无线传播环境
无线网络中的信号传输理论
无线网络中的信号传输理论随着科技的发展，无线网络正逐渐取代有线网络，成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。
但是，无线网络的信号传输却受到诸多不同因素的影响，如该地区的地形、建筑、天气、相邻设备等，这在一定程度上会影响网络的稳定性和速度。
了解无线网络中的信号传输理论，可以帮助我们更好地理解影响信号传输的因素，并采取相应的措施提高网络的质量。
一、无线信号的传播方式无线信号的传播方式主要有三种：直线传播、反射和衍射。
直线传播是指信号以直线或直角的方式向外传播，当信号遇到障碍物时就会因为折射或散射而导致信号质量下降。
反射是指信号遇到分界面时发生折射和反射，会在分界面（如墙壁、地面等）上发生多次反射导致信号的强度、相位和极化等属性发生变化。
衍射指信号在物体的边角处发生弯曲，从而在物体的背后和凹陷的地方传播。
由于无线信号很容易受到上述影响，所以在一些特殊应用中，通常需要采用一些特殊技术来解决无线信号不足的问题。
二、信号传播损耗的原因由于环境和距离的影响，无线信号还会发生信号传播损耗。
信号传播损耗主要包括自由空间损耗、多径传播损耗和阴影损耗。
自由空间损耗是指无线信号在空气中传播时发生的损耗。
这种损耗随着距离的增加而增加，同时还会受到天线高度、频率和功率等因素的影响。
多径传播损耗是指无线信号在传播过程中经历了不同的反射、绕射、折射和衍射等影响，形成多个不同的到达通道，这会导致相干信号降低。
阴影损耗是指由于物体遮挡的影响，无线信号在传播过程中会导致信号强度降低或消失。
这种损耗通常发生在高层建筑、山谷或地下通道等特殊环境中。
三、信号传输的解决方案为了解决无线网络中信号传输的问题，一般采用以下的解决方案：1. 增加天线高度和功率增加天线高度和功率可以扩大信号覆盖范围，减少信号传输损耗。
但是，增加天线高度和功率也会增加成本并且违反国家无线电规定。
2. 使用多频段和调制技术多频段和调制技术可以解决多径传播损耗的问题，同时还可以提高传输速度和质量。
无线信号传播中的环境因素分析
无线信号传播中的环境因素分析在当今数字化的时代，无线通信技术已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从手机通讯到无线网络，从卫星导航到蓝牙设备，无线信号无处不在。
然而，要实现稳定、高效的无线通信，我们不能忽视环境因素对无线信号传播的影响。
无线信号本质上是一种电磁波，其在空间中的传播会受到多种环境因素的干扰和制约。
首先，地形地貌是一个重要的影响因素。
在山区，起伏的山峦和深邃的山谷会阻挡和反射无线信号，导致信号衰减和多径传播。
信号可能需要绕过山峰或者在山谷中多次反射才能到达接收端，这不仅会削弱信号强度，还可能造成信号延迟和失真。
同样，在城市环境中，高楼大厦林立形成了所谓的“城市峡谷”。
这些高大的建筑物会对信号产生遮挡和散射，使得信号在建筑物之间来回反射，形成复杂的多径效应，从而影响信号的质量和稳定性。
气候条件也会对无线信号传播产生显著影响。
例如，降雨天气中，雨滴会吸收和散射无线信号，尤其是在高频频段，信号衰减更为明显。
此外，雾、雪等天气条件也会在一定程度上削弱无线信号的强度。
在极端天气条件下，如雷暴天气，雷电产生的电磁干扰可能会对无线通信造成严重的干扰甚至中断。
除了自然环境因素，人造环境同样不可小觑。
电磁干扰源是常见的问题之一。
在城市中，各种电子设备如微波炉、霓虹灯、电力线等都会产生电磁辐射，这些辐射可能与无线信号的频率相互重叠，从而干扰无线信号的正常传播。
例如，微波炉工作时产生的微波能量可能会泄漏到周围空间，对附近的 WiFi 信号造成干扰。
另外，工业环境中的大型机器设备、电力设施等也可能产生强烈的电磁干扰，影响无线通信的可靠性。
无线信号传播的介质也对其有着重要的影响。
空气的湿度和温度会改变电磁波的传播特性。
在湿度较高的环境中，空气中的水分会吸收部分无线信号的能量，导致信号衰减。
而温度的变化则可能影响大气的折射率，从而改变无线信号的传播路径和强度。
植被也是影响无线信号传播的一个因素。
树木、草丛等植被会对无线信号产生吸收和散射作用。
第3章 无线传播理论与模型
传播途径
无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：直射波或地面反 射波、绕射波、对流层反射波、电离层反射波。如图所示。 还有了一种：表面波的传播方式，主要利用左边这两种。
学习完本课程，您应该能够：
掌握无线传播理论基本知识
掌握传播模型的作用，记住几种常用模型的名称和适用范围。
理解链路预算的基本参数和计算方法。
了解一些产品在覆盖规划中如何应用
无线传播理论概述
电磁波传播的机理是多种多样的，但总体上可以归结为反射、绕射和散 射。大多数蜂窝无线系统运作在城区，发射机和接收机之间一般不存在 直接视距路径，且存在高层建筑，因此产生了绕射损耗。此外由于不同 物体的多路径反射，经过不同长度路径的电磁波相互作用产生了多径损 耗，同时也存在随着发射机和接收机之间距离的不断增加而引起电磁强 度的衰减。 对传播模型的研究，传统上集中于给定范围内平均接收场强的预测，和 特定位臵附近场强的变化。对于预测平均场强并用于估计无线覆盖范围 的传播模型，由于它们描述的是发射机和接收机之间（T－R）长距离（ 几百米或几千米）上的场强变化，所以被称为大尺度传播模型。另一方 面，描述短距离（几个波长）或短时间（秒级）内的接收场强的快速波 动的传播模型，称为小尺度衰减模型。
无线传播理论概述
当移动台在极小的范围内移动时，可能引起瞬时接收场强的快速波动， 即小尺度衰减。其原因是接收信号为不同方向信号的合成。由于相位变 化的随机性，其合成信号变化范围很大。在小尺度衰减中，当接收机移 动距离与波长相当时，其接收场强可以发生3或4个数量级（30dB或 40dB）的变化。当移动台远离发射机时，当地平均场强逐渐减弱，该 平均接收场强由大尺度传播模型预测。典型地，当地平均接收场强由从 5 到40 范围内信号测量平均值计算得到，对于频段从1GHz到2GHz的蜂 窝系统，相应测量在1米到10米范围内。
wifi 传输距离标准
wifi 传输距离标准无线传输距离是指无线信号传输的最远距离，而WiFi是一种无线传输技术，用于通过无线网络连接设备。
传输距离是一个重要的指标，它决定了设备可以与无线网络保持连接的距离。
然而，WiFi的传输距离受到多种因素的影响，包括环境、信号干扰、无线设备的能力等。
下面将讨论几个常见的影响WiFi传输距离的因素：1. 路由器功率： WiFi路由器的功率是影响其传输距离的重要因素。
功率越高，信号传输的距离越远。
一般来说，家庭使用的WiFi路由器的功率范围在100-500mW之间。
2. 环境：WiFi信号会受到墙壁、楼层、天花板等环境因素的影响。
墙壁、楼层之间的障碍物会减弱信号的传输距离。
特别是钢筋混凝土墙壁会对信号有较大的阻碍。
3. 信号干扰：无线信号会受到其他电子设备、微波炉、蓝牙设备等的干扰。
这些设备会在2.4GHz频段产生干扰，导致WiFi 传输距离受到限制。
因此，信号干扰对WiFi传输距离有一定影响。
4. WiFi频段：WiFi可以在2.4GHz和5GHz两个频段进行传输。
其中2.4GHz频段的传输距离稍远，但受到干扰较多。
而5GHz频段的传输距离较短，但信号质量更好。
5. 物理障碍：其他物理障碍物，如大型金属家具、镜子等也会干扰WiFi的传输距离。
这些物体会使信号反射或折射，导致信号质量下降。
为了解决WiFi传输距离限制的问题，可以采取以下措施：1. 使用功率更高的路由器：选择具有较高功率的WiFi路由器可以提升传输距离。
但是需要注意，过高的功率可能会违反当地的无线电法规，因此应遵守当地的法规和规定。
2. 选择传输距离符合要求的路由器：根据具体需求选择适合的路由器，如对于较大范围的传输需求，可以选择支持长距离传输的专业路由器。
3. 优化信号传播环境：减少信号障碍物，避免大型物体遮挡，调整路由器的位置和方向，以提高传输信号的质量。
可以通过改变无线路由器的位置、安装信号增强器或使用天线，来增加传输距离。
无线电波传播环境
第3章无线电波传播环境：无线电气象与地面电磁特性3.1 地球大气、地面与无线电波传播人类活动和赖以生存的主要空间场所仍然限于地球表面及其周围不远的空间范围。
无线电通信业务及其用以远距离传输业务信息的无线电波传播自然也主要发生在这些空间场所。
所以，我们很容易理解，大体而言，地球大气是无线电波在自然环境中传播时所要遭受其影响的主要的、甚至是唯一的介质，而地面及其覆盖物则是无线电波在自然环境中传播时所要遭遇的主要的、甚至是唯一的边界条件。
总之，大气层和地面是影响自然环境下无线电波传播的主要因素。
通常，从低到高，依次把包围地球的大气层分为四个层次：对流层、平流层（同温层）、电离层、磁球层，如图3.1所示。
3.1.1 对流层从地面到对流层顶的大气层被称为对流层。
在对流层中，大体上，温度随高度以6.5ºC/公里的速率下降，当在某一高度上温度开始不再降低，而达到大约-56ºC的恒定值时，这一高度就被定义为对流层顶。
在中纬度地区，对流层顶的海拔高度大约为12公里，在我国大陆地区，对流层顶的高度为11～13公里；在赤道地区，大约为18公里；在两极地区则只有8公里左右。
对流层是中性大气层。
对流层内中进行着各种各样复杂的规则和随机的天气过程。
对流层主要影响VHF以上频段无线电波的传播，特别是微波和毫米波。
对流层对无线电波传播的影响取决于对流层本身的电磁特性。
对流层的电磁特性以其折射指数来表征，这个参数取决于空气的介电常数、导电率和导磁系数。
对流层的导磁系数通常等于1；而且，在VHF 以上频段，大多数情况下，对流层可以被看成是无热损耗的介质，即导电率为零。
因此，对流层的折射指数仅取决于空气的介电常数，而介电常数是空气压力、温度和湿度的函数。
由于在对流层中每时每刻都在进行着各种各样的复杂的天气过程，所以，空气的温度、压力和湿度等三个基本气象参数乃至折射指数都随时间和空间发生着各种各样的十分复杂的规则的和随机的变化。
简述无线通信环境
无线电波时指频率低于3000GHz的电磁波，无线电电波频谱一般按波长来划分，可以分为极长波、超长波、中波、短波、超短波、微波、毫米波和亚毫米波等。其中微波是指频率为300MHz至300GHz的电磁波。下表是无线电频谱的划分。
1.1频谱的分配方式
频谱资源的分配一般都是由政府机构负责分配和控制无线频谱的使用。美国，GCC（联邦通信委员会）负责商用频谱，OSM（频谱管理局）负责军用频谱；在欧洲，ETSI（欧洲电信标准化委员会）负责商用频谱；在中国，由无线电管理委员会负责；而在国际上，则是由ITU（国际电信联盟）负责国际的频谱分配。
输入信号为频谱冲击函数，检验是恒参信道还是变参信道。其中 为多普勒展宽，其倒数 为相干时间。
1.信号带宽B> ，色散信道。
2.信号带宽B< ，非色散信道
3.码元周期T> ，变参信道
4.码元周期T< ，恒参信道
4.3
点对点信道和有线信道类似，是由两个无线用户之间的点对点通信，体现不出无线的特点。多址信道是无线传输与有线传输的最大区别之处，它体现了无线传输的突出优点。下面是两种信道的示意图：
赫段名缩写频带范围波段名波长特征极低频甚低频elfslfulfvlf30hz以下30300hz3003000hz330khz极长波超长波特长波甚长波hfkm以上10km1010mkni10100km地波低频lf30?300khz长波lwl10km表面波地中频mf300khz3mhz中波mwloolooom高频hf3mhz30mhz短波swloloom天波甚高频vhf30mhz300mhz超短波l10m空间波特高频uhf300mhz3ghz分米波10100cm超高频shf3ghz30ghz厘米波l10cm极高频极高频ehf30ghz300ghz3003000ghz毫米波丝米波毫米波011mm卫星波11频谱的分配方式频谱资源的分配一般都是由政府机构负责分配和控制无线频谱的使用
72. 无线通信的传输距离如何计算？
72. 无线通信的传输距离如何计算？72、无线通信的传输距离如何计算？在当今高度互联的世界中，无线通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从手机与基站之间的信号传输，到智能家居设备之间的无线连接，再到飞机与地面控制中心的通信，无线通信无处不在。
然而，你是否曾经想过，这些无线信号能够传输多远？它们的传输距离又是如何计算的呢？要理解无线通信的传输距离计算，首先我们需要了解一些基本的概念和原理。
无线通信是通过电磁波来传递信息的。
电磁波在空间中传播时，会受到多种因素的影响，从而导致信号强度的衰减。
这些因素包括发射功率、接收灵敏度、工作频率、传播环境等等。
发射功率是指无线信号发射端所输出的功率。
一般来说，发射功率越大，信号能够传播的距离就越远。
但需要注意的是，发射功率并不是可以无限制增大的，它受到法规和设备性能的限制。
接收灵敏度则是指接收端能够检测到并正确解调的最小信号强度。
如果接收灵敏度越高，那么能够接收到的微弱信号就越多，从而在一定程度上增加了通信的距离。
工作频率也是影响传输距离的一个重要因素。
一般来说，较低频率的电磁波具有更好的绕射能力，能够绕过障碍物传播更远的距离。
但较低频率的频谱资源有限，而且传输速率相对较低。
较高频率的电磁波虽然传输速率快，但绕射能力差，传播距离相对较短。
传播环境是影响无线通信传输距离的最复杂因素之一。
在理想的自由空间中，电磁波的传播遵循自由空间损耗公式。
但在实际环境中，存在着各种各样的障碍物，如建筑物、山脉、树木等，这些障碍物会对电磁波产生反射、折射、散射和吸收等作用，从而导致信号强度的大幅衰减。
在计算无线通信的传输距离时，我们通常会使用一些数学模型和经验公式。
其中，最简单的模型是自由空间传播模型。
自由空间传播模型假设电磁波在没有任何障碍物的理想空间中传播。
根据这个模型，信号强度的衰减与距离的平方成正比，与工作频率的平方成正比。
具体的计算公式为：＼L ＝ 3244 ＋ 20\log_{10}（d) ＋ 20\log_{10}（f)＼其中，L 表示信号的损耗（单位为 dB），d 表示传输距离（单位为千米），f 表示工作频率（单位为 MHz）。
无线电传播模型
读《无线传播基本原理》笔记在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数，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。
不同频段的频率具有不同的传播特性。
低频段频率传播损耗小，绕射能力强，室内覆盖效果好，但是容量有限。
高频段频率资源丰富，容量大，但是传播损耗大，绕射能力差，室内覆盖效果较差。
无线电波传输途径：直射波或地面反射波（最一般的传播方式），对流层反射波（传播具有很大的随机性，波长小于10米，频率大于30M），山体绕射波（阴影区信号来源，频率越高绕射能力越差）和电离层反射波（超视距通信途径，波长小于1米，频率大于300M）。
无线传播环境：地形结构（开阔区、平滑地形、丘陵地形和山区），人为环境（乡村地区、准郊区、郊区和市区）。
信号衰落：快衰落和慢衰落。
慢衰落：由障碍物阻挡造成的阴影效应，接受信号强度下降，但该场强中值随地理改变缓慢变化，又称阴影衰落。
快衰落：合成波的振幅、相位和角度随机。
快衰落细分为：时间选择性衰落（快速移动在频域上产生多普勒效应而引起频率扩散）、空间选择性衰落（不同的地点、不同的传输路径衰落特性不一样）和频率选择性衰落（不同的频率衰落特性不一样，引起时延扩散）。
信号衰落解决办法：时间分集（符号交织、检错和纠错编码），空间分集（主、分集天线接收）和频率分集。
时间色散－另一种频率选择性衰落，起源于反射，主要指到达接收机的主信号和其他多经信号在空间传输时间差异而带来的同频干扰问题。
通过跳频手段解决“红灯问题”。
采用自适应均衡技术和调整站址来解决该问题。
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。
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。
常见传播模型：Okumura(奥村)/Hata模型－适用频段：900M - 2000GHzCOST231-Hata模型-适用频段：1500-2000MHzCOST231 Walfish-Ikegami模型-适用频段：800M-200MHzKeenan-Motlev模型-使用室内传播模型校正：通过连续波（CW）测试，校正传播模型参数，增加无线覆盖预测的准确性。
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（2）COST 231-Hata模型
该模型是针对中小城市的，适用于工 作频率在1 500MHz～2 000MHz之间，hb 在30m～200m之间，hm在1m～10m之间， d在1km～20km之间。
2．微蜂窝的传播模型
微蜂窝小区（micro cell）是在宏蜂窝 小区的基础上发展起来的一门技术，它的 覆盖半径大约为30m～300m。在微蜂窝中， 基站天线的高度通常与街道的灯柱等高， 一般在地平面以上3m～6m。
1．信号的反射 2．信号的绕射 3．信号的散射
2.2 无线信号的大尺度传播特性
在无线通信中，将由发射与接收天线 间距、收发天线之间的地形、建筑物、植 被等导致的信号功率衰减称为无线信号的 大尺度传播特性。
大尺度传播特性主要包括路径损耗和 阴影衰落。路径损耗主要是由收发天线间 距、传播信号载频和地形因素导致；而阴 影衰落主要是由于建筑物或地形遮挡导致 某些区域接收信号突然下降。
所谓经验模型就是根据大量实地测试 的结果进行统计建模分析得到的近似计算 公式，而确定模型是在获得网络规划场景 中具体传播环境参数后直接用电磁传播理 论对大尺度传播特性进行计算，常用的计 算方法有射线跟踪法、几何绕射法等。
以下是本书中所用到的主要参数的定 义： hm—移动台天线高度； rm—移动台到最近的建筑物之间的距 离； h0—建筑物的典型高度（一般取平均 高度）； hb—基站天线高度；
式中：X服从均值为0、方差为的正 态分布，根据系统所处的不同传播环境 而不同，多是根据实地测量数据而确定， 其典型值为5dB～10dB。
2.2.2 常用室外传播预测模型
1．宏蜂窝的传播模型
宏蜂窝小区（macro cell）的覆盖半径 大多为1km～25km，多用于解决大面积的 覆盖问题。
（1）奥村模型（Okumura-Hata Model）
d —基站到移动台之间的距离（m）； D = d103 —基站到移动台之间的距 离（km）； f —载波频率（Hz）； fc = f106 —载波频率（MHz）； —自由空间中波长（m）。
2.2.1 路径损耗与阴影衰落
1．路径损耗
路径损耗（单位dB）通常可以表达为
d PL(d ) PL(d 0 ) 10n log d 0
此时，其主要传播机制是自由空间传 播加上小区覆盖范围内的多次反射和散射， 以及建筑物的侧面和屋顶的绕射影响。 经验模型——双斜率经验模型（DualSlope Empirical Model）
2.2.3 常用室内传播预测模型
研究室内电波传播，建立有实用意义 的室内电波传播模型，可以为室内无线通 信系统的设计提供最佳网站配置的依据。
设d为发送天线与接收天线间的距离， 那么，接收信号的功率Pr(d)可以用如下公 式表达 2
Pt Gt Gr Pr (d ) 2 2 (4π) d L
式中：Pt是发射功率；Gt是发射天线增益； Gr是接收天线增益；L是与无线传播无关的系统 损耗因子（L≥1）；是波长。
发射和接收天线的增益都是天线本身 的设计参数，通常与天线的大小、天线单 元的间距与相位设计，以及发送和接收天 线之间的连线与天线主瓣之间的夹角有关。
2.1.1 自由空间传播模型
自由空间传播模型通常可以用于预测 传播路径上无任何遮挡与反射物的LOS信 号传播条件下的接收信号强度。
自由空间传播模型假设发射天线和接 收天线都放置在均匀无限大的传播空间中， 且接收天线处于发射天线辐射的远场区域， 即在此远场区域中的任意一点电场方向、 磁场方向和电磁波传播方向两两互相垂直。
确定某一特定地区的大尺度传播环境 的主要因素有：
（1）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。
通常，在无线网络规划中对大尺度传 播特性采取经验模型与确定模型相结合的 方法。
n:路径损耗指数；d0是离基站足够近 的路径参考点。
2．阴影衰落
在实际传播环境中，即使两个移动台 与基站之间的路径损耗相同，其各自的能 量衰减也可能有很大差异，而这一差异就 是由阴影衰落引起的。
d PL(d ) PL(d 0 ) 10n log d X 0
Okumura模型为预测城区信号时使用 最广泛的模型。应用频率在150MHz～ 1 920MHz之间（可扩展到3 000MHz）， 距离为1km～100km之间，天线高度在 30m～1 000m之间。
该种模型的主要缺点是对城区和郊区 快速变化的反应较慢。预测和测试的路径 损耗偏差为10dB～14dB。 这种方法包括按照地形地貌将预测区 域分为不同的类别：即开阔地、郊区和城 区。
2.1
无线信道基本传播特性
2.2
无线信号的大尺度传播特性
2.3
无线信号的小尺度传播特性
2.4
小结
本章内容 无线信道基本传播特性 无线信号的大尺度传播特性 无线信号的小尺度传播特性
本章重点 电磁信号基本传播机制 多径传播与多普勒频移 统计多径信道模型
学习本章目的和要求 了解无线信道基本传播特性 掌握无线信号的大尺度传播特性 了解多径传播与多普勒频移的基本特 性
2.1.2 电磁信号基本传播方式
在实际移动通信传播环境中，反射、 绕射和散射是无线信号三种主要的传播方 式。
（1）反射：
当电磁波遇到比波长大得多的物体时 发生反射，反射发生间的无线路径被 尖利的边缘阻挡时发生绕射。
（3）散射：
当波穿行的介质中存在小于波长的物 体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大 时，发生散射。
2.1 无线信道基本传播特性
无线信道定义为基站天线与移动台天 线之间的电磁传播路径，包括发射与接收 天线本身以及两付天线之间的传播介质， 在移动通信中传播介质通常为大气。
总体来讲，无线传播路径分为视距传 播（Line-of-sight，LOS）和非视距传播 （Non-line-of-sight，NLOS）。