电波传播预测模型分析与研究
现代无线通信原理：第二章无线电波传播原理1(2018)
传播损耗与接收功率关系
◼ 在无线通信系统中，接收电平的动态范围很大，常 用dBW或dBm为单位表示接收电平。
➢Pr(dBm)=10lgPr(mW); Pr(dBW)=10lgPr(W)
➢0 dBW=30 dBm
dB表示了了諔 关系
例：2W 换算dBW、dBm为多少？
10lg2W=3dBW=33dBm
◼ 不同路由的中继段，当地面的地形不同时，对电波传 播的影响也不同。主要影响有反射、绕射和地面散射。 f 反射：主要考虑地面反射 f 地面散射：表现为乱反射，对主波束的影响小，不 需考虑。 f 绕射：在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过 障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射，将在 下节讨论。
地面反射对电波传播的影响
◼ 无线信道模型形式 f物理模型 考虑到传播环境的严格物理特性。应用电磁传播理论 分析电波传播特性来建立预测模型。物理模型可提供 传播特性的最可靠估计，但必须仔细计算。 f统计模型 采用实验的方法，测量各种无线环境下的传播特性， 然后基于各类环境测得的统计量应用电磁传播理论分 析电波在移动环境中的传播特性来建立预测模型。易 于描述和使用，但不提供相同的精度。
f 自由空间的电波传播 f 地面反射对电波的影响 f对流层对电波的影响
◼ 3 移动通信系统中的电波传播
自由空间的电波传播
◼ 电波与自由空间的概念
f微波是一种电磁波，微波射频为300MHz～300GHz ， 是全部电磁波频谱的一个有限频段。
f根据微波传播的特点，可视其为平面波。平面波 沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，故称
d12
+
F2 1
+
d
2 2
+
F2 1
2
部分森林覆盖山区电波传播特性预测的快速算法
第19卷 第2期太赫兹科学与电子信息学报Vo1.19，No.2 2021年4月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Apr.，2021文章编号：2095-4980(2021)02-0256-06部分森林覆盖山区电波传播特性预测的快速算法刘晓娣a，张 静a，宋斌斌b，张涵b(海军航空大学 a.航空基础学院；b.作战勤务学院，山东烟台264001)摘 要：为提高部分森林覆盖山区电波传播特性预测的时效性，提出了一种基于宽角抛物方程(PE)的快速预测算法。
采用PE通过分步傅里叶变换(SSFT)求解；在SSFT步进迭代过程中，根据传播路径上森林的等效介电常数、地形的起伏情况，动态选择PE的水平步长。
通过对部分森林覆盖的不规则地形条件下的电波传播特性进行仿真，探讨了该方法的可行性和有效性。
结果表明：相比于均匀大步长算法，该方法更准确；而相比于均匀小步长算法，该方法能够保证抛物方程的计算精确度，同时极大地提高计算效率。
关键词：电波传播；抛物方程；森林；山区中图分类号：TN011文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2019147A fast prediction method of radio wave propagation in partlyforested terrain environmentLIU Xiaodi a，ZHANG Jing a，SONG Binbin b，ZHANG Han b(a.Aviation Foundation Academy；bat Service Academy，Naval Aviation University，Yantai Shandong 264001，China)Abstract：A fast prediction method based on parabolic equation is presented for the timeliness of the radio wave propagation in large scale partly forested irregular terrain environment. The wide angleParabolic Equation(PE) method is used, which is solved by Split-Step Fourier Transform(SSFT). In theSSFT step iteration process, the level step is determined dynamically, according to the equivalentdielectric permittivity of forest and irregular terrain. The feasibility and validity of the fast predictionmethod is verified by simulating the radio propagation characteristic in the partly forested irregular terrain.The results show that the method has higher accuracy compared with the uniform coarse step, and couldimprove the computational efficiency greatly compared with fine accuracy.Keywords：radio propagation；parabolic equation；forest；irregular terrain无线电波在部分森林覆盖山区传播会产生反射、折射、绕射等现象，严重影响无线通信系统的性能。
矩形隧道中预测电波传播特性的投影模型
邮局订阅号：82-946120元/年技术创新博士论坛《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注贾明华：博士讲师基金项目:国家自然科学基金面上项目,项目内容:基于甚小线性调频的超窄带高速无线通信关键技术研究,项目号:61171086,申请人:郑国莘矩形隧道中预测电波传播特性的投影模型A Projection Method for Predicting Radio Wave Propagation Characteristics in Rectangular Tunnels(1.上海应用技术学院;2.上海大学)贾明华1郑国莘2JIA Ming-hua ZHENG Guo-xin摘要:隧道环境中利用射线跟踪法预测电波传播特性时,存在计算复杂度高,且复杂度随隧道长度增加呈几何增加的问题。
根据矩形隧道中收发天线间的射线路径在横截面、顶(底)面以及侧面的投影所具有的特点,可计算出包括收发天线在内的射线路径上所有反射点的三维坐标,从而唯一地确定一条路径。
该方法运算时间大大小于传统尽力而为式的射线跟踪法,同时保证了预测结果的准确。
理论与实验表明:该方法可以准确快速预测矩形隧道环境电波的传播特性,为无线通信系统设计提供可靠的指导。
关键词:隧道;射线跟踪法;投影;传播特性中图分类号：文献标识码：Abstract:It has high computational complexity to predict radio wave propagation in tunnel,also the complexity increases with the length of tunnel.Owe to the characteristic of projection of path between transmitter and receiver,the coordinates of all reflection points could be calculated.The computational time is significantly less than traditional ray -tracing method;however,the predict re -sult is as accurate as traditional method.The theoretical analysis and simulation results show that this new method could fast and ac -curately predict the characteristics of wave propagation in rectangular tunnels;its result could guide the design of radio system in tun -nel.Key Words:tunnel;ray-tracing;projection;propagation characteristic文章编号:1008-0570(2012)10-0051-021引言高频无线电波在媒质中的传播类似于光波在媒质中的传播,可以利用光传播中的反射、折射理论来分析电波在媒质中的传播现象。
移动通信电波传播理论与模型
Pr
Gt Gr 1
L
4 d
2
L dB
10 lg
4 d
2
(dB)
20 lg
4 d
(dB)
[L]dB 32.44 20 lg f0 20 lg d
f0 为工作频率，单位为MHz；
d 为收发天线之间的距离，单位为km。
18
2.3 基本电波传播机制
3
发射机天线发出的无线电波， 可依不同的 路径到达接收机，当频率f＞30 MHz时，典 型的传播通路如图所示。 沿路径①从发射 天线直接到达接收天线的电波称为直射波， 它是VHF和UHF频段的主要传播方式；沿 路径②的电波经过地面反射到达接收机， 称为地面反射波； 路径③的电波沿地球表 面传播， 称为地表面波。
28
绕射发生在当接收机和发射机之间的无线路径被 尖利边缘阻挡时，由阻挡表面产生的二次波散布于空 间，即波在传播的过程中，行进中的波前上的每一个 点，都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前。另外，当发射机和接收 机之间不存在视距路径时（LOS，line of sight，指移 动台可以看见基站天线；NLOS，非视距是指移动台 看不见基站天线），围绕阻挡体也会产生波的弯曲。
34
图3 – 4 绕射损耗与余隙关系
35
散射发生在介质中存在小于波长的物体 并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大 时。散射波产生于粗糙表面、小物体或 其他不规则物体，反射能量由于散射而 散布于所有方向。
36
i
当入射角为 i 时，则表面平整度的参数高度为：
hm 8sini
如果表面上最大的突起高度小于 hm，认为该表面
第13章__电波传播
电道的传输损耗：
发射天线输入功率与接收天线输出功率（满足 匹配条件）之比，即
Pin 4 r 2 1 L ( ) 2 PL A Gr G L L L0 LF Gr GL dB
在路径传输损耗 Lb 为客观存在的前提下，降 低传输损耗L的重要措施就是提高收、发天线的增 益系数。
因此，频率越低，绕射能力越强。
衰减损耗、衰落 媒质效应 反射、折射、散射 极化偏转 干扰和噪声 时域、频域畸变 这些媒质效应对信息传输的质量和可靠性常常产 生严重影响，因此各种媒质中各频段电磁波的传播效 应是电波传播研究的主要对象。
电波
电波传播的基本特性
电波传播的基本特性即移动信道的基本特性 ——衰落特性
D=1的无方向性接收天线的有效接收面积为
Ae 4
2
所以该接收天线的接收功率为
2 PL Sav Ae ( ) Pr 4 r
于是自由空间传播损耗为
Pr 4 r L0 10lg 20lg dB PL
或 L0 32.45 20lg f ( MHz ) 20lg r( km)
划分菲涅尔半波带的球面是任意选取的，因此 当球面半径R变化时，尽管各菲涅尔区的尺寸也在 变化，但是它们的几何定义不变。而它们的几何定 义恰恰就是以A、P两点为焦点的椭圆定义。
如果考虑到以传播路径为轴线的旋转对称性， 不同位置的同一菲涅尔半波带的外围轮廓线应是一
个以收、发两点为焦点的旋转椭球。
A
2F1
A与工作频率、传播距离、媒质电参数、地貌 地物、传播方式等因素有关。
基本传输损耗：Lb L0 LF 自由空间传播损耗
dB
衰减损耗
如果发射天线的输入功率为Pin，增益系数为 Gr，接收天线的增益系数为GL，则相应的功率密 度和最佳接收功率分别为
3_电波传播与传播预测模型
表达式
传播路径损耗和阴影衰落 分贝式
10 log l ( r , ζ ) = 10m log r + ζ
l ( r , ζ ) = r m × 10 10
ζ
式中, 式中 r 移动用户和基站之间的距离 ζ 由于阴影产生的对数损耗（dB），服从均值为0和标准偏差为 ），服从均值为 由于阴影产生的对数损耗（ ），服从均值为 和标准偏差为 σdB的正态分布 的正态分布 m 路径损耗指数 16 实验数据表明m＝ ，标准差σ＝ 实验数据表明 ＝4，标准差 ＝8dB，是合理的 ，
2
用分贝表示： 用分贝表示：[ L]dB = 10lg L = 32.45 + 20lg f + 20lg d
6
接收电平: r 接收电平 P (dBm) = 10lg P (mW) P (dBW ) = 10lg P (W ) r r r
3 电波的三种基本传播机制
阻挡体 反射 绕射 散射 比传输波长大得多的物体 尖利边缘 粗糙表面
d+2λ/2
d+λ/2
θ
13
惠更斯－ 惠更斯－菲涅尔原理
绕射-（ 绕射 （2）菲涅尔区 基尔霍夫公式
菲涅尔区
从发射点到接收点次级波路径长度比直接路径长度大nλ/2的连续区域 的连续区域 从发射点到接收点次级波路径长度比直接路径长度大 接收点信号的合成 Pn d+nλ/2 n为奇数时，两信号抵消 为奇数时， 为奇数时 P3 d+3λ/2 n为偶数时，两信号叠加 为偶数时， 为偶数时 d+2λ/2 菲涅尔区同心圆半径
衰落的分类 根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{ 根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{
大尺度衰落 小尺度衰落
LongleyRice无线电波传输模型
目录目录目录 .............................................. 错误!未定义书签。
第一章绪论 ........................................ 错误!未定义书签。
研究背景.......................................... 错误!未定义书签。
模型分类及参数.................................... 错误!未定义书签。
Longley-Rice模型传输损耗........................ 错误!未定义书签。
Longley-Rice模型的适用范围..................... 错误!未定义书签。
第二章传播模型分析及建模 ........................... 错误!未定义书签。
传播模型的分析与选择.............................. 错误!未定义书签。
Longley-Rice模型建模........................... 错误!未定义书签。
衍射传播损耗 .................................. 错误!未定义书签。
视距(LOS)传播损耗 ............................. 错误!未定义书签。
向散射传播损耗 ................................ 错误!未定义书签。
仿真分析.......................................... 错误!未定义书签。
SRTM高程数据的抽取过程...................... 错误!未定义书签。
接收机高度描述 ............................... 错误!未定义书签。
结果 .......................................... 错误!未定义书签。
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。
电波传播损耗预测模型
电波传播损耗预测模型1、电波传播损耗预测目的掌握基站周围所有地点处接收信号的平均强度及变化特点，以便为网络覆盖的研究以及整个网络设计提供基础。
2、方法根据测试数据分析归纳出基于不同环境的经验模型，在此基础上对模型进行校正，使其更加接近实际，更准确3、确定传播环境的主要因素（1）自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）（2）人工建筑的数量、高度、分布和材料特性（3）该地区的植被特征（4）天气状况（5）自然和人为的电磁噪声状况（6）系统的工作频率和移动台运动等因素4、常用的几种室外电波传播损耗预测模型（1）Hata模型广泛使用的一种适用于宏蜂窝的中值路径损耗预测的传播模型。
根据应用频率的不同，分为Okumura-Hata 模型和COST 231 Hata模型。
（2）CCIR模型；（3）LEE模型；（4）COST 231 Walfisch-Ikegami 模型。
一、Okumura-Hata模型1、适用范围：频率范围f:150-1500MHz基站天线高度Hb:30-200m移动台高度Hm:1-10m距离d:1-20km2、路径损耗计算的经验公式式中—工作频率（MHz）；—基站天线有效高度（m ），定义为基站天线实际海拔高度与基站沿传播方向实际距离内的平均地面海波高度之差；—移动台天线有效高度（m），定义为移动台天线高出地表的高度；d —基站天线和移动台天线之间的水平距离（km）；—有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数；—小区类型校正因子—地形校正因子，反映一些重要的地形环境因素对路径损耗的影响二、COST 231-Hata模型1、适用范围：频率范围f:1500-2000MHz基站天线高度Hb:30-200m移动台高度Hm:1-10m距离d:1-20km2、路径损耗计算的经验公式式中—大城市中心校正因子（1）COST-231Hata模型适用于1500－2000MHz，在1km以内预测不准。
Okumura-Hata适用于1500MHz以下的大于1公里范围的宏小区。
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。
常用的五种电波传播损耗预测模型
常用的五种电波传播损耗预测模型下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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电波传播特性的估算
由图3-6查得： Am ( f .d ) Am (450,20) 30.5(dB)
由图3-7查得： Hb (hb , d ) Hb (70,20) 10(dB)
由图3-8查得： H m (hm , f ) H m (1.5,450 ) 3(dB)
所以准平滑地形市区衰耗中值为： LT Lbs Am ( f , d ) H b (hb , d ) H m (hm , f )
LA LT KT
(3.22)
KT为地形地物修正因子
LA LT KT
(3.22)
KT kmr Q0 Qr kh khf k js ksp ks
(3.23)
式中：
Kmr：郊区修正因子； Q0，Qr：开阔区，准开阔区修正因子； Kh，Khf：丘陵地形修正因子及丘陵地微小修正值； Kjs：孤立山丘地形修正因子； Ksp：斜坡地形修正因子； Ks：水路混合地形修正因子
⒋ 任意地形的信号中值预测
⑴ 计算自由空间的传播衰耗
Lbs 32.45 20 lg d (km) 20 lg f (MHZ )
⑵计算准平滑地形市区的信号中值
LT Lbs Am ( f , d ) H d (hb , d ) H m (hm , f )
⑶计算任意地形地物情况下的信号中值
⑶ 植被衰耗
由树木、植被引起的附加衰耗不仅取决于树木的 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、通过树木 的路径长度等多方面因素。
一般来说，垂直极化波比水平极化波的衰耗稍大 些。
⑷ 隧道中的传播衰耗
空间电波在隧道中传播时，由于隧道壁的吸收及电波的 干涉作用而受到较大的衰耗。
播方向）有关。在纵向街道上衰耗较小，横向街道 上衰耗较大。 纵向修正因子kai和横向修正因子kac如图3-16所 示。
第6章-传播模型及其校正
产生的主要原因是无线电波在空间的 传播损耗，以及服从正态对数分布的阴影 效应。 在理想的自由空间传播环境下，电磁 波的衰落仅与传播的距离和频率有关。
大尺度衰落可以由天线分集和功率控 制得到补偿。
6.2.5 小尺度衰落
无线电波在空间传播中除了要经历大 尺度衰落以外，还存在着小尺度衰落，其 现象表现为在短距离（几个或几十个波长） 或短时间（秒级）内接收信号强度快速的 波动（衰落幅度一般在10dB～30dB之间）。 这一波动是由于两种独立而又相关的效应 造成的，即多径衰落与多普勒频移。
6.2.6 无线信道分类
图6-3 无线信道衰落类型分类
图6-4 小尺度衰落信道分类
6.3 电波传播预测模型
传播模型就是对无线传输信道的一种 模拟和仿真，在网络规划软件中，用来预 测接收信号的场强，其主要研究对象是传 播路径上障碍物阴影效应带来的慢衰落影 响。
目前，在传播模型研究方面主要有以 下两种方法。
(dB)
6．SPM模型
现在很多的网络规划软件中经常使用 标准传播模型，也叫SPM（Standard Propagation Model）模型，它建立在 COST 231-Hata经验模型的基础上。
其计算公式为
L50 K1 K 2 log10 d K3 log10 hte K 4 LDiffraction K5 log10 d log10 hte K 6 log10 hre K 7 f Clutter
路测前，还应确定合理的路径。这一 路测路径直接关系到测试数据的准确性。
选择测试路径时，应考虑以下几个方 面：
（1）测试路线必须在规划范围内， 得到该区域内不同距离、不同方向的 测量数据；
（2）测试路线应涵盖能够跑到的所 有道路，以一般道路为主，尽量避免 选择高速公路、高架路或较宽的公路， 最好选择宽度不超过3m的狭窄公路；
短波频率预测实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景短波通信由于其独特的传播特性，在军事、外交、科研等领域具有广泛的应用。
然而，短波传播的随机性和不确定性给通信带来了挑战。
为了提高短波通信的可靠性，研究短波频率预测技术具有重要意义。
本实验旨在通过建立短波频率预测模型，实现对短波传播频率的准确预测。
二、实验目的1. 理解短波传播的原理和规律；2. 掌握短波频率预测的方法和步骤；3. 建立短波频率预测模型，并验证其预测效果。
三、实验原理短波传播频率预测主要基于以下原理：1. 传播路径分析：根据发射天线和接收天线之间的地理距离、地球形状等因素，分析短波传播的路径；2. 大气折射率预测：根据气象数据，预测传播路径上大气折射率的变化，从而预测传播频率的变化；3. 信道衰落模型：建立信道衰落模型，考虑多径效应、散射等因素对传播频率的影响；4. 机器学习算法：利用机器学习算法，如支持向量机、神经网络等，对短波频率进行预测。
四、实验内容1. 数据收集：收集短波传播频率的历史数据，包括发射天线位置、接收天线位置、气象数据等；2. 传播路径分析：根据收集到的数据，分析短波传播路径，确定预测模型的输入变量；3. 大气折射率预测：根据气象数据，预测传播路径上大气折射率的变化，为预测模型提供输入；4. 信道衰落模型建立：根据传播路径和气象数据，建立信道衰落模型，考虑多径效应、散射等因素；5. 机器学习算法选择：选择合适的机器学习算法，如支持向量机、神经网络等，对短波频率进行预测；6. 模型训练与验证：利用历史数据对预测模型进行训练，并验证其预测效果。
五、实验步骤1. 数据预处理：对收集到的数据进行清洗、筛选，去除异常值，并进行归一化处理；2. 特征工程：根据传播路径和气象数据，提取预测模型的输入变量，如发射天线位置、接收天线位置、大气折射率等；3. 模型选择：根据实验目的和数据特点，选择合适的机器学习算法，如支持向量机、神经网络等；4. 模型训练：利用历史数据对预测模型进行训练，调整模型参数，优化模型性能；5. 模型验证：利用验证集对预测模型进行验证，评估模型预测效果；6. 结果分析：分析预测模型的预测效果，总结实验结果。
cost231-hata模型下初始机械倾角计算
1. 介绍Cost231-Hata模型Cost231-Hata模型是一种用于无线通信系统中预测电波传播损耗的模型，它是在Hata模型的基础上进行改进的。
该模型考虑了城市和郊区环境中的不同电波传播特性，能够更准确地预测无线信号的衰减情况。
2. 机械倾角的概念机械倾角是指天线安装时相对于水平面的倾斜角度，它对电波的传播方向和范围有着重要影响。
在无线通信系统中，合理的机械倾角可以使信号传播更加稳定、覆盖范围更广。
3. Cost231-Hata模型下的初始机械倾角计算方法在使用Cost231-Hata模型进行电波传播损耗预测时，需要首先确定天线的机械倾角。
下面我们介绍一种计算初始机械倾角的方法：3.1 确定城市或郊区环境根据实际情况确定通信系统所处的环境，包括城市或郊区等。
不同环境下的电波传播特性会有所不同，需要根据环境选择相应的参数。
3.2 确定频率和距离确定通信系统的工作频率和传播距离，这些参数将影响到电波的传播损耗和覆盖范围，同时也影响到天线的安装高度和倾角。
3.3 计算地面反射损耗根据Cost231-Hata模型的公式，计算地面反射造成的损耗。
这个损耗是决定初始机械倾角的一个重要因素。
3.4 考虑建筑物和地形根据实际情况考虑通信系统周围的建筑物和地形，它们会对电波的传播产生阻碍和影响，需要综合考虑在计算初始机械倾角时进行合理的补偿。
3.5 初始机械倾角计算根据上述参数和因素，使用Cost231-Hata模型提供的公式和方法进行初始机械倾角的计算。
4. 举例说明以一个实际的通信系统为例，我们可以根据其所处的环境、工作频率和传播距离等参数，按照上述方法计算出初始的机械倾角。
这个倾角将直接影响到信号的稳定性和覆盖范围，因此具有重要的意义。
5. 结语Cost231-Hata模型是一种较为准确的无线通信电波传播损耗预测模型，而初始机械倾角是使用该模型时必须考虑的重要因素。
合理的初始机械倾角计算可以有效地提高通信系统的性能，提升信号的稳定性和覆盖范围。
室内覆盖无线电波传播及模型
三、室内覆盖无线电波传播及模型（一）、室内覆盖模型的选用1、室内覆盖模型的选用下面进行室内模型的比较，如下表所示：表3-1 室内模型的比较上面介绍的Oku mura传播模型，对于室外覆盖预测应用较好，但不适合室内电波传播的预测，因为室内电波传播的特点是微小区，直射波。
在大厅内的传播更接近于自由空间的传播模型情况：Lm=32.45+20lgf+20lgd 式3.1.1根据公式，可计算出对应不同距离的损耗值如表3-2所示。
表3-2对应不同距离的损耗值一般情况室内分布系统天线口的辐射功率不大于17dBm,当综合考虑建筑物结构的衰耗，较多取13dBm,此时不同距离对应的场强值如下表3-3所示。
表3-3不同距离对应的场强值考虑到楼内多层之间的传播情况，加上传播环境的差异较大，因此也经常使用ITU推荐的室内传播模型进行设计。
其计算公式是：Lm=20lgf+Nlgd+L f(n)-28dB 式3.1.2式中：N——距离损耗系数；f——频率（MHz）；d——距离；L f——楼层穿透损耗（dB）；N——楼层数。
2、设计原则（1）、设计原则以最少的设备满足设计要求；（2）、不会因增加室内覆盖系统而影响整个网络的性能；（3）、兼容所有移动通信体制：CDMA800，GSM900，DCS1800，3G(2GHz 频段，增加新的系统简单方便；)（4）、使用寿命长，具有远程监控能力，管理维护方便；（5）、综合考虑性价比。
a根据现场实测和OMC统计，室内通话质量良好，无乒乓切换发生.b95%室内覆盖，保证在95%以上所需要室内覆盖的地区，不论空闲和通话状态用户占用室内信道。
c95%室内用户占用，保证95%以上的信道占用由室内用户产生。
并尽可能达到100%。
d无信号泄漏，保证室内信号不对室外网络产生干扰，室内信号在覆盖边界（如窗口）在保证室内通话基础上不会太强。
e环保性，保证室内信号在规定的最高电平以内，一般规定在人员经常停留地区最高信号接收电平不超过-25dBm。
电波传播模型介绍分析
广播与电视技术２００６年第１２期57数字电视信号，码流同样采用伪随机码，接收天线选用适于移动接收的鞭状全向天线。
移动测试路线的选择应当包括市区路段、隧道、凹槽以及高速公路等有代表性的移动接收路径。
针对地面数字电视传输系统移动测试，广播电视规划院专门开发了基于地理信息系统（ＧＩＳ）的自动测试记录软件，在整个测试过程实时测量和记录接收信号电平、误码率和车速。
该系统还具有自动统计功能，可以实现测试信息以及车辆位置信息在电子地图上的可视化、一体化和集成化显示，极大地方便了移动测试。
图３、图４为测试记录软件记录的移动测试记录曲线（包括信号电平、误码率和车速）以及接收电平示意图。
测试时，测试车根据路况以各种速度行驶，由测试记录软件记录场强、每秒接收比特、误码、误码率、移动路线、每秒的位置、速度等数据，用录像机记录四画面合成器的图像，包括行进过程中的频谱图、车速及周围环境。
６ 室内移动测试室内移动测试用于测试被测系统在室内移动接收条件下的接收效果。
室内移动测试在低码率模式下进行，发射台发送垂直极化数字电视信号，码流采用伪码；接收天线选用适合于移动接收的鞭状无方向性天线；由测试记录软件记录每秒的接收比特、误码、误码率；用ＧＰＳ记录移动路线，每秒的位置等数据，并存入计算机。
（收稿日期：２００６－１０－２６）▲１ 引言无线电波主要在大气、真空以及水下空间等无线信道中传播，相对于有线信道，无线信道为信号的传播和接收带来了灵活性和机动性，但无线信道的开放性也使电波的传播更为复杂多变。
地面电视广播发射的无线电波以大气作为无线信道进行信号的传递，考虑障碍物等因素，无线电波在传播过程中将受到路径损耗、阴影衰落和多径衰落的影响［１］。
由于在地面电视广播规划的覆盖和干扰分析过程中，需要对信号场强进行预测，因此针对无线电波的传播特性，建立相关电波传播模型对地面电视广播规划非常关键。
２ 电波传播模型地面电视广播涉及到的频段主要是米波（ＶＨＦ）和分米电波传播模型介绍分析◎何剑辉 冯景锋 李熠星国家广电总局广播电视规划院【提要】 地面电视广播发射的无线电波以大气作为无线信道进行信号的传递。
电波传播预测模型分析与研究
ｓ ｌ ｎ ｃｕ ｌ ａａａｅｔｅ ｏ ａｅ ｕｔ ａ ｄａ ｔ ａ ｔ ｒ ｈ ｎｃ ｍｐ ｒｄ。ｒｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｓ ｄ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔＯ０Ｓ ３ 一 ｔ ｏ ｅ ｈ ｓｎ ｒｏ ｒｅｒ ｒｂ ｎ ．Ｔｈｓａｔｃｅ１ｓｌ Ｔ２ １ ＨａａＭ ｄ ｌ ａ ａ ｒｗｅ ｒｏ ａ ｄ ｉ ｒｉｌ ａｔｙ
ｍｏ ｉｉｓＣＯＳ ３ 一 ｔ ｏ ｅ ，ｔ ｋ ｈ ｄ ｆ ｄ ｍｏ ｅ ａ ｖ ｎ ｈ ｇ ｅ ｃ ｕ ａ ｙ ６ Ｂ ｗｈ ｎ ａ ｐ ｉｄ ｔ ｈ ｒ ｄ ｃ ｉ ｎ ｏ ｄｆ ｅ Ｔ２ １ Ｈａ ａ Ｍ ｄ ｌ ｏ ｍａ ｅ ｔ ｅ ｍｏ ｉ ｅ ｄ ｌ ｓｅ ｅ ｉ ｈ ｒａ ｃ ｒ ｃ ｄ ｅ ｐ ｌ Ｏ ｔ ｅｐ ｅ ｉｔ ｆ ｉ ｈ ｅ ｏ ｌｃ ｌｒ ｄｏ ｐ ｏ ａ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ａ ｉ ｒ ｐ ｇ ｔ ． ｏ Ｋｅ ｏ ｄｓ ｅｅ ｔｏ ｇ ｅｉ ｗａ ｅｐ ｏ ａ ａｉｎ，Ｏｋ ｍｕ ａ Ｈａ ａｍｏ ｅ ，Ｃ０ ｒ ３ 一 ｔ ｄ ｌ ｇ ｉ ｄ ｌ ｙ Ｗ ｒ ｌ ｒ ｍａ ｎ ｔ ｖ ｒ ｐ ｇ ｔ ｃ ｃ ｏ ｕ ｒ－ ｔ ｄ ｌ ２ １ Ｈａａ ｍｏ ｅ ，Ｅ ｌ ｍｏ ｅ ，ｍｏ ｅ ｏ ｒｃ ｉｎ ｄ ｌ ｒｅ ｔ ｃ ｏ Ｃｌｓ ｈ ｂ ｒ ＴＮ９ ６ ａ ｓＩ 巾 ｅ 、 ２
如高空 电离层 影 响 ， 山、 高 湖泊 、 洋 、 面建 筑 、 海 地 植
被 以及 地球 曲 面的 影 响 等 ， 而 电磁 波 具 有反 射 、 因
用 日益广 泛 ， 电磁 环 境 日益 复 杂 ， 电磁 空 间 的斗 争
会更 加激烈 并将对 争夺 未来 战争 主动 权 ， 至 国家 乃
中图 分 类 号 ＴＮ９６ ２
Ａｎ ｌ ｓ ｓ ａ ｄ Ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｄｉ ａ ｅ Ｐｒ ｐ ｇ ｔｏ ｏ ｅ ａ ｙ ｉ ｎ ｓ ａ ｃ ｆＲａ ｏ Ｗ ｖ ｏ ａ ａ ｉ ｎ Ｍ ｄ ｌ
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总第205期2011年第7期舰船电子工程Ship Electr onic EngineeringV o l.31No.784电波传播预测模型分析与研究*刘 勇1) 周新力2) 金慧琴2)(海军航空工程学院研究生管理大队1) 烟台 264001)(海军航空工程学院电子信息工程系2) 烟台 264001)摘 要 文章对O kumura H ata模型、CO ST231 H ata模型、Egli模型三种电波传播模型进行了简要分析。
通过对某地的电波传播损耗进行测量得到实测数据,与预测模型仿真结果进行对比分析,对比结果显示COST231 Hate模型与实测值最接近,并且通过对COST231 H ate模型的修正,使得修正后的模型满足高精度电波传播模型的6dB要求,适合用于预测本地的电波传播。
关键词 电波传播;O kumura H ata模型;COST231 Hata模型;Eg li模型;模型修正中图分类号 T N926Analysis and Research of Radio Wave Propagation M odelL iu Y ong1) Z ho u X inli2) Jin Huiqin2)(Gr aduate Students Brig ade o f N AA U1),Y antai 264001)(Depar tment o f Electro nic and Informat ion Eng ineering of N A AU2),Y antai 264001)A bstract T hree radio w ave pr opagatio n models:O kumura H ata M odel,COST231 H ata M o del and Eg li M odel,are firstly pr esented in this article.O n site test pr opagat ion loss data ar e used to get simulat ions o n these mo dels,simulatio n re sults and actual data a re t hen co mpar ed,r esults show that COST231 Hata M odel has narr ow er err or band.T his art icle lastly modifies COST231 Hata M odel,to make the modified model has ev en hig her accur acy6dB w hen applied t o the pr ediction of local radio pr opagation.Key Words electromagnetic w ave pro pagation,Okumura Hata model,COST231 Hata model,Egli model,model cor rection Class Nu mber T N9261 引言随着军队信息化进程的加快,军事领域电磁应用日益广泛,电磁环境日益复杂,电磁空间的斗争会更加激烈并将对争夺未来战争主动权,乃至国家安全与战略利益拓展产生重大影响[1]。
因此,在现代战争中,对战场电磁环境进行预测分析就显得极为重要。
电波传播作为战场电磁环境预测分析领域中重要组成的一部分,因此开展对电波传播特性研究就显得格外重要。
2 电波传播预测模型理想情况下,自由空间的电波传播损耗[2]为:L f=32.4+20lg d+20lg f,式中,f是载波频率,d 是发射机与接收机之间的距离。
可以看出,自由空间传播损耗只与工作频率和传播距离有关。
但是在现实环境中,由于传播路径上存在着各种影响,如高空电离层影响,高山、湖泊、海洋、地面建筑、植被以及地球曲面的影响等,因而电磁波具有反射、绕射、散射和波导传播等比自由空间复杂得多的传播方式。
出于工程技术和军事应用上的需要,人们建立了很多复杂环境下的电波传播预测模型,目前常用的电波传播预测模型有Okumura H ata模型、COST231 H ata模型和Eg li模型。
2.1 Okumura H ate模型Okum ura H ate模型[3~4]是根据测试数据统计*收稿日期:2011年1月19日,修回日期:2011年2月23日作者简介:刘勇,男,硕士研究生,研究方向:复杂战场电磁环境预测仿真。
周新力,男,教授,博士生导师,研究方向:短波通信、战场电磁兼容。
金慧琴,女,副教授,研究方向:短波通信、战场电磁兼容。
2011年第7期舰船电子工程85分析得到的经验模型,适用于VH F和U H F频段,该模型的特点是:以准平坦地形大城市地区的场强中值路径损耗作为基准,对于其它的传播环境和地形条件等因素用校正因子加以修正。
Okumura H ate模型传播损耗的经验公式为:L M=69.55+26.16lg f-13.82lg h t- (h r)+ [44.9-6.55lg h t]lg d式中,f是载波频率,单位为MH z;h t是发射天线有效高度,单位为m;h r是接收天线有效高度,单位为m;d是发射机与接收机之间的距离,单位为km; (h r)是接收天线高度修正因子,其数值取决于环境因素。
在中小城市,a(h r)=(1.1lg f-0.7)h r-(1.56 lg f-0.8)(dB)在大城市分两种情况,f 200MHz时,a(h r)=8.29(lg1.54h r)2-1.1(dB)f 400MHz时,a(h r)=3.2[lg(11.75h r)]2-4.97(dB)2.2 COST231 H ata模型COST231 H ata电波传播模型[5~6]是在Oku m ur a H ata模型的基础上,由欧洲研究委员会COST231工作组对Okumura H ata模型近一步开发,将频率上限从1500MH z扩展到了2GH z。
它是半经验半理论的传播模型,经过了大量实验数据的检验。
COST231 H ata模型的经验公式如下: L M=46.33+(44.9-6.55lg h t)lg d+33.9lg f -a(h r)-13.82lg h t+C其中C为传播环境校正因子,中型城市及郊区取0,密集大城市区取3。
2.3 Egli模型Egli模型[7]是对在90~1000MH z频率之间对不规则地形进行一系列测量后,从平坦地面的双径模型扩展出的一种新模型。
Egli模型以平面大地传播损耗为基础,在h r<10m时,其传播损耗公式为: L M=88+20lg f-20lg h t h r+40lg d3 某地电波传播损耗的实测3.1 测量仪器ETS20kH z~400GH z宽带场强探头;ETS H I4416场强计;PROXT GPS接收机。
3.2 数据预处理由于某地的测试环境复杂,为保证测量结果的有效性,排除偶然因素的影响,有必要对测量数据进行预处理[8~9]。
数据预处理主要包括以下几个方面:1)去除接收信号强度异常点,设定一个合理的工程阈值,对异常数据进行剔除。
2)修正GPS 地理坐标异常点,设定合理的工程阈值找出异常点,根据该点前后正常坐标值对其进行修正。
3)滤除快衰落的影响。
3.3 实测数据通过采用多次测量,再进行数据处理,然后取平均值的方法得到20个实测点的电波传播损耗值,如表1所示。
表1 某地的电波传播损耗实测值序号距离(km)实测值(dB)序号距离(km)实测值(dB)1 1.02158.11111.01201.12 1.97169.71212.05199.23 3.01182.11313.12202.84 4.07187.31413.98204.95 5.10191.71515.05207.16 6.03197.21616.03210.0 77.11194.61717.09212.8 88.01189.01818.02215.1 99.03193.21918.89217.7 109.98197.72019.97221.14 实测数据和理论值的对比利用Okumura H ata模型、COST231 H ata模型和Egli模型进行实验仿真,与实测数据进行对比,结果如图1所示。
图1 各种传播模型与实测数据的对比分析图从图中可以看出COST231 H ata模型的仿真结果最接近实测数据,但是与实测数据的均方根误差还是高达12.1dB,不满足高精度电波传播模型的6dB[10]要求。
为了精确预测本地的电磁环境,需要对COST231 H ata模型做进一步的修正。
5 CO ST231 H ata模型的修正设修正后的COST231 H ata模型的传播损耗公式为:86 刘 勇等:电波传播预测模型分析与研究总第205期L M =46.33+(44.9-6.55lg h t )lg d +33.9lg f - (h r )-13.82lg h t +C +其中 为修正项,令 =a +bd ,其中d 表示距离。
则L M 与实测值(L 实测值i )之差的平方和为:F(a,b)=ni=1(L M -L 实测值i )2,n =1,2, ,20根据最小二乘法原理,应取a,b 使得F (a,b)有极小值,即a,b 应该满足:F (a,b)a =0 F (a,b) b=0得到a =9.8921,b =-0.1417。
即修正后的COST 231 H ata 模型的传播损耗公式为:L M =56.2221+(44.9-6.55lg h t )lg d +33.9lg f - (hr )-13.82lg h t +C -0.1417d修正后的COST 231 H ata 模型仿真结果与实测数据的对比如图2所示:图2 修正后的COST 231 H at a 模型与实测数据的对比图修正后的COST 231 H ata 模型的仿真结果与实测数据的均方根误差为5.14dB,满足高精度电波传播模型的6dB 要求。
6 结语对常用的几种电波传播预测模型对比分析,并结合某地的电波传播损耗实测数据,得出COST231 H ata 模型仿真结果与实测数据最接近,但是不满足高精度电波传播模型的6dB 要求,通过对COST231 H ata 模型进行修正,修正后的COST231 H ata 模型满足高精度电波传播模型的6dB 要求,适合用于本地的电波传播预测。
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