几种典型的无线传播模型介绍

几种典型的无线传播模型

介绍

Newly compiled on November 23, 2020

几种典型的无线传播模型介绍

传播模型是非常重要的。传播模型是移动通信网小区规划的基础。模型的价值就是保证了精度，同时节省了人力、费用和时间。在规划某-区域的蜂窝系统之前，选择信号覆盖区的蜂窝站址使其互不干扰，是一个重要的任务。如果不用预期方法，唯-的方法就是尝试法，通过实际测量进行。这就要进行蜂窝站址覆盖区的测量，在所建议的方案中，选择最佳者。这种方法费钱，费力。

利用高精度的预期方法并通过计算机计算，通过比较和评估计算机输出的所有方案的性能，我们就能够很容易地选出最佳蜂窝站址配置方案。因此，可以说传播模型的准确与否关系到小区规划是否合理，运营商是否以比较经济合理的投资满足了用户的需求。

由于我国幅员辽阔，各省、市的无线传播环境千差万别。例如，处于丘陵地区的城市与处于平原地区的城市相比，其传播环境有很大不同，两者的传播模型也会存在较大差异。因此如果仅仅根据经验而无视各地不同地形、地貌、建筑物、植被等参数的影响，必然会导致所建成的网络或者存在覆盖、质量问题，或者所建基站过于密集，造成资源浪费。随着我国移动通信网络的飞速发展，各运营商越来越重视传播模型与本地区环境相匹配的问题。

一个优秀的移动无线传播模型要具有能够根据不同的特征地貌轮廓，像平原、丘陵、山谷等，或者是不同的人造环境，例如开阔地、郊区、市区等，做出适当的调整。这些环境因素涉及了传播模型中的很多变量，它们都起着重要的作用。因此，一个良好的移动无线传播模型是很难形成的。为了完善模型，就需要利用统计方法，测量出大量的数据，对模型进行校正。传播模型的校正问题将在第 4 节中做具体的介绍。一个好的

模型还应该简单易用。模型应该表述清楚，不应该给用户提供任何主观判断和解释，因为主观判断和解释往往在同-区域会得出不同的预期值。

一个好的模型应具有好的公认度和可接受性。应用不同的模型时，得到的结构有可能不-致。良好的公认度就显得非常重要了。多数模型是预期无线电波传播路径上的路径损耗的。所以传播环境对无线传播模型的建立起关键作用，确定某-特定地区的传播环境的主要因素有：

( l ）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。

另外，无线传播模型还受到系统工作频率和移动台运动状况的影响。在相同地区，工作频率不同，接收信号衰落状况各异；静止的移动台与高速运动的移动台的传播环境也大不相同。-般分为：室外传播模型和室内传播模型。常用的模型如表 1 所示。

3 . 1 okumura-Hata 模型

Okumura - Hata 模型由在日本测得的平均测量数据构成。市区的路径损耗中值可以用下面的近似解析式表示：

3 . 2 C0ST231-Hata 模型

适合频段： 1500 - 2000 MHz

基站的天线高度 Hb : 30 - 200m

移动台天线高度 Hm : 1 - 10m

覆盖距离： 1 - 20 km

大城市区域（在农村地区和郊区可以从图 3 中得到校正因子）。

C0ST231 Walfish Ikegami 模型

该模型适合于大城市环境。

适合频段： 800 - 2000 MHz

使用的天线挂高： 4 - 50m

移动台高度： 1 - 3m

覆盖距离： 0 . 02 - 5km

Height of buildings : Hroof ( m )

Width of road : w ( m )

Building separation : b ( m )

Road orientation with respect to the direct radio path : Phi(o) Urban areas

1 ．基站和移动台之间没有直射径的情况（ s mall cells ）

2 ．基站和手机之间有直射路径的情况（ Street Canyon )

微小区（天线低于屋顶高度），路径损耗模型如下：

Lb = + 26*log(d)+20*log(f)for d >= km

室内传播模型(Keenan-Motley模型)

室内传播环境与室外微蜂窝、宏蜂窝不同：天线高度，覆盖距离等，因此原先的Okomula-Hata 模型、 COST-231 模型已不再适用。应使用 Keenan-Motley 模型。

规划软件ASSET使用的传播模型

在实际无线传播环境中，还应考虑各种地物地貌的影响，华为公司使用的规划软件ASSET 正是考虑到这-点，对传播模型进行了改进，考虑了现实环境中各种地物地貌对电波传播的影响，从而更好的保证了覆盖预测结果的准确性。模型表示式如下：

KS 、 K6 ―基站天线高度修正系数；

K7 ―绕射修正系数；

Kclutter ―地物衰减修正系数；

d ―基站和移动台之间的距离。单位： km ;

hm 、 hoff ―移动台天线和基站天线的有效高度，单位：米。

在分析不同地区、不同城市的电波传播时， K 值会因地形、地貌的不同以及城市环境的不同而选取不同的值。表 2 例举了一个曾经用于中等城市电波传播分析时的 K 值以及-些 Clutter 衰耗值。

根据这些 K 参数，可以计算出传播损耗中值。但是由于环境的复杂性，还要进行适当的修正。当蜂窝移动通信系统用于室内时要考虑建筑损耗。建筑损耗是墙壁结构（钢、玻璃、砖等）、楼层高度、建筑物相对于基站的走向、窗户区所占的百分比等的函数。由于变量的复杂性，建筑物的损耗只能在周围环境的基础上统计预测。我们可以有以下些结论：

1. 位于市区的建筑平均穿透损耗大于郊区和偏远区。

2. 有窗户区域的损耗-般小于没有窗户区域的损耗。

3. 建筑物内开阔地的损耗小于有走廊的墙壁区域的损耗。

4. 街道墙壁有铝的支架比没有铝的支架产生更大的衰减。

5. 只在天花板加隔离的建筑物比天花板和内部墙壁都加隔离的建筑物产生的衰减小。

平均的楼层穿透损耗是楼层高度的函数。据资料记载，损耗线的斜率是- 层。第-层楼的平均穿透损耗，市区为 18dB 左右，郊区在13dB 左右。特定楼层的测量表明，建筑物内的损耗特性可看作是带衰减的损耗波导。例如当电波沿着与室外窗户垂直的方向的走廊方向传播的时候，损耗可以达到 04dB/m 。

当计算隧道中的电波传播情况时，需要考虑隧道的传播损耗。这时可以把隧道简化成一个有耗波导来考虑。实验结果显示在特定距离传播损耗随频率增加而下降。当工作频段在 2GHz 以下时，损耗曲线与工作频率的关系呈指数衰减。对于 GSM 频段，可以

近似认为，损耗与距离呈现4次方的反指数变化，即两个天线之间距离增加-倍，损耗增大 12dB 。

在 UHF 频段还要考虑树叶对传播的影响。研究表明，-般夏天树木枝叶繁茂，因此夏天信号的损耗会比冬天的时候大 10dB 左右，垂直极化的信号损耗大于水平极化信号的损耗。