教学PPT-移动通信(第五版)(章坚武)第3章PPT格式课件下载.pptx
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通常将这种损耗称为绕射损耗。
设障碍物与发射点、接收点的相对位置如图3-3所示,图中x表示障碍物顶点P至直线AB之间的垂直距离,在传播理论中x称为菲涅尔余隙。
第3章移动通信的电波传播图3-3菲涅尔余隙(a)负余隙;
(b)正余隙第3章移动通信的电波传播根据菲涅尔绕射理论,可得到障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系如图3-4所示。
图中,横坐标为x/x1,x1称菲涅尔半径(第一菲涅尔半径),且有(3-4)由图3-4可见,当横坐标x/x10.5时,则障碍物对直射波的传播基本上没有影响。
当x=0时,AB直射线从障碍物顶点擦过时,绕射损耗约为6dB;
当x0,Kac0。
从图3-16中还可看出,随着传播距离的增加,这种街道走向的影响将变得越来越小。
例如,在距基站5km处,纵向街道走向的接收场强中值比横向街道高出12dB,而在50km处则仅高出6.5dB。
第3章移动通信的电波传播图3-16市区街道走向修正值第3章移动通信的电波传播
(2)建筑物的穿透衰耗Lp。
各个频段的电波穿透建筑物的能力是不同的。
一般来说,波长越短,穿透能力越强。
同时,各个建筑物对电波的吸收也是不同的。
不同的材料、结构和楼房层数,其吸收衰耗的数据都不一样。
例如,砖石的吸收较小,钢筋混凝土的大些,钢结构的最大。
一般介绍的经验传播模型都是以在街心或空阔地面为假设条件,故如果移动台要在室内使用,在计算传播衰耗和场强时,需要把建筑物的穿透衰耗也计算进去,才能保持良好的可通率。
即有(3-27)频率/MHz150250450800平均穿透衰耗/dB22221817第3章移动通信的电波传播一般情况下,Lp不是一个固定的数值,而是一个030dB的范围,需根据具体情况而定,参见表3-1。
此外,穿透衰耗还随不同的楼层高度而变化,衰耗中值随楼层的增高而近似线性下降,大致为-2dB/层,如图3-17所示。
此外,在建筑物内从建筑物的入口沿着走廊向建筑物中央每进入1米,穿透衰耗将增加12dB。
表3-1建筑物的穿透衰耗(地面层)第3章移动通信的电波传播图3-17信号衰耗与楼层高度第3章移动通信的电波传播(3)植被衰耗Lz图3-18森林地带的附加衰耗第3章移动通信的电波传播(4)隧道中的传播衰减Lsd。
移动通信的空间电波传播在遇到隧道等地理障碍时,将受到严重衰落而不能通信。
例如,对于地铁,地下铁矿、煤矿井下无线调度系统,以及乘坐汽车、火车在穿越山洞隧道时使用移动电话等情况,均需解决隧道或地下通道的电波传播问题。
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会有较大的衰耗。
在图3-19中,曲线A是160MHz时隧道内两半波偶极子天线之间的电波传播衰耗。
由图3-19可知,在隧道内,中等功率通信设备间的通信距离在通常情况下为200m左右,在理想条件下不超过300m。
当通信系统中的一方天线在隧道外时,由于地形、地物的阻挡,通信距离还要大大缩短。
电波在隧道中的衰耗还与工作频率有关,频率越高,衰耗越小。
这是由于隧道对较高频率电磁波形成了有效的波导,因而使传播得到改善。
第3章移动通信的电波传播当隧道出现分支或转弯时,衰耗会急剧增加,弯曲度越大,衰耗越严重。
例如,450MHz的电波,在直隧道内衰耗为6dB,一个直角转弯后,衰耗为58dB,所以转弯后通信距离将大大缩短。
隧道中的实际路径衰耗中值为(3-29)式中:
Lb为实际路径衰耗中值;
L0为传播路径上的衰耗中值;
Lsd为隧道中的传播衰耗。
第3章移动通信的电波传播图3-19电波在隧道中的传播衰耗第3章移动通信的电波传播解决电波在隧道中的传播问题,通常可采用两种措施:
一是在较高频段(数百兆赫),使用强方向性天线,把电磁波集中射入隧道内,但传播距离也不能很长,且会受到车体的影响(特别是地铁列车驶入隧道后,占用了隧道内绝大部分空间);
二是在隧道中,纵向沿隧道壁敷设导波线(通常为泄漏电缆),使电磁波沿着导波线在隧道中传播,从而减小传播衰耗。
在导波线附近的移动台天线可以通过与导波线开放式泄漏场发生耦合,实现与基站的通信。
在图3-19中,曲线B为200导波线的衰耗曲线。
第3章移动通信的电波传播3.2.3Okumura-Hata方法为了在系统设计时,使Okumura预测方法能采用计算机进行预测,Hata对Okumura提出的基本中值场强曲线进行了公式化处理,所得基本传输损耗的计算公式如下:
(3-30)(3-31)(3-32)第3章移动通信的电波传播式中:
d为收发天线之间的距离,单位为km;
f为工作频率,单位为MHz;
hb为基站天线的有效高度,单位为m;
(hm)为移动台天线高度校正因子,hm为移动台天线高度,单位为m。
(hm)由下式计算:
中、小城市大城市大城市这套公式的适用范围为:
150MHzf1920MHz,可扩展到3000MHz,20mhb1000m,1mhm10m,1kmd100km,准平坦地形。
第3章移动通信的电波传播3.2.4COST231Hata模型随着城市发展人口的聚焦而出现密集城区,为了提高话务量,通过小区分裂使得基站之间的距离缩到了几百米,这就造成了模型预测的困难,而在基站密集地区仍采用Okumura-Hata模型会出现预测值比实际测量值明显偏高的问题。
因此,为了适应密集城区,由EURO-COST(科学和技术研究欧洲协会)组成的COST-231工作委员会,在Okumura-Hata的基础上提出了其扩展模型,即COST-231Hata模型。
第3章移动通信的电波传播COST231Hata模型路径损耗计算公式为(3-34)式中,CM为大城市中心校正因子。
在中等城市和郊区,CM=0dB;
在市中心,CM=3dB。
其他参数同OkumuraHata模型,(hm)按式(3-33)计算。
第3章移动通信的电波传播接收到的场强为(3-35)式中,Gt为发射天线增益(dBm),Gr为接收天线增益(dBm),Lb(d)就是式(3-34)中的Lb(d)。
当取定Pt=10-6W,d=1km,f=1800MHz,hb=40m,hm=3m,不考虑收发天线增益时,可以得到表3-2。
第3章移动通信的电波传播第3章移动通信的电波传播这套公式的适用范围为:
1500MHzf2300MHz,收发短距离120km,基站天线高度30200m,移动台天线高度110m。
COST231Hata模型同Okumura-Hata模型的最大区别在于两者有不同的频率衰减系数。
COST231Hata模型中的频率衰减系数为33.9,而Okumura-Hata模型中的频率衰减系数为26.16。
此外,COST231Hata模型还新增了一个大城市中心衰减因子CM,对于大城市中心地区而言路径损耗增加3dB。
第3章移动通信的电波传播3.2.5WalfischBertoni模型WalfischBertoni模型是通过绕射来计算街道的平均信号场强的,其模型公式主要考虑三个部分:
自由空间损耗、电波传播过程中的绕射损耗以及由建筑物高度造成的影响。
S表示路径损耗,其计算式为(3-36)式中:
P0代表全向天线自由空间的路径损耗;
Q2是基于建筑物的信号衰减;
P1是从建筑物屋顶到街道的基于绕射的信号衰减。
第3章移动通信的电波传播路径衰减为(3-37)式中:
L0是自由空间损耗;
Lrts是从建筑物屋顶到街道的绕射和散射损失;
Lms是建筑物的多屏绕射损耗。
WalfischBertoni模型适用条件为:
8002000MHz,收发端距离0.25km,基站高度450m,移动台高度13m。
第3章移动通信的电波传播3.2.6COST231W1模型COST231W1模型广泛用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境。
它是基于WalfischBertoni模型和Ikegami模型得到的。
在使用高基站天线时,模型采用理论的WalfischBertoni模型计算多屏绕射损耗;
在使用低基站天线时,采用测试数据。
该模型也考虑了自由空间损耗、从建筑物屋顶到街道的损耗以及街道方向的影响。
COST231W1模型适用的范围为:
800MHzf2000MHz,0.02kmd5km,4mhr50m。
第3章移动通信的电波传播COST231W1模型分视距传播(LOS)和非视距传播(NLOS)两种情况计算路径损耗。
对于视距传播(LOS)环境,其路径损耗为(3-38)式中:
f的单位为MHz;
d的单位为km。
第3章移动通信的电波传播3.2.7SPM模型SPM模型是在3G/4G无线网络规划中应用比较广泛的一种标准宏蜂窝模型,属于经验模型的一种。
该模型基于实际的数字地图信息,确定针对当地地物信息的地物损耗因子,从而更加准确地预测出规划网络在当地地物下的传播特性。
SPM模型传播损耗的具体公式如下:
式中:
clutter为地物衰耗因子,结合函数f(dutter)得到不同地物的损耗;
hb为发射天线的等效高度,单位为m;
hm为移动台的等效天线高度,单位为m。
第3章移动通信的电波传播K1表征传播损耗的平均值,在地理位置上的每条传输路径都会产生一个固定损耗,表征地物的平均损耗以及频率损耗。
K2表征传播距离引起的损耗。
K3是由于发射机高度导致传播路径提高而引起的传播损耗,通常会对近场有较明显的影响,如塔下黑现象。
K4描述绕射损耗,当发射机与接收机之间存在刃形山脉时会引起该损耗,通常在丘陵地带需要考虑,一般平原地带不用考虑。
K5是考虑传播距离与发射机高度所引起的增益,因为发射机位置越高,接收距离相对较远时,接收功率会有增益,因此通常K5=-6.65。
K6是接收机高度带来的增益,终端高度只有1.6m左右,通常可以忽略不计。
Kclutter表征各种地物类型的损耗。
第3章移动通信的电波传播3.2.8微蜂窝系统的覆盖区预测模式在大蜂窝和小蜂窝系统中,基站天线都安装在高于屋顶的位置,这
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