移动通信中的电波传播与天线第四讲电波传播模型.docVIP

第5章 移动通信系统中的场强预测模型 场强预测——所谓场强预测是指根据移动通信的不同环境得到通信范围内的场强分布（路径损耗），建立电波传播的模型，以便对通信网进行规划和设计（天线、基站站址、小区半径、频率……） 传播模式——分为经验模式、半经验或半确定模式、确定性模式。经验模式是根据大量测量结果统计分析后导出的公式，应用经验模式可以容易和快速地预测路径损耗，不需要有关环境的详细信息，但是不能提供非常精确的路径损耗估算值。确定性模式是对具体现场环境直接应用电磁场理论进行计算，如射线追踪方法，环境的描述可以从地形地物数据库中得到。半经验或半确定模式是基于把确定性方法用于一般的市区或室内环境中导出的公式，为了改善半经验或半确定模式和实验结果的一致性，有时需要根据实验结果对公式进行修正，得到的公式是天线周围某个规定特性的函数。 传播环境——蜂窝移动通信的最大特点就是小区制。小区的大小和范围直接和传播条件有关，可以根据需要选择小区的大小和范围。移动通信系统中主要采用宏小区、微小区（微蜂窝）和微微小区（微微蜂窝）三种形式。经验模式或半经验模式对具有均匀特性的宏小区是合适的。半经验模式还适用于均匀的微小区，在那里模式所考虑的参数能很好的表征整个环境。确定性模式适合于微小区和微微小区不管它们的形状如何。确定性模式对宏小区是不能胜任的，因为对这种环境所需的计算机CPU时间使人无法忍受 四种电波传播模型——电波传播模型是指通过对电波传播的环境进行不同方法的分析后所得到的电波传播的某些规律、结论以及具体方法。利用电波传播模型不仅可以估算服务区内的场强分布，而且还可以对移动通信网进行规划与设计。 统计模型（Statistical Model）——通过对移动通信服务区内的场强进行实地测量，在大量实测数据中用统计的方法总结出场强中值随频率、距离、天线高度等因数的变化规律并用公式或曲线表示出来。 实验模型（Empirical Model）——通过实验方法得出某些电波传播规律，但不像统计模型那样用公式或曲线表示出来。 确定性模型(Deterministic Model）——通过将地形、地物等电波传播的环境适当理想化后，采用电磁场理论或者几何光学法的确定性的方法来求取场强的变化规律。 回归模型(Regression Model）——通过将计算或实测得到的路径损耗随传播距离而变化的数据按距离乘方法则做线性回归处理，拟和（Curve-Fitting）出路径损耗的规律。 常用的统计模型 Okumura-Hata模型(奥村模型) 1962年，奥村等人在东京近郊用宽范围的频率，几种固定站天线高度，几种移动台天线高度，以及在各种各样不规则地形和环境地物条件下测量信号强度，得到了一系列曲线。奥村模型在测试时是以准平坦地形作为分析和描述传播特性的基准。对于不规则地形（丘陵地形、孤立山峰、倾斜地形以及水陆混合路径）必须进行环境修正。研究的完成已使该模式成为该领域中的标准，但是由于该数据只能以曲线形式被使用，使用起来很不方便，因此已经有Hata在1980年给出了满足奥村模式的公式。 奥村模型的应用范围 频率 距离 基地站天线高度 移动台天线高度 接收功率 ——自由空间路径损耗 ——准平坦地形相对自由空间的损耗中值 ——基地站天线偏离时的修正因子 ——移动站天线偏离时的修正因子 路径损耗 环境修正 不规则地形时的接收功率 不规则地形时的路径损耗 ——郊区和开阔地的修正系数 ——起伏山岳的修正系数 ——斜坡地形的修正系数 ——水陆混合地形的修正系数 ——孤立山峰的修正系数 ——山峰高度偏离的修正因子 传播损耗的经验公式 式中的是一个与移动台天线高度有关的环境修正因子,其关系为 中小城市， 移动台天线高度 大城市，频率 大城市，频率 修正的Hata公式——对Hata公式进行修正可以改善相对于奥村曲线的精度，在整个奥村曲线的有效范围内提高Hata公式的精度。 COST-231模型——COST-231模型是欧洲研究委员会COST-231（陆地移动无线电发展）传播模式小组在1991年提出的两种建议。与奥村模式相比，COST-231模式的应用为更广。 COST-231-Hata模型——根据Hata模式，利用一些修改项使频率覆盖范围从500MHz到2000MHz，所得到的表达式就称为COST-231-Hata模型。Hata模式是根据奥村等人的测量数据而得到的。当时的基地站天线高度均高出基地站附近的建筑物屋顶，因此不能把它的有效范围推广到基地站天线高度低于周围平屋顶的情况。也就是说COST-231-Hata模型只能用于大区制蜂窝和小区制蜂窝的路径损耗预测，而不能应用于为蜂窝情况。通过对高频段的奥村传播曲线