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；
无线传播模型很大程度上取决于相应 的传播环境，传播模型的研究可分为三类， 即理论分析、现校正可大致按以下三步 进行。
1．数据准备 2．路测数据处理 3．模型校正
以CW测试为例，传播模型校正的流 程如图6-7所示。
图6-7 传播模型校正流程图
6.4.1 数据准备
当接收信号中LOS信号占有的比例很 少时（实际传播环境的情况大抵如此）， 多径信号总和的包络（即振幅）的概率密 度分布符合瑞利或者莱斯分布概率密度函 数，因此小尺度衰落又被称之为瑞利衰落。
1．多径衰落
图6-1 多径衰落
2．多普勒频移
2πl 2πvt cos
1 v fd cos 2π t
(dB)
表6-2
不同区域的模型校正结果中的K值
密集城区
城 区 21.29 40.07 5.01 0.12 −6.55
郊 区 23 33.48 5.45 0.38 −9.61
乡 村 8.87 40.19 5.83 0.12 −6.55
K1 K2 K3 K4 K5
39.01 38.69 6.38 0.16 −6.55
2．车载测试
车载测试的类型有两种，一种是CW测 试，即在典型区域架设发射天线，发射单 载波信号，然后在预先设定的路线上进行 车载测试，使用车载接收机接收并记录各 处的信号场强。
另一种是现网测试，即在已经运营的 CDMA网络中，在预先设定的路线上进行 车载测试，通过车载测试手机收集接收并 记录各个基站导频信号功率数据。
L50 LF Amu ( f , d ) G(hte ) G(hre ) GAREA
(dB)
Okumura-Hata模型路径损耗计算的 经验公式为
L50 69.55 26.16log10 fc 13.82log10 hte hre 44.9 6.55log10 hte log10 d Ccell Cterrain
1．电子地图与基站数据
进行模型校正就必须具有电子数字地 图。
电子地图是由反映地形高度的数字高 程模型DEM数据、反映地面覆盖种类的地 面覆盖模型DOM数据、反映地面线状的线 状地物模型LDM数据及反映建筑群高度的 建筑物分布模型BDM数据等构成。
对于CW测试，需要架设专门的测试 基站。 校正时所需要的基站数据信息有基站 经纬度、天线高度、方向角、下倾角、有 效辐射功率、天线增益等。这些基站数据 将会在校正过程中用于路径损耗计算。
EIRP PG t t
6.2.3 三种基本传播方式
1．反射 2．绕射 3．散射
6.2.4 大尺度衰落
大尺度传播描述了长距离（几百米甚 至更长）内接收信号的强度的缓慢变化， 也称之为慢衰落，往往发生在电磁波经过 长距离传播或遇到大型物体（比电磁波的 波长大几百倍以上或者更多）后所产生的 平均衰落情况。
COST 231-Hata模型路径损耗计算的 经验公式为
L 46.3 33.9log10 fc 13.82log10 hte hre 44.9 6.55log10 hte log10 d Ccell Cterrain CM
(dB)
3．COST 231-Walfisch-Ikegami 模型
根据自由空间等式，若发射点处以球 面波辐射，则接收处的功率为
Pr
4π
PG t t Gr
2 2
2
d L
天线增益Gt、Gr的表达式分别为
Gt Gr 4 πAet
2
4 πAer
2
波长 的表达式为
c f
在工程中经常采用各方向具有相同单 位增益的理想全向天线作为参考天线。因 此，定义有效全向发射功率EIRP为
图6-6 多重断点室内路径损耗模型
3．衰减因子模型
衰减因子模型中包含了建筑物类型影 响以及阻挡物引起的变化。衰减因子模型 的公式为
d L(d ) L(d0 ) 10nSF log10 FAF （dB） d0
6.4 传播模型校正
传播模型是对无线信道的一种仿真， 在CDMA网络规划中，人们用它来预测接 收信号的场强，因此传播预测的准确性将 直接影响网络规划的准确性和可信程度。
从名称中就可以看出，COST 231Walfisch-Ikegami模型与COST 231模型之 间存在一定的关系。
图6-5 COST 231-WI模型（NLOS）
4．CCIR模型
CCIR模型由原CCIR（现ITU-R）提 出，综合考虑了自由空间路径损耗和地形 引入的路径损耗对无线电波传播的影响， 计算公式为
L 69.55 26.16log10 fc 13.82log10 hte hre 44.9 6.55log10 hte log10 d B
(dB)
5．LEE模型
（1）LEE宏蜂窝模型
① 考虑人为建筑物对接收功率影响的 LEE宏蜂窝模型
Pr Pr00 Pr1d 0
图6-2 多普勒频移
如果发送信号的码元周期大于信道的 相干时间，即信号带宽小于最大多普勒频 移，信道冲激响应在码元周期内变化很快， 即信道变化的速度大于信号传输的速度， 从而导致信号在一个传输周期内对应的信 道特性发生变化，在接收端解调时产生失 真，称此信道为快衰落信道；
反之，如果发送信号的码元周期小于 信道的相干时间，也即信号带宽大于最大 多普勒频移，信道冲激相应的变化比要传 送的信号码元周期低得多，即信道的变化 速度小于信号传输的速度，信道参数在一 个或多个信号码元周期内是相对稳定不变 的，称此信道为慢衰落信道。
S (d ) 为阴影衰落，是由传播环境中的
地形起伏、建筑物及其他障碍物对电波遮 蔽所引起的衰落，也称其为慢衰落，其衰 落特性符合对数正态分布；
R(d ) 为多径衰落，是由移动传播环境
中多径传播引起的衰落，也称其为快衰落， 其衰落特性符合瑞利分布。
6.2.2 自由空间的传播
自由空间是指一种充满均匀、各向同 性的理想介质的无限大空间。
接收机高度范围为1m～10m，其计算 公式为
L50 K1 K 2 log10 d K3 hre K 4 log10 hre K5 log10 hte K6 log10 d log10 hte K7 LDiffraction LClutter
(dB)
6.3.2 室内传播模型

学习本章目的和要求 了解无线传播环境特性 掌握各种衰落特性及其衡量参数 熟悉各种经验模型 了解传播模型校正原理 熟悉传播模型校正流程
6.1 引 言
无线信道的电波传播特性与其传播环 境密切相关。 对传播模型的研究，主要集中在给定 范围内平均接收场强的预测，以及特定位 置附近场强的变化这两个方面上。
第6 章 传播模型及其校正
无线传播特性和传播方式
6.1
引言 无线传播特性和传播方式
6.2
6.3
电波传播预测模型
6.4
传播模型校正
小 结
6.5
本章内容 无线传播特性和传播方式 电波传播预测模型 传播模型校正
本章重点 无线传播特性、大尺度衰落与小尺 度衰落 各种经验模型及其应用范围 传播模型校正流程与原理
(dB)
2．COST 231-Hata模型
COST 231-Hata模型是EURO-COST 组成的COST工作委员会开发的Hata模型 的扩展版本，应用频率扩展到1 500MHz～ 2 000MHz，而其他适用条件与OkumuraHata模型相同。通常视其为Hata模型在2G 频段上的有效扩展。

② 加入地形地貌影响后的LEE宏蜂窝 模型 无阻挡的情况
hb d f Pr Pr1 log10 0 20 log10 n log10 d0 hb f0
表6-1
衰减因子数值
Pr1 (dBm)
自由空间
开阔地区 郊区
(dB/dec)
20
43.5 38.4
−45
人们把无线信号的衰减分为传播损耗、 阴影衰落和多径衰落三类，这三类衰减与 接收信号功率的关系如式（6-1）所示
P(d ) d S (d ) R(d )
n
式中，P(d ) 为接收信号功率，它是基站和 移动台之间距离的函数； d 为矢量，表示距离的方向性； n d 为空间传播损耗，n一般为3～4；
−49 −61.7
有阻挡的情况
r f Pr Pr1 log10 0 L v n log10 r0 f0
水面反射的情况
Pr P0 4πd
2
（2）LEE微蜂窝模型
LEE微蜂窝小区路径损耗预测公式为
L Llos d A , ht LB
本章将简要地介绍移动通信的无线信 道环境、电波传播特性及方式，描述传播 模型的基本理论及其在网络规划中的重要 作用，并详细介绍了传播模型校正的必要 性、校正原理、过程和误差分析。
6.2 无线传播特性和传播方式
6.2.1 无线传播特性
移动信道是一种时变信道，无线电信 号通过移动信道时会受到来自不同途径的 衰减损害。
（1）直接应用电磁理论计算出确定 性模型，比较有代表性的是射线追踪 法。 （2）基于大量测量数据的统计模型， 又称为经验模型。
6.3.1 室外传播模型
1．Okumura-Hata模型
日本科学家奥村通过对城市进行大量 无线电波传播损耗的测量，利用得到的一 系列经验曲线，基于这些测试数据，得出 Okumura模型的表达式为
K6
0
1
0
1
0
1
0
1
K7
7．标准宏小区模型
网络规划软件AIRCOM还支持的一种 传播模型，叫做标准宏小区传播模型 （Standard MarcroCell Model）。
该模型也是建立在COST 231-Hata经 验模型基础之上，适用的频段从 150MHz～2 000MHz，基站天线高度范围 为15m～200m，
室内的无线传播同样符合反射、绕射、 散射的传播机理，但与室外传播环境相比， 条件却不相同。
1．对数距离路径损耗模型
很多研究表明，室内路径损耗遵从公
式
d L L(d0 ) 10n log10 X (dB) d0
2．Ericsson多重断点模型 Ericsson多重断点模型是通过对多层 办公室建筑物大量测试总结得出的。