物表面） 电波在不同性质的介质交界处，会有一部分发生反射，一部分通过。如果 平面波入射到理想电介质的表面，则一部分能量进入第二个介质中，一部 分能量反射回到第一介质，没有能量损耗。如果第二介质为理想发射体， 则所有能量被反射回第一介质，无能量损耗。反射波和传输波的电场强度 取决于费涅尔（Fresnel）反射系数 。反射系数为材料的函数，并与极性 、入射角和频率有关。 一般来说，电磁波为极化波，即在空间相互垂直的方向上同时存在电场分 量。极化波在数学上可表示成两个空间相互垂直成分的和，例如水平和垂 直，左手环和右手环成分等。对一定的极性，可通过叠加计算反射场。
PG G P (d ) (4 ) d L
其中， Pt为发射功率； P r(d)是接收功率，为T－R距离的函数； Gt是发 射天线增益； Gr是接收天线增益； d是T－R间距离，单位为米；L是与传播无关的系统损耗因子； 为波长 ，单位米。 天线增益与它的有效截面相关，即： e 公式 （2）
d
自由空间传播模型
在实际使用低增益天线，1～2GHz地区的系统中，参考距离 d 0 在室 内环境典型值取为1m，室外环境取为100m或1km，这样公式（8）和 公式（9）中的分子为10的倍数。这就使以dB为单位的路径损耗计算 很容易。
陆地移动通信中的无线信号
基站发出的无线电信号的传播路径损耗受地面地形地 物的影响很大，基站越高信号传得越远。 无线电波传播极其复杂，受到反射、绕射和散射等多 径传播的影响，有时会引起严重的信号衰落 。 无线电波传播还和频率相关，频率越高，传播路径损 耗越大，绕射能力越弱，传播的距离也越近。