天線(xiàn)基本知識及應用―鏈路及空間無(wú)線(xiàn)傳播損耗計算

3 無(wú)線(xiàn)傳播特性

移動(dòng)通信的傳播如圖5-02中的曲線(xiàn)所示，總體平均值隨距離減弱，但信號電平經(jīng)歷快慢衰落的影響。慢衰落是由接受點(diǎn)周?chē)匦蔚匚飳π盘柗瓷?，使得信號電平在幾十米范圍內有大幅度的變化，若移?dòng)臺在沒(méi)有任何障礙物的環(huán)境下移動(dòng)，則信號電平只與發(fā)射機的距離有關(guān)。所以通常某點(diǎn)信號電平是指幾十米范圍內的平均信號電平。這個(gè)信號的變化呈正態(tài)分布。標準偏差對不同地形地物是不一樣的，通常在6－8dB左右?？焖ヂ涫钳B加在慢衰落信號上的。這個(gè)衰落的速度很快，每秒可達幾十次。除與地形地物有關(guān)，還與移動(dòng)臺的速度和信號的波長(cháng)有關(guān)，并且幅度很大，可幾十個(gè)dB，信號的變化呈瑞利分布?？焖ヂ渫鶗?huì )降低話(huà)音質(zhì)量，所以要留快衰落的儲備。

無(wú)線(xiàn)電波在自由空間的傳播是電波傳播研究中最基本、最簡(jiǎn)單的一種。自由空間是滿(mǎn)足下述條件的一種理想空間：1. 均勻無(wú)損耗的無(wú)限大空間，2. 各項同性，3. 電導率為零。應用電磁場(chǎng)理論可以推出，在自由空間傳播條件下，傳輸損耗Ls的表達式為：

Ls＝32.45+20lgf+20lgd

自由空間基本傳輸損耗Ls僅與頻率f和距離d有關(guān)。當f 和d擴大一倍時(shí)，Ls均增加6dB，由此我們可知GSM1800基站傳播損耗在自由空間就比GSM900基站大6個(gè)dB。

陸地移動(dòng)信道的主要特征是多徑傳播，實(shí)際多徑傳播環(huán)境是十分復雜的，在研究傳播問(wèn)題時(shí)往往將其簡(jiǎn)化，并且是從最簡(jiǎn)單的情況入手。僅考慮從基站至移動(dòng)臺的直射波以及地面反射波的兩徑模型是最簡(jiǎn)單的傳播模型。兩徑模型如圖5-04所示，應用電磁場(chǎng)理論可以推出，傳輸損耗Lp的表達式為：Lp=20lg(d2/(h1*h2))

5.4 常用的兩種電波傳播模型

◆ Okumura電波傳播衰減計算模式
GSM900MHz主要采用CCIR推薦的Okumura電波傳播衰減計算模式。該模式是以準平坦地形大城市區的中值場(chǎng)強或路徑損耗作為參考，對其他傳播環(huán)境和地形條件等因素分別以校正因子的形式進(jìn)行修正。不同地形上的基本傳輸損耗按下列公式分別預測。

L(市區）＝69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)-s(a)
L(郊區)=64.15+26.16lgf-2[lg(f/28)]2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(鄉村公路)=46.38+35.33lgf-[lg(f/28)]2-2.39(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(開(kāi)闊區)=28.61+44.49lgf-4.87(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(林區)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)

其中：

f----工作頻率，MHz
h1---基站天線(xiàn)高度，m
h2---移動(dòng)臺天線(xiàn)高度，m
d----到基站的距離，km
a(h2)---移動(dòng)臺天線(xiàn)高度增益因子，dB
a(h2)=(1.1lgf-0.7)h2-1.56lgf+0.8(中，小城市)
=3.2[lg(11.75h2)]2-4.97(大城市)
s(a)---市區建筑物密度修正因子，dB;
s(a)=30-25lga (5%a≤50%)
=20+0.19lga-15.6(lga)2 (1%a≤5%)
=20 (a≤1%)

◆ Cost-231-Walfish-Ikegami電波傳播衰減計算模式
GSM 1800 MHz主要采用歐洲電信科學(xué)技術(shù)研究聯(lián)合推薦的Cost- 2-Walfish-Ikegami電波傳播衰減計算模式。該模式的特點(diǎn)是：從對眾多城市的電波實(shí)測中得出的一種小區域覆蓋范圍內的電波損耗模式。

分視距和非視距兩種情況：
(1) 視距情況
基本傳輸損耗采用下式計算
L＝42.6+26lgd+20lgf

(2) 非視距情況
基本傳輸損耗由三項組成:
L＝Lo+Lmsd+Lrts
Lo=32.4+20lgd+20lgf
a)Lo代表自由空間損耗
b)Lmsd是多重屏蔽的繞射損耗
c)Lrts是屋頂至街道的繞射及散射損耗。

不管是用哪一種模式來(lái)預測無(wú)線(xiàn)覆蓋范圍，只是基于理論和測試結果統計的近似計算由于實(shí)際地理環(huán)境千差萬(wàn)別，很難用一種數學(xué)模型來(lái)精確地描述，特別是城區街道中各種密集的、下規則的建筑物反射、繞射及阻擋，給數學(xué)模型預測帶來(lái)很大困難。因此。有一定精度的預測雖可起到指導網(wǎng)絡(luò )基站選點(diǎn)及布點(diǎn)的初步設什，但是通過(guò)數學(xué)模型預測與實(shí)際信號場(chǎng)強值總是存在差別。由于移動(dòng)環(huán)境的復雜性和多變性，要對接受信號中值進(jìn)行準確計算是相當困難的。無(wú)線(xiàn)通信工程上的做法是，在大量場(chǎng)強測試的基礎上，經(jīng)過(guò)對數據的分析與統計處理，找出各種地形地物下的傳播損耗（或接受信號場(chǎng)強）與距離、頻率以及天線(xiàn)高度的關(guān)系，給出傳播特性的各種圖表和計算公式，建立傳播預測模型，從而能用較簡(jiǎn)單的方法預測接受信號的中值。

5.5 參考覆蓋標準

大城市繁華市區室內覆蓋電平：-70dBm
一般市區室內覆蓋電平：-80 dBm
市區室外覆蓋電平：-90 dBm