无线传播模式

无线传播模型⏹ 微蜂窝的传播模型 1.Okumura 信号预测模型Okumura 和他的同事在东京附近的地方，测量宽频带信号通过一些固定的天线高度和变化的天线高度在各种无规律的地形和各种环境条件下传输后的信号强度。

然后他们得到了一组在一定频率范围内和距固定天线高度相关的信号强度变化曲线。

从得到的曲线能够较精确的分析出在市区和郊区根据距离变化的无线信号的中值场强。

他们给出了适应郊区无线环境的曲线的修正因子，使得曲线可以适应固定天线高度和移动天线高度的信号传播强度变化，此外对于各种不同的地形和植被也加入了修正因子。

试验在200, 435, 922, 1,320, 1,430和1,920 MHz 的频率进行，并借此大量的数据推断和以内插值的方法得出在频率100和3,000 MHz 之间的传播特性。

他们成功的制作了一个标准的传播模型，但是一旦传输曲线是有效的，则他们很难找到合适的公式和具体的地点来适合Okumura 曲线。

2.Hata 模型和修正的Hata 公式Hata[3] 将Okumura’s 测量的结果用一个比较简单的公式表达出来： Loss = A + B log(d )。

这里A 和B 分别代表频率和天线高度，d 代表到天线的距离。

公式包括了高度和地形的修正因子。

公式受限的频率范围为100~1,500 MHz, 距离为1~20 km, 天线高度的范围为30~200 m, 车载天线高度的范围为1~10 m 。

对于中值路径损耗，下列公式被ITU-T[2]采用作为基本的计算公式。

L p = 69.55+ 26.16log f c -13.82log(H b ) + [44.9-6.55log(H b )]log(d ) + a x (H m ) 其中： f c : frequency(MHz): 100 ~ 3000(MHz)h b: 基站有效天线的高度 (m) : 30 ~ 300(m)h m : 车载天线的高度(m) : 1 ~ 10(m) d : 距离: 1 ~ 100(Km)在上述公式种， a(h m ) 作为车载天线高度的修正因子。

☐对于中小城市a h f h f m c m c ()(.log .)(.log .) 110715608对于大城市a h h f MHz a h h f MHz m m c m m c 224282915411200321175497400().(log .).().(log .). ; ;修正能够使得Hata 公式相对于Okumura 曲线提高精度。

修正的Hata 公式可以写成： L dB L S a S B mh p x ks ()=++++00 (2-1)(2) S 0 : 对于郊区或城市一般的路径损耗计算公式S dB U U L U L r r po r ps 01124()()[()]=--+whereL f f po c c =-+-478183340942.(log ).log .L f ps =--228542(log(/)). U r = 0 （开放地带）= 0.5 （郊区）= 1（市区）(3) a x : 高度的修正因子a U a h U a h F a h F x m m m ()()[()()]12142F f 1444300300 F f f 2444300其中 U = 0 对于中小城市 U = 1对于大城市(4) S ks : 地球曲率的修正因子其中 r 的单位为Km ，f 的单位为 MHz.(5) B o : 建筑物密度的修正因子 B dB B 012530()log()其中 B 1 是覆盖区域内建筑物的密度 (range : 3 ~ 50%) (when B 1 = 15.849 %, B 0 = 0 dB)S f H H d f ks b b272301720172013557502log ()().公式[2-1] 和Okumura 曲线相对比的结果如图1所示。

在频率100~3,000 MHz ，距离1~100 km，固定站址天线高度30~1,000 m.的范围内，修正的Hata 模型和Okumura 曲线的误差大约在3 dB 内。

Fig.1 修正的Hata模型和Okumura数据的比较微蜂窝的传播模型一般的标准的微蜂窝的定义也就是和基站天线的高度相关联的。

对于典型微蜂窝基站的天线高度是低于四周建筑物平均的屋顶高度，或者和其处于相同的高度。

这样就导致了基站的覆盖半径大约为250~500m。

处于市区环境的无线传播属于增强型的多径传播。

为了得到好的传播模型的效果，掌握支配所有传播路径的经验是非常重要的。

这些路径主要的取决于基站天线的高度和四周建筑物的高度的情况。

为了将传播模型简化成几个两维空间的模型，只能将周围的建筑物假设成无限高，因此这些模型只考虑电波在建筑物之间传播。

实际上，预测时的效果，解析路径损耗模型都源自将建筑物的形状作为简单的几何形状来考虑。

万一建筑物的高度低，那么屋顶以上的无线传播也要引起重视。

以经验为主的逼近法解析和简单的模型的扩充和修正等如下给出，[1], [2], [3], [4], [5]。

一般的微蜂窝模型仅对市区内平坦的地带有效，通过地形对微蜂窝无线传播的研究，其表现为[6]和[7]，进一步对市区内植被（成排的树木，停车场等）对微蜂窝无线传播模型的影响不考虑在内。

但是对于工程角度和为了以后进一步发展这些模型来看，这两方面都非常重要。

1.对于低于屋顶的两维无线传播模型下面列出了具有代表性的微蜂窝模型的简要说明Uni-Lund model微蜂窝的路径损耗预测是经过两个独立的模型LOS 和NLOS来分别进行的[9], [10]。

两种模型是建立在自由空间传播的基础上的，所有的参数均根据经验获得。

LOS模型符合双斜率的路径损耗规律，其中第一部分为对于收发距离功d的率功能(衰落指数为n 2)，根据市区无线环境得到断点处的功率衰落复数n1和n2 ，这样，他们可以获得在预测地区进行路径损耗测量的结果。

对于NLOS传播模型是基于一定的位置观测得到的，此位置位于拐角处信号和LOS 一样大小的地方，如果再远一步的话路径损耗将迅速的衰落到信号覆盖的最低要求，此时的功率衰落指数大约为n 2.5~3.0。

Ericsson micro-cell model(Berg)此模型为精确的路径损耗预测方法，它是递归的，相互的，相当简单的并且是计算是简单、有效的。

损耗是由不同的街道走向决定的，因此这种方法适合于跟踪技术，同样适合于垂直正交的十字路口。

此模型对于任何角度的交叉道口的预测和直线型的街道的效果一样好，对于预测两个等方向天线的路径损耗处理的公式是非常著名的，在两个天线之间的实际距离被假定的距离所取代，这样将街道的角度和有关距离定义为低归性的数字节点方式带入模型中，这样就可以得到较精确的传播损耗。

CNET 微小区模型（wiart）这个模型基于一种解析的，半确定型的方法，此模型考虑了反射及衍射的情况。

只考虑低于屋顶在建筑物和街道路口的电波传播。

路口的角度可以是任意的，还包括LOS情况中的9种反射波和NLOS中的9种反射波。

地面反射和街角衍射也被考虑进去。

Uniform Theory of Diffraction用于街角衍射计算，其中墙壁的有限传导型也用相关的系数引入。

TLM基础模型（Chopard/Luthi/Wagen/Li）这是一种用于城区微蜂窝的传播模型，其技术与传输线相似。

这种方法的基础是：将建筑物离散化并摆放于二维格子状的平面中。

基于TLM的方法可以归结于所谓的LBM模型。

这种模型描述了一种物理系统：在格子上运动的一个个点。

TLM提供属于LBM模型范围的电波传输动力学应用。

按照Huygens原理，波的前面包含许多球面微波源。

这里使用的方法是是这个原理的离散化方程。

出于此目的，时间和空间都是有限的，即 r 和 t。

LBM非常适合于大量的并行计算机系统。

动力学流量的引入使边界条件的处理很容易。

其与传统电磁学TLM方法的关系有待进一步检查。

假定有限的建筑物高度，基于TLM原理的仿真结果只是一种二维效果，但按照收发信机的距离通过计算重正化的预测结果，可以转化为三维效果。

2.对于屋顶无线传播的两维模型COST-Walfish-Ikegami modelCOST231被认为是Walfish[13]和Ikegami[14]相结合的模型。

对于COST231不同传播小组模型，这个公式有不同的作用[3]。

它叫做COST-Walfish-Ikegami模型。

此模型允许通过考察更多的市区环境特征数据来提高路径损耗预测的精度，也就是：建筑物的高度h roof，公路的宽度w，建筑物的密度b和与无线传播方向和道路的方向的夹角 。

三书的定义如图1和2所示，然而由于仅输入建筑的特征值而没有将有关建筑物地形学数据库的所有数据详细的加以考虑，所以这个模型仅是静态的统计和不确定的。

此模型对于line-of-sight(LOS)和non-line-of-sight(NLOS)建筑物预测的结果是不同的。

对于LOS情况，当基站和移动天线间只存在一条街道时，此时简单的传播损耗公式和在开阔地带的传播损耗公式不同，下面的传播损耗是基于斯德哥尔摩Stockholm城市进行测量得到的：L b(dB) = 42.6 +26log(d/km) + 20log(f/MHz) for d 20 m其中第一个常数是由L b等于free-space 的损耗为d= 20 m 时决定的，在NLOS的情况下，基本的发射损耗由free space损耗L0，多种屏蔽衍射损耗L msd和屋顶到街道的衍射及散射损耗L rts组成。

L0 + L rts + L msd for L rts + L msd > 0L b = L0for L rts + L msd <= 0MS另一个街道的方向性功能。

Whereh Mobile = h Roof – h Mobileandh Base = h Base – h Roof图2 街道方向性角度 的定义多种屏蔽衍射的电磁标量的公式化的结果，导致了对于基站天线位置高于周围建筑物的情况L w m f MHz h mL mobile ori rts 169101020.loglog log L ori1003543525007535554001145590.deg ..deg ..degfor 0for 35for 55o o o o o oBuildingBuildingL L k k d k f bmmsd bsh a d f loglog log km MHz 9下将Walfisch和Bertoni综合在一起精确的解决方案。