无线电波传播模型与覆盖预测.docx

无线电波传播模型
与
覆盖预測
河北全通通信有限责任公司
工程部网络服务组
二00二年四月二十日
第一节无线传播理论

在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确左、频率分配、无线电波的覆盖范用、计算通 信槪率及系统间的电磁干扰，直到最终确左无线设备的参数，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 波或表而波、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）。自由空间波的英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，这个立义也可用于陆上视距传播（两个微波 塔之间），见图1・1（b）o
第二种方式是地波或表而波。地波传播可看作是三种情况的综合，即直达波、反射波和表而 波。表而波沿地球表面传播。从发射天线发岀的一些能量直接到达接收机：有些能量经从地 球表而反射后到达接收机；有些通过表面波到达接收机。表而波在地表而上传播，由于地而 不是理想的，有些能虽:被地而吸收。当能量进入地面，它建立地面电流。这三种的表而波见 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。它的反射系数随髙度增加而减少。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 9）。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。另外，电离层中的流星也 能散射电波。同对流层一样，电离层也具有连续波动的特性，在这种波动上是随机的快速波 动。蜂窝系统的无线传播利用了第二种电波传播方式。这一点将在后文中论述。
在设计蜂窝系统时研究传播有两个原因。第一，它对于计算覆盖不同小区的场强提供必要的 工具。因为在大多数情况下覆盖区域从几百米到几十公里,地波传播可以在这种情况下应用。 第二，它可计算邻信道和同信道干扰。
预测场强有两种方法。第一种纯理论方法，适用于分离的物体，如山和苴他固体物体。但这 种预测忽略了地球的不规则性。第二种基于在各种环境的测量，包括不规则地形及人为障碍, 尤英是在移动通信中普遍存在的较髙的频率和较低的移动天线。第三种方法是结合上述两种 方法的改进模型，基于测量和使用折射定律考虑山和其他障碍物的影响。在蜂窝系统中，至 少有两种传播模型，第一种是FCC建议的模型。第二种设讣模型由Okumura提供，覆盖边
界应考虑实际经验结果。
图1・1不同的传播模式
a）直达波沿直线传播：b）视距通信的应用:c）地波传播：d）
对流层对无线电波的不规则散射：e）无线电波通过电离层反射
传播。


根据上一节的论述，在一个典型的蜂窝移动通信环境中，由于接收机与发射机之间的直达路 径被建筑物或英他物体所阻碍，所以，在蜂窝基站与移动台之间的通信不是通过直达路径， 而是通过许多英他路径完成的。在UHF频段，从发射机到接收机的电磁波的主要传播模式 是散射，即从建筑物平而反射或从人工、自然物体折射，如图1・2所示。
下页:
图1・2笋径传播模型
①建筑物反射波②绕射波③直达波④地面反射波
所有的信号分量合成产生一个复驻波，它的信号的强度根据各分量的相对变化而增加或减 小。英合成场强在移动几个车身长的距离中会有20~30dB的衰落，其最大值和最小值发生 的位宜大约相差1/4波长。大量传播路径的存在就产生了所谓的多径现象，其合成波的幅度 和相位随移动台的运动产生很大的起伏变化，通常把这种现象称为多径衰落或快衰落，如图 所示。在性质上，多径衰落属于一种快速变化。
研究表明，如移动单元所收到的各个波分量的振幅、相位和角度是随机的，那么合成信号的
方位角和幅度的概率密度函数分别为：
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(1-2-1)
(1-2-2)
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其中r为标准偏差。（1-2-1）式和（1-2-2）式分别表明方位角柱E0~ 场强度概率密度函数是服从瑞利分布的。故多径衰落也称瑞利衰落。
大量研究结果表明，移动台接收的信号除瞬时值出现