無線環(huán)境傳播模型

1、1.1.1 無線環(huán)境傳播模型在移動無線電環(huán)境中，傳播環(huán)境的復雜多變和移動臺的不斷移動導致無線鏈路呈現(xiàn)出復雜多變的特征，影響著無線電信號的傳輸質(zhì)量。同時由于在實際的工程設計中，由鏈路預算得到的最大路徑損耗必須依靠無線環(huán)境的傳播模型才能轉(zhuǎn)換成為小區(qū)半徑。因此，研究無線通信和無線網(wǎng)絡規(guī)劃的首要問題就是研究無線傳播環(huán)境對信號的傳輸質(zhì)量的影響，也就是研究無線電信號在空中所經(jīng)歷的電波傳播損耗，這就需要建立傳播模型來模擬電信號在無線環(huán)境中的衰減情況，估算出盡可能接近實際的接收點的信號場強中值，從而進行合理的小區(qū)規(guī)劃，既滿足用戶需求的同時又可以節(jié)約投資。人們經(jīng)過理論分析和長期的實際觀測，通過建立了基站與移動臺

2、之間的無線鏈路的統(tǒng)計模型，發(fā)現(xiàn)電波傳播的損耗主要由傳播路徑損耗、多徑衰落和慢衰落三個部分構(gòu)成。其中，傳播路徑損耗主要是由于電波傳播的彌散特性造成的；多徑衰落通常是由移動臺周圍半徑約100倍波長內(nèi)的物體造成的反射，一般認為信號的均值服從瑞利分布；慢衰落是由于地形起伏和人造建筑物引起的慢衰落以及由于電波的空間擴散造成的衰減，一般認為信號的均值服從對數(shù)正態(tài)分布。另外，對信號造成干擾的除了上述三種乘性干擾外，還始終存在著一種服從高斯分布的加性噪聲，其噪聲源包括熱噪聲、雷電噪聲等，多用戶干擾及來自其它小區(qū)的干擾也常被等效為高斯白噪聲。在第二代數(shù)字蜂窩移動技術(shù)GSM、CDMA中，我們已經(jīng)熟知并廣泛應用于工

3、程實際的傳播模型有適用于室外型大區(qū)制蜂窩結(jié)構(gòu)的Okumura-Hata、Cost231-Hata和適用于微蜂窩結(jié)構(gòu)的Walfish-Ikegami經(jīng)驗公式等，都是在大量的測試數(shù)據(jù)中總結(jié)出來的信號電平隨地理環(huán)境變化的衰減的分布規(guī)律的經(jīng)驗模式。并且它們都適用于2000MHz頻段，因此也可以應用于3G網(wǎng)絡規(guī)劃。由于這些模型是在大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中總結(jié)出的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，并且是從特定的地理區(qū)域獲得的，它們都具有一些地區(qū)適應性，如Okumura-Hata更適用于準平坦地形情況（類似于東京地形）、Cost231-Hata適用于中小城市等。下面的章節(jié)羅列出了常用的幾種傳播模型，在實際的工程使用中，要根據(jù)不同地區(qū)的無線

4、環(huán)境情況有選擇地使用，并且在當?shù)剡M行模型校正，模型校正參見規(guī)劃軟件功能要素研究報告。在第三代移動通信技術(shù)中，我們所要考慮的不僅有大區(qū)制的扇區(qū)覆蓋、更有小區(qū)制以及微小區(qū)制的扇區(qū)覆蓋。因此，在未來的傳播預測中，用到的將是一種混合的預測算法。即：在大區(qū)制覆蓋的地區(qū)仍然采用宏蜂窩傳播模型經(jīng)驗公式，并且通過實地做連續(xù)波測試得到的修正因子來更精確地描述當?shù)責o線路徑損耗。在以微小區(qū)結(jié)構(gòu)為主的密集復雜城區(qū)，低于周圍建筑物高度的基站和周圍建筑物形狀及高度、街道寬度、地形等對無線傳播的影響都應在我們規(guī)劃的范圍之內(nèi)，運用可視化技術(shù)對覆蓋區(qū)域環(huán)境進行描述及射線跟蹤算法來進行精確覆蓋模擬。1.1.1.1 傳播模型分類根

5、據(jù)傳播模型的獲得方式，我們通?？梢园阉鼈兎诸悶椋航?jīng)驗模式；半經(jīng)驗或半確定性模式；確定性模式。經(jīng)驗模式是將大量測試的結(jié)果經(jīng)過統(tǒng)計分析得到的反映無線路徑損耗的公式。如：Okumura-Hata、Cost231-Hata、LEE模型等。半經(jīng)驗或半確定模式是把確定性方法用于一般的市區(qū)或室內(nèi)環(huán)境導出的公式。還可以根據(jù)實驗結(jié)果對等式進行修正，得到表征天線周圍地區(qū)規(guī)定特性的函數(shù)。如：COST Walfish-Ikegami等。確定性模式是對具體的現(xiàn)場環(huán)境應用電磁理論計算的方法。在這種模式中，已使用的幾種技術(shù)通?；谏渚€跟蹤的電磁方法幾何繞射理論（GTD）、物理光學（PO）等。在這種模式中，無線傳播與環(huán)境特征

6、（如建筑物的高度、棱角、街道寬度、物體表面材質(zhì)等）有關(guān)。根據(jù)移動無線傳播環(huán)境的不同分為自由空間傳播模型和非自由空間傳播模型。自由空間是指充滿均勻理想介質(zhì)的空間，而且不存在地面和障礙物的影響。在自由空間里傳播的電波不產(chǎn)生反射、折射、散射、繞射和吸收等現(xiàn)象，只存在因擴散而造成的衰減。自由空間的基本傳輸損耗是指位于自由空間的發(fā)射系統(tǒng)的等效全向輻射功率(EIRP)與接收系統(tǒng)各向同性接收天線所接收到的可用功率之比，在實際系統(tǒng)中只有在視距情況下發(fā)射和接收之間才可以采用自由空間傳播模型。實際系統(tǒng)在一般情況下，在基站和移動臺之間不存在直射信號，接收的信號是發(fā)射信號經(jīng)過若干次反射、繞射和散射后的疊加，在某些特別

7、空曠地區(qū)或基站天線特別高的地區(qū)存在直射傳播路徑。人們經(jīng)過理論分析和長期的實際觀測，建立了基站與移動臺之間的無線信道的統(tǒng)計模型，認為，電波傳播的損耗主要由以下三個部分構(gòu)成，如圖所示：=+平均路徑損耗慢衰落快衰落Received Signal (dBm)BS-UE distance圖表1 電波傳播路徑損耗傳播路徑損耗：為某時刻基站和用戶之間的距離矢量。表示空間的傳播損耗，該損耗主要是由于電波傳播的彌散特性造成的?？焖ヂ洌ǘ鄰剿ヂ洌和ǔＲ鸲鄰叫闹饕蚴且苿优_周圍半徑約100內(nèi)的物體造成的反射。它反映了數(shù)十波長內(nèi)，接收信號電平的均值的變化趨勢，此時信號的均值服從瑞利分布。即公式中的項。慢衰落

8、：在移動無線電環(huán)境中，電波傳播除了存在多徑衰落外，還有由于地形起伏和人造建筑物引起的慢衰落以及由于電波的空間擴散造成的衰減。它反映了數(shù)百波長內(nèi)接收電平均值的變化趨勢，此時信號的均值服從對數(shù)正態(tài)分布。即公式中的項。AWGN加性高斯白噪聲：對信號造成干擾的除了上述三種乘性干擾外，還始終存在著一種加性噪聲，服從高斯分布；其噪聲源包括熱噪聲、雷電噪聲等，同時，多用戶干擾及來自其它小區(qū)的干擾也常被等效為高斯白噪聲。由于移動通信所在環(huán)境的多樣性，每個傳播模型都是適用于某特定類型地區(qū)的模型。以下就關(guān)于幾種在2G中就已經(jīng)得到廣泛應用、并且可以擴展到2000MHz頻段使用的傳播模型加以論述其應用。需要說明的是，

9、每種規(guī)劃軟件都有其推薦使用的傳播模型類型，可能與下述幾類不完全相同，但是經(jīng)過實際工程應用，數(shù)據(jù)說明其誤差在可接受的范圍之內(nèi)的，都屬于可用的傳播模型。以下模型中所采用的參數(shù)如下：d是間隔距離(km)，f是載波頻率(MHz)，hBS是以平均屋頂高度為基準的基站天線高度(m)，hMS是移動臺天線高度(m)，LogF是標準偏差為10dB的對數(shù)正態(tài)分布，(hMS)是移動臺天線高度的校正因子，Cclutter是與傳播環(huán)境區(qū)域類型相關(guān)的校正因子，計算得到的路徑損耗單位均為dB。7.1.2.2 自由空間傳播模型該模型適用于視距(幾十米以內(nèi))傳輸?shù)那闆r。1.1.1.3 宏蜂窩的傳播模型這種模型主要應用于一個天線

10、高于平均屋頂高度，而另外一個天線低于平均屋頂高度的情況。其傳播模型路徑損耗計算公式為：該模型適用于城市或郊區(qū)鏈路間隔距離從幾百米到數(shù)公里的情況。假定hBS為30米，那么可以得到不考慮LogF簡化后的900MHz、1800MHz和2000MHz路徑損耗公式為：1.1.1.3.1 Okumura-Hata模型Okumura-Hata模型是預測城區(qū)信號中使用最廣泛的經(jīng)驗模型，一般應用的頻率是1502000MHz之間，后來利用測試結(jié)果又擴展到1003000MHz的頻率上，適用距離在1km到20km，天線高度在30m到200m之間。Okumura-Hata模型以準平坦地形為基準，并按照地形地貌分為開闊地

11、、郊區(qū)和城區(qū)。其中：首先對移動臺天線高度校正因子進行簡化，從下圖中可以看出當移動臺的天線高度在1.5米（常見值）左右時，不同城市規(guī)模下的校正因子值差別很小。(hMS)圖表2 移動臺天線校正因子的比較，中等城市和大城市假定移動臺天線高度為1.5米，那么簡化后的校正因子為：接下來對路徑損耗進行簡化，假定基站天線高度為30米，簡化后的路徑損耗公式為：城區(qū)：指傳播路由上集中分布著兩層樓或以上的建筑物，或者有茂密的森林。城區(qū)路徑損耗的計算公式為：開闊地：指傳播路由上沒有大的障礙物的開闊地帶，以及前方數(shù)百米內(nèi)沒有任何阻擋的區(qū)域。郊區(qū)：在傳播路由上分布有少量的不太密集的障礙物以及障礙物的高度比較低的區(qū)域。郊

12、區(qū)路徑損耗的計算公式為為了使Okumura-Hata模型能適用于一些特殊地區(qū)，如丘陵地形、斜坡地和水陸混合地區(qū)等，Okumura-Hata模型定義了基站的有效天線高度，來應用于無線電波傳播模式中。通常在我們使用的各種規(guī)劃軟件中，將該模型進行了修正，使得該模型更能適用于實際工程及更便于計算機進行模擬計算。因此，使用Okumura-Hata模型首先需要對所研究的地區(qū)進行分類，即把所研究地區(qū)按照地物的分布劃分為：開闊地、郊區(qū)和城區(qū)、密集市區(qū)等，然后根據(jù)不同的地形分類來進行實地連續(xù)波測試，再通過模型校正得到關(guān)于Okumura-Hata模型在當?shù)氐男拚蜃?。這樣就得到比較能夠精確反映當?shù)芈窂綋p耗的預測結(jié)

13、果。該模型的主要缺點是對城區(qū)和郊區(qū)快速變化的反映較慢，預測和實測值之間的偏差在10dB左右,并且在小區(qū)半徑1km之內(nèi)的偏差較大,只適用于基站半徑較大的宏蜂窩的覆蓋預測。1.1.1.3.2 COST 231-Hata模型COST 231-Hata模型也是以Okumura等人的測試結(jié)果為依據(jù)，通過對高頻段的Okumura傳播曲線進行分析，得到所建議的公式：其中(hm)是有效移動天線修正因子, Cm= 0dB 密度適中的中等城市和郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn) 3dB 大城市中心 -10dB-2log(f/28)2-5.4(dB) 城郊 -20dB-4.78log(f)2+18.44log(f)-35.94(dB) 農(nóng)村

14、COST 231-Hata模型是以中小城市的無線環(huán)境為基準，適用于工作頻率1500MHz2000MHz之間，天線高度在30m到200m，手持機的天線高度在1m到10m之間，適合于基站半徑在1km到20km，校正后可以適用于100m以內(nèi)。1.1.1.3.3 Lee模型Lee模型的特點是基于特定無線電路徑上的實際地形變化，將有效天線高度隨移動臺位置變化而變化所引起的天線高度增益G考慮在內(nèi)，從而使預測值的標準偏差限制在23dB內(nèi)。Lee模型是可適用于市區(qū)和郊區(qū)的經(jīng)驗模式。式中：Pr接收信號電平； Pro接收點(d=r0)的接收信號電平； 路徑損耗斜率； r0接收點至基站的距離，取r0=1km； r預

15、測點至基站的距離，適用于r1km； 有效天線高度； h1基站天線高度； 發(fā)射功率、天線高度、天線增益的校正因子； 存在刃形障礙的路徑的有效天線高度； L繞射損耗。1.1.1.4 微蜂窩的傳播模型Hata公式和它的修正式的獲得是基于基站天線高度均高出基站附近的建筑物屋頂高度，同時忽略了街道寬度、街道繞射和散射損耗的影響，對于微蜂窩不應該用Hata公式和它的修正式。1.1.1.4.1 COST 231-Walfish-Ikegami模型COST231報告建議的COST 231-Walfish-Ikegami模型是適用于微蜂窩環(huán)境的模型，是經(jīng)驗模式和確定性模式的結(jié)合，在使用時引入一些描述市區(qū)環(huán)境特征

16、的地理化信息參數(shù)。包括建筑物高度、街道寬度、建筑物的間隔、阻擋物相對于直達無線電路徑的道路方位角度。同時對當固定基站天線等于或低于屋頂高度時的情況進行了一些修正。此模型只有當傳播距離大于20米時有效。COST 231-Walfish-Ikegami模型在應用時要分成兩種情況來處理：一種是低天線情況，適用于視距情況；另一種是高基站天線情況，適用于非視距情況，如下圖所示。圖表3 COST 231-Walfish-Ikegami模型Ø 低基站天線情況：基站天線低于周圍建筑物的的平均高度的時候，信號是在街道形成的峽谷中傳播的，其傳播特性與高基站天線的傳播特性不同。經(jīng)過實際測試，得到對街道峽谷

17、內(nèi)的視距通信情況使用的公式描述如下：路徑損耗 Lb=42.6+26logd(km)+20logf(MHz) 20md5kmØ 高基站天線情況：在這種情況下應用的公式適合于非視通情況的傳播路徑，可以簡單表達如下：L=Lbf+Lrts+LmsdLbf代表自由空間損耗，代表“最后的屋頂?shù)浇值赖睦@射和散射損耗”，用來計算街道內(nèi)的繞射和反射；為“多重屏前向繞射損耗”，計算屋頂上方的多次繞射。1.1.1.4.2 3-D射線跟蹤模型隨著計算機技術(shù)及可視化技術(shù)的發(fā)展，更精確地預測無線信號覆蓋的新方法也得以利用。射線跟蹤模型可以應用于室外宏蜂窩、室外微蜂窩和室內(nèi)微蜂窩，它根據(jù)幾何光學理論，通過模擬光（

18、射線）的傳播路徑、并考慮了反射、折射和繞射等來確定接收點的場強。在3-D射線跟蹤模型中，取在移動臺所處位置的預測信號為最強的一條射線的信號強度作為接收點電平值。同時為了避免出現(xiàn)難以確定單條射線是否最終為到達某一接收點的情況，通常采用下面兩種方法：一種是接收球算法，在接收處如果一條射線和規(guī)定半徑的接收球相交，則考慮該射線對接收信號的貢獻；另一種是發(fā)射3-D發(fā)射管，如果接收點落在射線管內(nèi)，則考慮該射線對接收信號的貢獻。3-D射線跟蹤模型如下圖所示。圖表4 3-D射線跟蹤模型示意圖簡單地描述，3-D射線跟蹤模型在計算路徑損耗時主要考慮的因素可用下式表達：Lp = Lr + bLd + Lb 其中：L

19、r 參考路徑損耗值 (dB) ；Ld 衍射損耗(dB)，其計算基于一致性劈繞射理論（UTDUniform Theory of Diffraction）的結(jié)論；b 衍射因子，取值01；Lb建筑物穿透損耗 (dB)。理論計算和實際測量的結(jié)果都表明，對短距離傳播路徑的情況，存在一個斷點（突變點），在斷點之前，路徑損耗曲線的斜率可以認為和自由空間的路徑損耗曲線的斜率相等，在斷點之后，信號電平隨距離的增加損耗加快。斷點距離長度一般可以取菲涅耳第一半徑，即：dbrk =4（hb*hm ）/ 其中：hb 相對于地平面的基站天線高度 (m)；hm 相對于地平面的手機天線高度(m)； 無線波長 (m)。因此，參

20、考路徑損耗值Lr可計算如下：L0路徑損耗在1m 處的值 (dB)；d接收點在沿著射線方向離基站的距離 (m)；b斷點之后路徑損耗曲線的斜率值。3-D射線跟蹤模型適用于在密集大城市預測無線電波路徑損耗，同時需要三維地理化信息數(shù)據(jù)庫，包括：組成建筑物多面體的形狀及數(shù)目；每個多面體頂點的數(shù)目；每個多面體頂點的直角坐標；障礙物的材料類型數(shù)據(jù)。3-D射線跟蹤模型的精確度與可靠性最好，因此，在對基站形態(tài)比較復雜、仿真結(jié)果要求比較高的WCDMA設計中推薦使用。但是由于所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)很多，一般比較難以獲得，而且使用這種模型運算量非常大，具體實施比較困難。1.1.1.5 規(guī)劃軟件使用的通用校正傳播模型通用校正

21、傳播模型是一種適合于帶寬在150-2000MHz和超過長距離(1<d<20公里)傳播的模型，適合于GSM 900和1800技術(shù)以及CDMA技術(shù)。這種模型利用地形、衍射原理并考慮地形分類（統(tǒng)計）、天線掛高、天線傾角、天線種類來計算信號的傳播損耗。該模型常用于規(guī)劃軟件中，在實際規(guī)劃過程要根據(jù)路測數(shù)據(jù)進行校準。該模型基于以下公式來計算。各參數(shù)含義: received power 接收功率(dBm)transmitted power 發(fā)射功率（EIRP包括天線增益）(dBm)constant offset 常數(shù)(dB)multiplying factor for log(d) log(d)

22、的相乘因子ddistance between the receiver and the transmitter 接收機與發(fā)射機的距離multiplying factor for 的相乘因子 effective height of the transmitter antenna 天線的有效高度multiplying factor for diffraction calculation must be a positive number 衍射計算相乘因子，必須是正數(shù)losses due to diffraction over an obstructed path 超過阻礙路徑的衍射損耗(dB)mu

23、ltiplying factor for log(Heff)log(d) log(Heff)log(d)的相乘因子multiplying factor for 的相乘因子 mobile antenna height 手機天線高度（m）multiplying factor for 的相乘因子average of weight losses due to clutter 基于地形的加權(quán)損耗平均值corrective factor for hilly regions(=0 in case of NLOS) 山區(qū)區(qū)域的校正因子（當NLOS時為0）上述模型的K1K6參數(shù)由具體的傳播環(huán)境決定，K(clut

24、ter)是由不同地物決定的修正系數(shù)。不同的地物決定了不同的Kclutter，這些K參數(shù)是通過CW測試的數(shù)據(jù)逐步擬合出來的。獲得CW測試數(shù)據(jù)后，可以通過K參數(shù)試驗法和最小方差法兩種途徑得到。在通用校正模型的眾多K參數(shù)中，每個K參數(shù)對模型的影響程度是不一樣的，從對模型的分析可知，K1、K(clutter)是常量，與傳播距離、天線高度等因素無關(guān)；K6為移動臺的高度修正因子，由于移動臺的高度變化不大（可定為1.5米左右），因此，K6最終可以歸結(jié)為最后階段的微量調(diào)整，K2、K3、K5的調(diào)整要視具體的測試數(shù)據(jù)和測試路徑而定。1.1.1.6 室內(nèi)傳播模型1.1.1.6.1 室內(nèi)常用傳播模型下面介紹一個非常常

25、用的室內(nèi)傳播模型，可以用公式表示如下： （5）其中PL：傳播損耗(dB)：參考損耗（在米處的損耗值）（dB）：陰影衰落余量（dB）n：距離衰減因子FAF：地板衰減因子（dB）因為室內(nèi)建筑物的種類、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)千差萬別，所以一般情況下建議在真實環(huán)境中測量、n和FAF的值。下面介紹一下這些值的測量方法。1) ：是室內(nèi)模傳播型中的參考路徑損耗，是從室內(nèi)天線到距離自由空間1m處的路徑損耗值。在測量過程中，接收機可以使用測試手機。測量的具體方法如下：1 測量室內(nèi)天線的輸出功率；2 確定測量點（3個）；3 在每一個點測量CPICHRSCP超過20次以上；4 計算 室內(nèi)天線的發(fā)射功率接收機的接收功率。圖8 測

26、量示意圖表14 的測量數(shù)據(jù)處理表格測試點天線發(fā)射功率（dBm）CPICH-RSCP(dBm)（dB）標準偏差（dB）測量次數(shù)P1P2P3舉例：如果天線的發(fā)射功率（EIRP）是0dBm，接收機的接收功率是31dBm，則0dBm（31dBm）31（dB） 距離衰減因子n：2) n是距離衰減因子，它是室內(nèi)傳播模型的斜率。測量n的值可以選擇幾個點進行。測量內(nèi)容包括天線的發(fā)射功率，CPICHRSCP和標準偏差。下面是具體的測量方法：1 測量室內(nèi)天線的輸出功率；2 確定測量點（3個以上）；3 在每一個點測量CPICHRSCP超過20次以上；4 用下面的公式計算n的值，并求出標準偏差 （6）在上式中， 是天

27、線的發(fā)射功率，是導頻信號CPICH的RSCP。圖9 距離損耗因子n測量示意圖表15 距離損耗因子n的測量數(shù)據(jù)處理表格測試點天線發(fā)射功率（dBm）CPICH-RSCP(dBm)n標準偏差（dB）測量次數(shù)P1P2P33) FAF：FAF是地板損耗因子，表示穿透地板時，電磁波的損耗值。測量FAF時，通常把發(fā)射天線放在上一層的空間內(nèi)，把接收機放在下一層的空間內(nèi)，并且確保地板上沒有其它物品（如家具等）。具體的測量方法如下：1 測量室內(nèi)天線的輸出功率；2 確定測量點（3個）；3 在每個點測量CPICHRSCP超過20次；4 用下面的公式計算FAF的值，并求出標準偏差 （7）圖10 地板損耗因子FAF測量示

28、意圖除此之外，還可以附帶測量一下的d12、d23以及地板的厚度，記錄下地板材質(zhì)和所使用的頻率等等。表16 地板損耗因子FAF的測量數(shù)據(jù)處理表格測試點天線發(fā)射功率（dBm）CPICH-RSCP(dBm)FAF（dB）標準偏差（dB）測量次數(shù)P1P2P3下面是一個室內(nèi)傳播模型參數(shù)測量的例子。在本例中從20m到40m之間，n的值為3.29，的值為39dB。圖11 室內(nèi)傳播測量實例1.1.1.6.2 自由空間模型在室內(nèi)環(huán)境下，用戶和天線的距離很近，經(jīng)常可以看見天線。在體育館、展覽館這樣的建筑物內(nèi)，基本上沒有阻擋物體。在這種情況下，其傳輸損耗非常接近自由空間的損耗情況，其計算公式為： （8） 上式中，d

29、為傳輸距離單位為m，f為電磁波的頻率，單位為Hz，c為光速。用對數(shù)表示為： （9）將f：19202170MHz（取為2GHz） c：m/s 代入上式可得： （10）假設天線端口的下行輸出功率為10dBm，則距每個遠端天線口處所對應的接收電平為： （11）若天線在石膏或木質(zhì)天花板內(nèi)，考慮衰耗為5dB，在天線下實際接收電平約為33.46dBm。在室內(nèi)傳播環(huán)境中，電磁波要進行多次反射、繞射和穿透過程，則距每個天線20m處，綜合考慮電波傳播中建筑結(jié)構(gòu)的衰減，這里取最大值13dB計算，再考慮5dB的信號波動值，則對應的接收電平為： （12）經(jīng)過實地勘測，可基本確定各分布天線的位置。為了使方案規(guī)劃更加準確

30、，往往可對這些區(qū)域進行場強覆蓋預測。具體可以采取以下方法：用信號發(fā)生器和室內(nèi)天線組成發(fā)射單元，在分布天線位置發(fā)出所設計的相應輸出功率，而將測試手機作為接收單元，在相應覆蓋區(qū)域各點測試場強的大小，觀察是否能良好地接收到信號。1.1.1.6.3 修正的自由傳播模型建筑物內(nèi)部的電波傳播模型也可以使用下面的公式 （13）上式中，是方差為的對數(shù)正態(tài)分布的均值，并且包括人、設備、家具等地物損耗，具體的值可以通過測試得到。 d是天線和移動臺之間的直線距離，和分別是一層地板和一層墻的衰耗，和分別是沿線d的地板和墻的數(shù)目。 如果室內(nèi)天線和手機的直線距離為20m，中間經(jīng)過3層隔墻和1層地板。假設為10dB，為20

31、dB，為7dB，那么傳播損耗為 （14） 如果發(fā)射天線端口處的電平為10dBm，則20m處接收到的電平為 （15）下表是根據(jù)有關(guān)資料得到的在2GHz不同材料的墻體和地板的穿透損耗值表17 2GHz不同材料的墻體和地板的穿透損耗值墻體的類型混凝土墻體磚墻玻璃鋼筋混凝土混凝土地板穿透損耗（dB）13208156122040812表18 不同材料的穿透損耗(2200MHz)建材(厚度)穿透損耗(dB)木板(15mm)3.5石膏板(7mm)0.1磚(60mm)1.4磚(含水)5.8瓦(15mm)8.1隔熱玻璃纖維37.11.1.1.6.4 適用于多層樓的傳播模型下面的模型適用于典型的室內(nèi)環(huán)境，它需要很

32、少的環(huán)境路徑損耗信息。這里的模型計算穿過多層樓層的損耗，以應用于頻率在樓層間復用的的情況。此模型用公式表示如下： （16）N：距離損耗系數(shù)f： 頻率（MHz）d： Bs和Ms間的距離Lf：樓層穿透損耗（dB）n： Bs和Ms間的樓層數(shù)表19 距離損耗系數(shù)N頻率（MHz）公寓辦公室商場90030332018002000283222 表20 樓層穿透損耗Lf，n是樓層數(shù)目頻率（MHz）公寓辦公室商場9009（1層）19（2層）24（3層）180020004×n154×（n-1）6+3×（n1）1.1.1.6.5 三維電磁波傳播模型研究現(xiàn)狀由于微蜂窩和室內(nèi)環(huán)境的復雜性，

33、基于有限測量數(shù)據(jù)總結(jié)出來的經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式難以滿足實際工程的需要。因此，考慮建筑物的布局建立更精確的模型，進行場強預測的方法是很有吸引力的。理論方法建立的模型大多基于幾何光學的射線跟蹤且利用了鏡面反射和繞射理論。目前二維的方法可有效用于研究電波傳播問題，但大多數(shù)情況下需要三維傳播模型，三維模型可以相對精確地給出無線信道特性。建立一個復雜環(huán)境下較準確的傳播預測模型較流行的方法是綜合幾何光學理論和幾何繞射理論(或一致性繞射理論)并采用有效的射線跟蹤算法。在3G系統(tǒng)中，采用頻率為2GHz左右的電波頻段，傳播環(huán)境中建筑物尺寸遠大于電波波長，這使得利用射線光學傳播理論用于分析環(huán)境傳播特性成為可能，并且可

34、以利用建筑物數(shù)據(jù)，對特定環(huán)境的傳播特性進行定性分析?；谏渚€光學理論分析傳播特性將考慮到直射線、反射線、透射線和繞射線。八十年代后期把射線方法用于研究移動通信環(huán)境傳播特性顯得非?；钴S，并基于射線光學近似提出各種方法，比如鏡像射線方法、射線跟蹤方法等。射線跟蹤算法主要有兩種：第一種射線跟蹤方法就是只考慮沿發(fā)射機到接收機的一條路徑的射線。第二種射線跟蹤方法就是考慮一束射線，從發(fā)射機源發(fā)射的射線均被跟蹤直至其場強低于某閾值或超過反射和透射最大數(shù)目。原則上，刃峰繞射和擴散散射均可以用在這兩種算法中。第一種方法的主要缺點是計算時間，第二種算法面臨著當射線束離開發(fā)射機時降低空間分辨率的問題。目前在這些理論

35、分析方法中，大量的射線跟蹤方法都是二維和三維的混合模型。他們假設墻是垂直的或等高的，屋頂和天花板是水平的，并且地是平的，這些假設是不準確的。從已研究的成果可看出，對于復雜的微蜂窩和室內(nèi)環(huán)境，快速、準確的三維射線跟蹤方法仍是一個需要研究的問題。1.1.1.7 傳播模型校正上面所介紹的傳播模型大都是基于大量測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計模型，但統(tǒng)計模型先天的最大弱點是因為每一個模型的提出都與提出者所在的地區(qū)有關(guān)系，每個模型都只是客觀上反映了進行模型修正的這些地區(qū)，而事實上由于各個地區(qū)，各個不同的城市，其地物地貌有著很大的不同，特別在我國，地域廣闊，地理類型多樣，各地的地形地面千差萬別，這就決定了當要把一個模型應用到其它地區(qū)時，必須對模型的一些參數(shù)進行修改，也就是模型校正工作。3G網(wǎng)絡采用的2GHz左右的頻段，與目前GSM采用的900MHz頻段相比，波長更短、信號的穿透能力差，傳播損耗更大，相應傳播距離也就更短。因此，在3G網(wǎng)絡的頻段上開展傳播模型的校正工作就成為必不可少的一步。在實際工程中，一個沒有經(jīng)過修正的模型應用在其它地區(qū)