Longley-Rice无线电波传输模型
Longley-Rice
Longley-Rice 模型Longley-Rice 模型也被称为不规则地面模型（ITM ），它预测了在自由空间中由地形的非规则性造成的中值传输衰落。
该模型适用于频段为20MHz~40GHz 、路径长度为1~2000km 的情况。
在Longley-Rice 模型中，利用地貌地形的路径几何学和对流层的绕射性预测中值传输衰落，采用双线地面反射模型用于模拟地平线以内的传输场强；采用Fresnel-Kirchoff 刃形模型模拟绕射损耗；用前向绕射理论对长距离对流散射进行预测；并使用Van der Pol-Bremmer 方法来预测双地平线路径的远地绕射损耗；同时也参考了ITS 不规则地形模型。
Longley-Rice 模型已有了通用的计算机程序，以计算大尺度传输损耗。
对于给定的传输路径，计算机程序通过频率、路径长度、极化方向、天线高度、表面绕射率、地面有效半径和地面导电常数等参数可以确定传输损耗的大小。
Longley-Rice 模型有两种模式。
当地形路径数据很详细时，特定路径参数就很容易被确定。
这种预测方式为“点到点预测”。
如果地形地貌数据不够准确，可以利用Longley-Rice 模型估计特定参数的值。
这样的预测方式为“区域预测”。
Longley-Rice 模型给出了超过自由空间的传输损耗fs L 的用户自定义公式（fs L 是沿路径的链路距离的函数）。
本模型的输出即为超过自由空间的传输损耗参考中值。
12()log ref el A d A k d k d=++ m i n Ls d d d <<()ref ed d A d A m d =+ L s x d d d << ()ref es d A d A m d=+ x d d >式中，m in Ls d d d <<为视距传播距离，Ls x d d d <<为衍射传播距离，x d d >为散射传播距离。
无线电传输模型简介
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 MHz2) 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。
海面电波传播损耗模型研究与仿真
蠢的海上编陵场强预溺蘩ｊ用Ｌｏｎｇｌｅｙ－Ｒｉｃｅ模登更
合适，Ｌｏｎｇｌｅｙ—Ｒｉｃｅ模型考虑了更多的与地形有荧
的因素，包括海面折射率、海霹导电率、介电常数以
及海浪潮灞度等，逐考虑了不同的气候类型和天线
的位置标准等。下面通过对两种模型的仿真分析，
并利用文献提供的特定环境下的实测数据与两种模
型的仿真结果对援：，得出在辩海上编队接收信号场
些参数对待输寝减酶影响。
通信距离／ｋｉｎ
圈ｌ Ｏｋｕｍｕｒａ－Ｈａｔａ预测模型傍囊结果
１．２ Ｌｏｎｇｌｅｙ－Ｒｉｃｅ模型衰落预测仿真分析 Ｌｏｎｇｌｅｙ－Ｒｉｃｅ模型以传播理论为依据，阕时结
合了数千缰实溯数据，送此称其为半经验预测模型。 该模型预测损耗值的计算基于不同传播范围［３］：（１） 在襁距内，以发射传援搬铡为主，熙双线模型计算； （２）在超视距，以衍射传播机制为主，但对予不规爱｛ｊ 地形，有两种理论用于计算衍射损耗，它们分别适用 予毒努球形僵光滑翡地面翻ｊ≥常不规则的地谣，用刀 刃横型计算，超视距衍射损耗计算结果是以上两种 理论计算结果的加权（３）对于更远距离（大大超出地 乎线），以裁囊教射传援撬麓为主。Ｌｏｎｇｌｅｙ－Ｒｉｃｅ摸
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｈｕｎａｎ ４１００７３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎａｖｙ Ｈｅａｄｑｕａｒｔｅｒｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｉｐ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃｈａｎｎｅｌ，ａ ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｌｏｎｇｌｅｙ－Ｒｉｃｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔｅ ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｏｆ ｒａｄｉｏ ｗａｖｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａ— ｌｏｎｇ ｔｈｅ ｓｅａ ｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｋｕｍｕｒａ—Ｈａｔａ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ Ｌｏｎｇｌｅｙ－Ｒｉｃｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｄａｔａ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａ— ｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｒａｄｉｏ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ；ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ；Ｌｏｎｇｌｅｙ—Ｒｉｃｅ ｍｏｄｅｌ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
无线电波传播模型与覆盖预测
无线电波传播模型与覆盖预测河北全通通信有限责任公司工程部网络服务组二0 0二年四月二十日第一节无线传播理论1.1 无线传播基本原理在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传播特性的研究、了解和据此进行的场强预测。
它是进行系统工程设计与研究频谱有效利用、电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论。
众所周知，无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：直达波或自由空间波、地波或表面波、对流层反射波、电离层波。
如图1-1所示。
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。
自由空间指该区域是各向同性（沿各个轴特性一样）且同类（均匀结构）。
自由空间波的其他名字有直达波或视距波。
如图1-1（a），直达波沿直线传播，所以可用于卫星和外部空间通信。
另外，这个定义也可用于陆上视距传播（两个微波塔之间），见图1-1（b）。
第二种方式是地波或表面波。
地波传播可看作是三种情况的综合，即直达波、反射波和表面波。
表面波沿地球表面传播。
从发射天线发出的一些能量直接到达接收机；有些能量经从地球表面反射后到达接收机；有些通过表面波到达接收机。
表面波在地表面上传播，由于地面不是理想的，有些能量被地面吸收。
当能量进入地面，它建立地面电流。
这三种的表面波见图1-1（c）。
第三种方式即对流层反射波产生于对流层，对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。
它的反射系数随高度增加而减少。
这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲。
如图1-1（d）所示。
对流层方式应用于波长小于10米（即频率大于30MHz）的无线通信中。
第四种方式是经电离层反射传播。
当电波波长小于1米（频率大于300MHz）时，电离层是反射体。
从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，见图1-1（e）。
这种传播用于长距离通信。
除了反射，由于折射率的不均匀，电离层可产生电波散射。
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。
无线电波传播模型的应用与分析
无线电波传播模型的应用与分析在现代通信领域，无线电波传播模型扮演着至关重要的角色。
它们是我们理解和预测无线电信号在不同环境中传播特性的有力工具，对于无线通信系统的规划、设计、优化以及性能评估都具有不可或缺的意义。
无线电波传播模型的种类繁多，每种模型都有其适用的场景和局限性。
常见的传播模型包括自由空间传播模型、OkumuraHata 模型、COST 231-Hata 模型、射线跟踪模型等。
自由空间传播模型是最简单也是最基础的模型。
它假设信号在无障碍物的理想自由空间中传播，不考虑地形、建筑物等因素的影响。
这个模型适用于卫星通信等长距离、空旷环境下的粗略估计。
但在实际的城市、山区等复杂环境中，其预测结果往往与实际情况相差较大。
OkumuraHata 模型则是一种基于大量实测数据建立起来的经验模型，适用于频率在 150 MHz 到 1500 MHz 之间的城区环境。
它考虑了基站天线高度、移动台天线高度以及通信距离等因素对信号衰减的影响。
然而，对于一些特殊的地形地貌，如山区、水域等，该模型的准确性可能会有所下降。
COST 231-Hata 模型是在 OkumuraHata 模型的基础上发展而来，对频率范围进行了扩展，适用于 1500 MHz 到 2000 MHz 的频段。
它在城市环境中的预测效果相对较好，但在农村和郊区等场景的应用中仍存在一定的局限性。
射线跟踪模型是一种基于几何光学和电磁理论的确定性模型。
它通过追踪无线电波从发射源到接收点的传播路径，考虑了反射、折射、绕射等多种传播机制。
这种模型能够提供非常精确的预测结果，但计算复杂度较高，通常需要大量的计算资源和时间。
无线电波传播模型在无线通信系统的规划和设计中发挥着重要作用。
在网络规划阶段，工程师们可以利用传播模型来估算基站的覆盖范围、信号强度以及容量，从而确定基站的位置、数量和发射功率等关键参数。
例如，在城市中心区域，由于建筑物密集，信号衰减较大，需要增加基站密度以保证良好的覆盖；而在郊区或农村地区，由于地形开阔，信号传播条件较好，可以适当减少基站数量，降低建设成本。
小尺度衰落与多径效应
fc 300MHz fc 300MHz
郊区与农村的路径损耗
郊区路径损耗 L50 (dB) L50 (urban) 2 log fc / 282 5.4
农村路径损耗
L50(dB) L50(urban) 4.78log fc2 18.33log fc 40.94
Hata模型的PCS扩展
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卫星中继信道
是无线电接力信道的一种特殊形式，由通信卫星、 地球站、上行线路及下行线路组成。
主要特点：
卫星与地球站之间的电波传播路径大部分在大气 层以外的空间，其传播损耗可近似按自由空间作 估算。
传播距离远，损耗较大，时延较大。
地球站至卫星的仰角较大，不易受地面反射的影 响，缓解了多径效应引起的快衰落。地球站附近 的高大建筑物造成的阴影效应仍会引起慢衰落。
常用传播模型
Longley-Rice Model Durkin’s Model Okumura Model Hata Model PCS extension to Hata Model Walfisch and Bertoni Model Wideband PCS Microcell Model
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建筑物的穿透损耗
影响因素：
建筑物高度 工作频率 基站天线高度
结论：
f↑→损耗↓ 层高的影响：
Walker测试:1～15层：每层减少1.9dB，15层以上递增； Tutkmani测试1～9层：每层减少2dB，9层以上递增；
其它影响因素：有无窗口（差6dB）、窗体占墙面 的百分比、窗体材料等。
频率选择性衰落，Frequency selective fading 时间选择性衰落，Time selective fading 空间选择性衰落，Space selective fading
400M传播特性及衰落
400MHz频段无线电传播特性及衰落UHF(30MHz< f< 3000MHz) 该频带内，安排有大量固定和移动业务。
该频段除了低端之外，通常不是通过有规则的电离层来进行电波传播的。
气候只对超折射和传导有影响，这是由大气折射指数中正常梯度的变化引起的。
除了自由空间传播外，对流层散射和绕射也是很重要的。
我们可以按照下述各种特定传播环境的传播模型来估算电波的传播损耗。
（1）自由空间传播模型通常把电磁波在真空中的传播称之为“自由空间传播”。
在某些环境中，假定有用信号只是由于在自由空间所产生的传播损耗。
也就是说，把大气看成为近似真空的均匀介质，电磁波沿直线传播，不发生反射、折射、绕射和散射等现象，这时在大气中的传播就等效于自由空间传播，它只与频率f和距离d有关。
（2）平坦大地的绕射模型适合大于视距的传播范围，对有用信号的预测需要考虑地球的曲率。
（3）粗糙大地上的传播模型适合于世界特定地区和特别粗糙大地上的传播。
（4）OKUMURA－HATA模型以距离和发射机天线的高度为依据。
校正这个损耗须要以建筑物在接收位置附近的百分率、路径类型（陆地、海洋、混合）和大地不规则度为依据，主要用于大城市和郊区环境的传播损耗和场强预测。
（5）LONGLEY－RICE(ITS)模型可用来估算地波和对流层散射的传播衰减。
这个模型是统计模型，也就是预测中值场强和估计信号随时间与空间的变化。
另外，还必须考虑到其他有可能造成干扰的传播机理，包括电离层传播机理，有可能随季节和昼夜时间变化；通过偶尔发生的E层，有可能允许在约70MHz频率上进行长距离传播。
此外还有超折射和大气波导等。
400MHz频段的电波属于微波波段，该波段是指频率为300-3000MHz(波长为0.1-1m)的电波，称为特高频(UHF)。
一般来说微波(UHF)频率电波的传播，电波穿透电离层不再返回地面，地波在地面上传播时，由于波长比较短，地面上与使用波长可比拟的物体多，绕射困难，形成阻隔，造成地波衰减严重，因此主要依靠空间直射波传播，也称为视距传播。
实验二RICE信道模型仿真
实验二RICE信道模型仿真实验目的和要求1、学习移动通信系统信道概念；2、了解移动通信系统信道多径效应与瑞利分布；3、搭建RICE信道模型系统观察多径效应对移动通信性能的影响。
实验内容1、搭建RICE信道模型系统并完成调试。
2、绘制并分析各种情况下系统的BER曲线。
主要实验仪器与器材1.安装有System View软件的计算机实验指导多径效应多径效应移动体(如汽车)往来于建筑群与障碍物之间，其接收信号的强度，将由各直射波和反射波叠加合成。
多径效应会引起信号衰落。
各条路径的电长度会随时间而变化，故到达接收点的各分量场之间的相位关系也是随时间而变化的。
这些分量场的随机干涉，形成总的接收场的衰落。
各分量之间的相位关系对不同的频率是不同的。
因此，它们的干涉效果也因频率而异，这种特性称为频率选择性。
在宽带信号传输中，频率选择性可能表现明显，形成交调。
与此相应，由于不同路径有不同时延，同一时刻发出的信号因分别沿着不同路径而在接收点前后散开，而窄脉冲信号则前后重叠。
多径效应某些情况下满足瑞利分布。
瑞利分布一个均值为0，方差为σ2的平稳窄带高斯过程，其包络的一维分布是瑞利分布。
其表达式及概率密度如图所示。
瑞利分布是最常见的用于描述平坦衰落信号接收包络或独立多径分量接受包络统计时变特性的一种分布类型。
两个正交高斯噪声信号之和的包络服从瑞利分布。
Rice衰落信道当多径扩展远远小于信号的符号周期时，衰落信道模型经常用于仿真通信系统在多径信道上的性能。
通常我们假设衰落过程相对于信号的符号速率要慢得多，因此我们可以精确地估计信号的相位。
所以我们只需考虑幅度衰落带来的影响，而不必关心相位的影响。
同时还假设符号间的衰落是相互独立的。
Rice衰落信道模型经常用于仿真一个因直射路径和多个散射路径共同产生的幅度衰落信道模型。
通常假设这些路径的延迟远远小于信号带宽的倒数，即延迟远小于符号宽度。
一个信号x(t)经过Rice信道后的输出y(t)可以表示为：这里z(t)是幅度衰落因式，它表示为：这里x1(t)和x2(t)是高斯随机变量N(0,σ),衰落信道的功率由以下条件归一化表示：A和σ的值由Rice衰落因子K决定。
中国移动通信电波传播特点与原理
3.1.7 莱斯（Riceam）衰落分布
在移动通信中，如果存在一个起支配作用的 直达波（未受衰落影响），此时，接收端接
收信号的包络为莱斯（Riceam）分布。
P(r)
r
02
(r2 A2 )
e
2 2
I
0
(
Ar
2
)
A 0, r 0 r0
设
若
莱斯分布 瑞利分布
3.2 电波传播特性的估算（工程计算）
图3-4 绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系
3.1.4 反射波
电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑 界面时，就会发生反射现象。
图3-5给出了从发射天线到接收天线的电波由反 射波和直射波组成的情况。反射波与直射波的 行距差为：
d a b c 2hT hR d
两路信号到达接收天线的时间差换算成相位差 为：
在求郊区或开阔区，准开阔区的传播衰耗中 值时，应在市区衰耗中值的基础上，减去由 图3-9或3-10查得的修正因子。
图3-9 郊区修正因子
图3-10 开阔区、准开阔区修正因子
⒊ 不规则地形上的传播衰耗中值
⑴丘陵地的修正因子
丘陵地的地形参数可用“地形起伏”高度 △h表示。其定义是：自接收点向发射点延 伸10km范围内，地形起伏的90%与10%处的 高度差。
⒋任意地形的信号中值预测
⑴ 计算自由空间的传播衰耗 根据式（3-1），自由空间的传播衰耗Lbs为：
⑵计算准平滑地形市区的信号中值
⑶计算任意地形地物情况下的信号中值
LA LT KT
(3.22)
KT k mr Q0 Qr k h k hf k js k sp k s
KT为地形地物修正因子
☆则不平坦的场强公式为
无线电波传播模型
适用范围：
频率线高度 Hb: 30~200m
移动台高度 Hm:
1~10m
距离 d:
1~20km
➢ 宏蜂窝模型 ➢ 基站天线高度高于周围建筑物 ➢ 1km以内预测不适用 ➢ 频率超过1500MHz以上时不适用
COST 231-Hata模型
PL 46.30 33.90 log f 13.82 loghb ahm 44.9 6.55 loghb logd dB Cm
➢ 小尺度模型
✓ 描述短距离或短时间内接收信号强度快速变化的模型； ✓ 主要的模型代表由：AGWN模型、Raleigh时变信道模型等。
自由空间传播模型
Lo = 91.48+20lgd, for f = 900MHz Lo = 97.51+20lgd, for f = 1800MHz Lo = 98.84+20lgd, for f = 2100MHz
适用范围
150-1500 MHz,宏蜂窝预测 适用于1500-2000 MHz, 宏蜂窝预测 适用于800-2000MHz 城区、密集市区微蜂窝预测 适用于800-2000MHz 室内环境预测 适用于400-2000MHz 宏蜂窝预测
经典模型是科学家通过CW测试数据逐步拟合出来的
谢谢您的观看！
Keenan-Motley模型
PLdB 32.5 20 log f 20 logd P W
➢ 在自由空间传播模型的基础上增加了墙壁和 地板的穿透损耗
➢ P－墙壁损耗参考值，W－墙壁数目 ➢ 主要适用室内环境 ➢ 没有考虑到多径的影响
小结
模型
Okumura-Hata Cost231-Hata Walfish-lkegami Keenan-Motley 规划软件中使用
不规则地形路径损耗模型研究
新技术·新业务·行业应用DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2023.05.011不规则地形路径损耗模型研究［朱庆］针对复杂不规则地形下的电磁波传播损耗计算，介绍了常用的路径损耗建模方法，深入分析了ITU-RP.526、ITU-RP.1546和Longley-Rice 3种路径损耗计算模型，给出了适用范围，并在相同环境下的空对地信道计算中使用这3种模型进行仿真对比，结果表明，针对不同发送端高度的空对地信道，3种模型的仿真结果有一定的差距，建议在严重不规则的地形下，使用较高置信度参数的ITU-RP.1546和Longley-Rice模型来计算地域信号覆盖率。
朱庆硕士，中国电子科技集团公司第七研究所。
研究方向：无线通信，信道建模。
关键词：传播损耗建模空地仿真摘要1 引言无线信号的大尺度特征是指电磁波在传输路径中的损耗[1]，它跟电磁波的频率、天线的高度、天线的距离以及传输的环境都息息相关。
研究好信号的路径损耗模型具有十分重大的实际意义。
路径损耗依据环境差异会有较大的差别，在设计通信系统时，需要优先考虑通信设备使用环境的不同而有针对性的设计相应的系统指标[2]。
不同于光滑表面，不规则地形表面粗糙，需要考虑反射、衍射和多峰绕射等因素的影响，并需要和不同的地形进行适配，路径损耗模型需考虑多种因素才能提高其准确性，因此，精确的复杂地形下的路径损耗模型是在特殊区域进行无线通信网络组网和优化的关键[3]。
本文对比了3种不规则地形的路径损耗模型并进行了仿真分析。
2 路径损耗建模方法电磁波在相类似的环境中的路径损耗模型基本上没有大的差异，相似环境的路径损耗结果可以广泛适用，因此对不同环境下的路径损耗进行建模是十分重要的工作，路径损耗建模方法主要有两种。
（1）几何推测性建模方法。
这种模型适用于室内或者面积较小区域的场所，使用确定的地理信息并使用麦克斯韦方程组的解或者近似结果。
无线电波传播的基础知识
无线电波传播的基础知识要了解电磁辐射，那么对于无线电波的电波传播相关的基础知识就要有所了解，只有基于对电波了解、熟悉的基础上才能更好采取合适的电磁辐射的防护措施！一、无线电波的传播特性及信号分析甚低频：VLF，3-30KHz、超长波、波长1KKm-100Km、以空间波为主，主要用于海岸潜艇通信；远距离通信；超远距离导航；低频：LF，30-300KHz、长波、波长10Km-1Km、以地波为主主要用于越洋通信；中距离通信；地下岩层通信；远距离导航；中频：MF，0.3-3MHz、中波、波长1Km-100m、以地波与天波为主，主要用于船用通信；业余无线电通信；移动通信；中距离导航；高频：HF，3-30MHz、短波、波长100m-10m、天波与地波,主要用于远距离短波通信；国际定点通信；甚高频：VHF，30-300MHz、米波、波长10m-1m、空间波主要用于电离层散射(30-60MHz)通信；流星余迹通信；人造电离层通信(30-144MHz)；对空间飞行体通信；移动通信等超高频：UHF，0.3-3GHz、分米波、波长1m-0.1m、空间波，主要用于小容量微波中继通信；(352-420MHz)；对流层散射通信(700-10000MHz)；中容量微波通信(1700-2400MHz)；特高频：SHF，3-30GHz、厘米波，波长10cm-1cm、空间波，主要用于大容量微波中继通信(3600-4200MHz)；大容量微波中继通信(5850-8500MHz)；数字通信；卫星通信；国际海事卫星通信(1500-1600MHz)等；ELF：极低频3~30Hz SLF：超低频30~300Hz ULF：特低频300~3000Hz VLF：甚低频3~30kHz LF：低频30~300kHz中波，长波MF：中频300~3000kHz、波长100m~1000m、中波主要用于AM广播HF：高频3~30MHz波长10~100m、短波主要用于短波广播VHF：甚高频30~300MHz波长1~10m、米波主要用于FM广播UHF：特高频300~3000MHz波长0.1~1m、分米波SHF：超高频3~30GHz波长1cm~10cm、厘米波EHF：极高频30~300GHz波长1mm~1cm、毫米波二、无线电波的传播无线电波按传播途径可分为以下四种：天波-由空间电离层反射而传播；地波-沿地球表面传播；直射波-由发射台到接收台直线传播；地面反射波-经地面反射而传播。
基于Longley—Rice模型的海上无线电通信时间分析
基于Longley—Rice模型的海上无线电通信时间分析针对海上通信时间的确定，基于Longley-Rice建立的模型，我们可以得到电波功率的空间损耗分布，继而求解出电波振动幅值的空间损耗分布。
根据信号接收原理，确定同一多跳路径下，船舶可接受信号的范围大小，最终确定能保持联系的时间。
标签：Longley-Rice；matlab；传播损耗Abstract：Based on the model established by Longley-Rice，the spatial loss distribution of radio wave power can be obtained，and then the spatial loss distribution of wave vibration amplitude can be solved. According to the principle of signal reception，the range of acceptable signals is determined under the same multi-hop path，and the time to keep in touch is determined.Keywords：Longley-Rice；Matlab；propagation loss引言目前为止，我们普遍采用Okumura-Hata模型进行陆地上无线电波传播的预测。
Okumura-Hata模型已经在实践中得到了充分的验证，但是该模型对海面环境的无线电波传播的研究却比较少。
无线电波在海面上的传播与在自由空间中传播是相似的，因此可以用自由空间模型来研究海面无线电波的传播模型。
实践证明，这种方法会产生较大的误差。
而Longley-Rice模型则会使误差减小。
1 海况无线电传播模型陆地上的HF载波信号以一定的发射仰角进入高空电离层，经过反射到达海面，通过海面与电离层间的不断反射向前传播。
无线电波传播模型的优化研究
无线电波传播模型的优化研究在当今高度信息化的社会中，无线电波的应用无处不在，从移动通信、卫星通信到广播电视、雷达导航等领域，都离不开无线电波的传输与接收。
而无线电波传播模型则是研究无线电波在不同环境中传播特性的重要工具，它对于无线通信系统的规划、设计、优化以及性能评估等方面都具有至关重要的意义。
然而，由于实际传播环境的复杂性和多样性，现有的无线电波传播模型往往存在一定的局限性和误差，因此，对无线电波传播模型的优化研究成为了当前无线通信领域的一个重要课题。
无线电波传播模型的基本原理是基于电磁波的传播理论，通过对传播环境中的各种因素进行分析和建模，来预测无线电波的传播路径损耗、信号强度、衰落特性等参数。
常见的无线电波传播模型包括自由空间传播模型、OkumuraHata 模型、COST 231-Hata 模型、射线跟踪模型等。
这些模型在不同的频率范围、传播环境和应用场景中具有不同的适用范围和精度。
自由空间传播模型是最简单的无线电波传播模型，它假设发射机和接收机之间没有任何障碍物，电波在自由空间中以球面波的形式传播。
该模型适用于卫星通信等远距离、无障碍的传播场景，但在实际的陆地移动通信环境中，由于存在建筑物、地形、植被等障碍物，其预测精度往往较低。
OkumuraHata 模型和 COST 231-Hata 模型是基于大量实测数据拟合得到的经验模型，适用于城区和郊区等陆地移动通信环境。
这些模型考虑了频率、发射机高度、接收机高度、距离等因素对传播损耗的影响，但对于复杂的城市环境，如高楼林立、街道狭窄等情况，其预测精度仍有待提高。
射线跟踪模型则是基于几何光学和电磁理论，通过追踪电波在传播环境中的反射、折射、绕射等路径来计算传播损耗。
该模型能够较为准确地反映电波在复杂环境中的传播特性，但由于计算复杂度较高，在实际应用中往往受到限制。
为了提高无线电波传播模型的精度和适用性，研究人员从多个方面进行了优化研究。
一方面，通过对传播环境的更精细建模来提高模型的准确性。
Longley-Rice无线电波传输模型.docx
目录目录 ..................................................................第一章绪论............................................................研究背景 ..............................................................模型分类及参数........................................................Longley-Rice模型传输损耗.............................................Longley-Rice模型的适用范围..........................................第二章传播模型分析及建模. ...............................................传播模型的分析与选择..................................................Longley-Rice模型建模................................................衍射传播损耗.......................................................视距 (LOS)传播损耗.................................错误 ! 未指定书签。
向散射传播损耗.....................................................仿真分析..............................................................SRTM 高程数据的抽取过程..........................................接收机高度描述....................................................结果...............................................................第三章Longley-rice等效模型的建立. .......................................longley-rice的现状和不足............................................Longley-Rice模型的改进..............................................第四章利用longley-rice模型设计的可视化电磁环境.......................电磁环境可视化......................................错误 ! 未定义书签。
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目录目录 (i)第一章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2模型分类及参数 (1)1.3 Longley-Rice模型传输损耗 (2)1.4 Longley-Rice模型的适用范围 (3)第二章传播模型分析及建模 (5)2.1传播模型的分析与选择 (5)2.2 Longley-Rice模型建模 (8)2.2.1衍射传播损耗 (9)2.2.2视距(LOS)传播损耗 (10)2.2.3向散射传播损耗 (10)2.3仿真分析 (10)2.3.2 SRTM高程数据的抽取过程 (11)2.3.3 接收机高度描述 (12)2.3.4结果 (13)第三章Longley-rice等效模型的建立 (15)3.1 longley-rice 的现状和不足 (15)3.2 Longley-Rice模型的改进 (15)第四章利用longley-rice 模型设计的可视化电磁环境 (17)4.1 电磁环境可视化 (17)4.2三维电磁环境体数据生成 (18)4.2.1不规则地形剖面提取 (18)4.2.3电磁环境体数据计算 (19)4.3在三维数字地球上体绘制电磁环境 (20)4.3.1硬件加速的直接体绘制 (20)4.3.2电磁环境体数据包围盒 (20)4.3.3体数据纹理坐标转换 (21)第五章用Longley-Rice大气折射修正方法的改进 (25)5.1对Okumura-Hata和Longley-Rice的比较 (25)5.2 Longley-Rice模型中对大气折射误差的修正 (25)5.3大气折射修正方法的改进 (26)第六章展望 (30)参考文献 (31)第一章绪论1.1研究背景Longley-Rice无线电波传输模型[1]是由Longley和Riee提出的无线电波传输模型，该模型为统计模型，它是以无线电波传播理论为依据，并结合了许多实际环境下的测量数据，所以该模型被称为半经验预测模型。
正是因为该模型是以无线电波传播理论为依据，有加上了大量的实际测量数据，因此该模型得到了广泛的应用。
该模型被称为不规则地面模型，可以用该模型预测自由空间中由地形非规则性所造成的中值传输衰落。
1.2模型分类及参数Longley-rice模型有:2种模式。
当地形路径易据很详细时，特定路径参数就很容易被确定。
这不预测方式为“点到点预测”。
如果地形数据不够训确，可以利用Longley-Rice 模型估计特定参数的值这种预测方式为“区域预测”。
Longley-rice模型有4种变化模式，分别为单信号模式、单天线模式、移动模式和广播模式。
在longley-rice模型的早期程序中，所有点对点预测的计算都是基于单天线模式，这里天线的位置是不变的。
后来，由于对计算精度需求的提高，人们才引入其他模式。
在各种变化模式中，变化的主要是时间、位置和情景3个参量，或者说是一个三维变量。
目前，Longley-Rice无线电波模型已有相关的计算机仿真程序，可以用来对无线电波传输的损耗进行计算。
当无线电波传输路径已知时，计算机的仿真程序可以通过无线电波传播路径的长度、极化方向、无线电波频率、地面有效半径、收发天线高度、地面导电常数以及表面绕射率等参数确定无线电波传输损耗的大小。
Longley-Rice预测模型主要有以下参数:①天线极化方式:可以采用水平极化或者垂直极化。
Longley-Rice模型中假设发射天线和接受天线具有相同的极化方式;②折射率:空气的折射率决定了无线电波的“弯曲”程度。
在一般的模型中，空气折射率用地面有效曲率来代替，通常取1.333。
③介电常数:地面的相对介电常数和电导率1.3 Longley-Rice 模型传输损耗根据无线电波的传播范围的不同，Longley-Rice 模型的传输损耗可大致分为三种情况，它们分别为:(1)视距传播损耗(2)绕射传播损耗(3)散射传播损耗。
当无线电波传播于视距范围内时，无线电波传播方式主要以反射传播为主。
通过对地貌地形的路径及对流层的绕射特点进行分析，预测出无线电波传输中值传输衰落，将双线地面反射模型用来模拟地平线以内的传输场强。
视距传播模型的适用范围为:LS d d d ≤≤min 。
(2)绕射传播损耗当无线电波传播于超视距范围内时，无线电波传播方式主要以绕射传播为主。
但是，当无线电波的传播环境为不规则的地形时，会有两种理论用于计算绕射损耗。
其中一种适用于预测非球形但光滑的地面上无线电波的传播，而另外一种则适用于非常不规则的地面上无线电波的传播。
采用Fresnel-Kirchoff 刃形模型来预测无线电波传播的绕射损耗，其计算结果是上述两种理论结果的加权和。
适用范围:x Ls d d d ≤≤为绕射传播距离，单位为km 。
(3)散射传播损耗当无线电波的传输距离为大大超出地平线的远距离无线电波的传输时，无线电波传播方式主要以散射传播为主，预测理论以绕射理论为主。
适用范围:d d x ≤为散射传播距离，单位为km 。
综上所述，Longley-Rice 模型传输损耗b L 为:f r e e r e f b L L L += (3-15)其中:f d L free lg 20lg 2045.32++= （3-16)⎪⎩⎪⎨⎧≤+≤≤+≤≤++=d d d m L d d d m L d d d d k d k L L x s bes x Ls d bed Ls be ref,,),lg ,0max(min 21 (3-17)式中:d 为传播距离，单位为km;f 为无线电波频率，单位为MHz; Ls d 为光滑地面距离;x d 表示此处的绕射损耗和散射损耗相等;be L 、bed L 、bes L 分别表示自由空间下视距、绕射和散射时的传播损耗值;1k 和2k 为传播损耗系数;d m 和s m 分别为绕射和散射损耗系数。
LS d d d ≤≤min 为视距传播距离，x Ls d d d ≤≤为绕射传播距离，d d x ≤为散射传播距离。
1.4 Longley-Rice 模型的适用范围Longley-Rice 模型中的实测数据大多数取自10--1 000 MHz 的频率范围，其中20--100 MHz 的数据涉及5--50km 的距离和1--9 m 的收、发信天线高度;较高频段的数据涉及5--1 000 km 的距离，10--1500 m 的发射天线高度和3--9m 的接收天线高度。
数据来源于世界各地，但主要是美国，多数为移动记录结果。
[2]Longley-Rice 模型给出了参考衰减值的计算公式及不同环境下相关修正因子的详细说明，公式中所使用的参数包括:不规则地形参数、频率、收发信机天线高度和表面折射率等[3]。
同时还引入了反映介质特性的2个参数:介电常数和导电率。
以传播理论为依据，加上极其丰富的实测数据，使得Longley-Rice 模型使用范围得到了拓展，其适用范围如下:1)频率f : 20--40000MHz;2) 收、发信机天线高度:0.5--3000m;3)覆盖半径:1--2000km;[4]4)表面折射率:250--400Ns。
表1.1地面的相对介电常数和导电率表1.2气候类型和相应地表折射率在Longley-Rice模型中，温带大陆性气候为温地区大片陆地上的典型气候，其典型特征为显著}f气温变化和四季交替。
在中纬度沿海地区，强大旷海风为大陆带来了湿润的空气，因此这里主要是温带海洋性气候[5]。
英国、美国西海岸和欧洲部分地区就是这种气候的典型代表。
对于小于100 km的播路径而言，温带大陆性气候和温带海洋性气候造成的差别微乎其微。
但是对于更长的路径而言[6]，带海洋性气候带来了更多的折射，使得在约10%时间内其场强大于温带大陆性气候。
第二章 传播模型分析及建模2.1传播模型的分析与选择飞行器从起飞到飞临目标上空，一般情况下可能会途经平原、丘陵、高山、河流甚至是海洋等不规则地形，对通信信道损耗的预测需要考虑不同的天然地形环境的影响。
同时还要考虑树木、建筑物和其他遮挡物等人为因素的影响。
电波传播预测模型大体可分为两类:一类是基于电磁波传播理论[7]，根据具体的适用环境，确定电磁环境的边界条件，求解麦克斯韦电磁波方程式，进而确定出电磁波的传播路径和传播场强值，该类模型通常适用于计算近区场电磁传播，而对远区场而言边界条件难以确定，需要考虑的因素增多，计算相当复杂;另一类是利用数理统计方法，通过将大量数据筛选后进行统计分析，并结合部分电磁理论来确定对电磁波传播损耗影响较大的因素，再利用数据拟合等方法得到电磁波的传播预测模型，属半经验模型，对远区场的电磁波预测大都使用该类模型。
通过长期的测试、研究，人们总结归纳了多种适用于远距离的电波传播预测模型，如Okumur Hata 模型、Egli 模型和Longley-Rice 模型等。
Okumura 模型以准平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗作为参考，在工程实际中多用于市区、郊区和开阔地等地形起伏不大的地区[8]。
对于起伏较大的不规则地形，如丘陵地形、水陆混合地形和孤立山峰，其传播损耗应在准平坦地形的中值传播损耗的基础上，加上适当的修正因子进行校正。
Okumura 模型以曲线图的形式给出，不便于快速的仿真，而Okumura-Hata 模型是Hata 在Okumura 曲线图的基础上，通过曲线拟合所作的经验公式:'))(lg lg 55.69.44()(lg 82.13lg 16.2655.69Loss d h h A h f L t r t +-+--+=γ （2—1） 式中:f 为电波频率，单位MHz; d 为通信距离，单位km;t h 、r h 为收发天线高度，单位m;'Loss 为地形修正因子，)(r h A 是移动天线有效高度修正因子，单位dB;γ为距离修正因子[9]。
Egli模型是通过在VHF频段和UHF频段对不规则地形上得到的大量实测数据综合分析的基础上提出的一种经验模型，以地形起伏和障碍物高度不超过15 m为准，对于地形起伏和障碍物超过15 m的，运用修正因子加以修正。
该模型仅适用于视距范围内。
Longley-Rice模型被称为不规则地形模型，以电波传播理论为依据，结合丰富的实测数据，用以预测在自由空间中由地形的非规则性造成的中值传播损耗。
该模型具有两种预测模式。
当能够获取详细的地形剖而数据时[10]，可以采用点对点模式，如果没有地形数据，预测模型需要估算与路径相关的参数，需采用区域模式。
表2.1 不同传播预测模型的适用范围表2.1描述了以上三种模型的具体适用范围。
从表中可以看出:Egli模型的适用频率范围较窄，距离范围仅为视距，Egli模型不适用于地形高度起伏太大的山区，而Okumura-Hata模型和Longley-Rice模型均可用于飞行器通信仿真系统。