第2章电波的传播特性

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2. Egli模型
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
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1.OM模型(Okumura-M.Hata奥村哈达)
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～1500MHz – BTS天线高度：30 m ～200m – MS天线高度：1 m～10m – 传播距离： 1km ～20km
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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
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2.2.2 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
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）
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表征衰落的统计数字特征
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）
– 当H≠200m时， 修正因子为
K js 0.07 H K js
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(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
– 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
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(2)孤立山岳的Βιβλιοθήκη 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
– 参数：f
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2.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
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（1）丘陵地修正因子
丘陵地：连绵、起伏高度有限
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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。
衰落深度=20Lg（Ei/Eo) 若为电平值，则衰落深度= Ei-Eo
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衰落速率N
– 衡量场强变化的快慢，即频繁程度 – 单半位时间内场强包络与给定电平值ER相交次数的一 – 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
适用范围：
– 频率：25MHz ～470MHz – 传播距离： 60km 以内
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3. BM（Bullingron）
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
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4. cost231模型
移动通信技术 (第2版)
第2章 电波的传播特性
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第2章 电波的传播特性
内容
– 电波传播中的衰落 – OM模型概念及场强衰耗中值的预测 – 任意地形、地物衰耗场强中值和信号中值的
预测 – 电波传播电路的计算、覆盖设计
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第2章 电波的传播特性
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 – 系统均衡
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
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1.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
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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
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天线有效高度
– 基站天线有效高度hb = hta -hga hga：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
–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
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室内环境的传播
电波在建筑物内传播的类型
– 由室外向建筑物内的穿透传播 – 电波只在建筑物内传播
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
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LOS
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2.3 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
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2.3.1 OM模型
模型：城市视为准平滑地形，给出经验曲线
– 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
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1.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
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（1）自由空间的传播损耗
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
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基本衰耗中值 Am(f,d)
– hb=200m hm=3m
– 参数：f、d
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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)
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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）
150 250 450 800
平均穿透损耗(dB) 22 19.7 18 17
– 信号衰耗与楼层高度的关系
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(3)植被衰耗
树木、植被对电波有吸收作用 由树木、植被引起的附加衰耗取决于树木的高度、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 大片森林对电波传播 产生的附加衰耗 城市中树林、绿地 与建筑物是交替存 在的，引起的衰耗 与大片森林的影响 不同
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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)
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（2）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
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开阔地修正因子QO 准开阔地修正因子Qr
– 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
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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
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(1)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
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(2)建筑物穿透损耗LP
穿透能力与波长，建筑物材料、结构、楼层相关 – 建筑物地面层的穿透损耗
频率（MHz）
– 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
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超短波传播特性
Ｖ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
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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