無(wú)線環(huán)境傳播模型

1、1.1.1 無(wú)線環(huán)境傳播模型在移動(dòng)無(wú)線電環(huán)境中，傳播環(huán)境的復(fù)雜多變和移動(dòng)臺(tái)的不斷移動(dòng)導(dǎo)致無(wú)線鏈路呈現(xiàn)出復(fù)雜多變的特征，影響著無(wú)線電信號(hào)的傳輸質(zhì)量。同時(shí)由于在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，由鏈路預(yù)算得到的最大路徑損耗必須依靠無(wú)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(wú)線通信和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的首要問(wèn)題就是研究無(wú)線傳播環(huán)境對(duì)信號(hào)的傳輸質(zhì)量的影響，也就是研究無(wú)線電信號(hào)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(lái)模擬電信號(hào)在無(wú)線環(huán)境中的衰減情況，估算出盡可能接近實(shí)際的接收點(diǎn)的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)中值，從而進(jìn)行合理的小區(qū)規(guī)劃，既滿足用戶需求的同時(shí)又可以節(jié)約投資。人們經(jīng)過(guò)理論分析和長(zhǎng)期的實(shí)際觀測(cè)，通過(guò)建立了基站與移動(dòng)臺(tái)

2、之間的無(wú)線鏈路的統(tǒng)計(jì)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(gè)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(dòng)臺(tái)周圍半徑約100倍波長(zhǎng)內(nèi)的物體造成的反射，一般認(rèn)為信號(hào)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(kuò)散造成的衰減，一般認(rèn)為信號(hào)的均值服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。另外，對(duì)信號(hào)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(lái)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(dòng)技術(shù)GSM、CDMA中，我們已經(jīng)熟知并廣泛應(yīng)用于工

3、程實(shí)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(yàn)公式等，都是在大量的測(cè)試數(shù)據(jù)中總結(jié)出來(lái)的信號(hào)電平隨地理環(huán)境變化的衰減的分布規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。并且它們都適用于2000MHz頻段，因此也可以應(yīng)用于3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。由于這些模型是在大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)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(yīng)性，如Okumura-Hata更適用于準(zhǔn)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(shí)際的工程使用中，要根據(jù)不同地區(qū)的無(wú)線

4、環(huán)境情況有選擇地使用，并且在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行模型校正，模型校正參見(jiàn)規(guī)劃軟件功能要素研究報(bào)告。在第三代移動(dòng)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(lái)的傳播預(yù)測(cè)中，用到的將是一種混合的預(yù)測(cè)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(yàn)公式，并且通過(guò)實(shí)地做連續(xù)波測(cè)試得到的修正因子來(lái)更精確地描述當(dāng)?shù)責(zé)o線路徑損耗。在以微小區(qū)結(jié)構(gòu)為主的密集復(fù)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(duì)無(wú)線傳播的影響都應(yīng)在我們規(guī)劃的范圍之內(nèi)，運(yùn)用可視化技術(shù)對(duì)覆蓋區(qū)域環(huán)境進(jìn)行描述及射線跟蹤算法來(lái)進(jìn)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(yàn)?zāi)Ｊ剑话虢?jīng)驗(yàn)或半確定性模式；確定性模式。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞菍⒋罅繙y(cè)試的結(jié)果經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得到的反映無(wú)線路徑損耗的公式。如：Okumura-Hata、Cost231-Hata、LEE模型等。半經(jīng)驗(yàn)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(dǎo)出的公式。還可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)等式進(jìn)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(duì)具體的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境應(yīng)用電磁理論計(jì)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(xué)（PO）等。在這種模式中，無(wú)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(dòng)無(wú)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(kuò)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(shí)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(shí)際系統(tǒng)在一般情況下，在基站和移動(dòng)臺(tái)之間不存在直射信號(hào)，接收的信號(hào)是發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)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(guò)理論分析和長(zhǎng)期的實(shí)際觀測(cè)，建立了基站與移動(dòng)臺(tái)之間的無(wú)線信道的統(tǒng)計(jì)模型，認(rèn)為，電波傳播的損耗主要由以下三個(gè)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(shí)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?yīng)的主要原因是移動(dòng)臺(tái)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(zhǎng)內(nèi)，接收信號(hào)電平的均值的變化趨勢(shì)，此時(shí)信號(hào)的均值服從瑞利分布。即公式中的項(xiàng)。慢衰落

8、：在移動(dòng)無(wú)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(kuò)散造成的衰減。它反映了數(shù)百波長(zhǎng)內(nèi)接收電平均值的變化趨勢(shì)，此時(shí)信號(hào)的均值服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。即公式中的項(xiàng)。AWGN加性高斯白噪聲：對(duì)信號(hào)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(shí)，多用戶干擾及來(lái)自其它小區(qū)的干擾也常被等效為高斯白噪聲。由于移動(dòng)通信所在環(huán)境的多樣性，每個(gè)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(yīng)用、并且可以擴(kuò)展到2000MHz頻段使用的傳播模型加以論述其應(yīng)用。需要說(shuō)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(guò)實(shí)際工程應(yīng)用，數(shù)據(jù)說(shuō)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(zhǔn)的基站天線高度(m)，hMS是移動(dòng)臺(tái)天線高度(m)，LogF是標(biāo)準(zhǔn)偏差為10dB的對(duì)數(shù)正態(tài)分布，(hMS)是移動(dòng)臺(tái)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(jì)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(yīng)用于一個(gè)天線

10、高于平均屋頂高度，而另外一個(gè)天線低于平均屋頂高度的情況。其傳播模型路徑損耗計(jì)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(jiǎn)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(yù)測(cè)城區(qū)信號(hào)中使用最廣泛的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，一般?yīng)用的頻率是1502000MHz之間，后來(lái)利用測(cè)試結(jié)果又?jǐn)U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(zhǔn)平坦地形為基準(zhǔn)，并按照地形地貌分為開(kāi)闊地

11、、郊區(qū)和城區(qū)。其中：首先對(duì)移動(dòng)臺(tái)天線高度校正因子進(jìn)行簡(jiǎn)化，從下圖中可以看出當(dāng)移動(dòng)臺(tái)的天線高度在1.5米（常見(jiàn)值）左右時(shí)，不同城市規(guī)模下的校正因子值差別很小。(hMS)圖表2 移動(dòng)臺(tái)天線校正因子的比較，中等城市和大城市假定移動(dòng)臺(tái)天線高度為1.5米，那么簡(jiǎn)化后的校正因子為：接下來(lái)對(duì)路徑損耗進(jìn)行簡(jiǎn)化，假定基站天線高度為30米，簡(jiǎn)化后的路徑損耗公式為：城區(qū)：指?jìng)鞑ヂ酚缮霞蟹植贾鴥蓪訕腔蛞陨系慕ㄖ铮蛘哂忻艿纳?。城區(qū)路徑損耗的計(jì)算公式為：開(kāi)闊地：指?jìng)鞑ヂ酚缮蠜](méi)有大的障礙物的開(kāi)闊地帶，以及前方數(shù)百米內(nèi)沒(méi)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(jì)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(lái)應(yīng)用于無(wú)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(jìn)行了修正，使得該模型更能適用于實(shí)際工程及更便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算。因此，使用Okumura-Hata模型首先需要對(duì)所研究的地區(qū)進(jìn)行分類，即把所研究地區(qū)按照地物的分布劃分為：開(kāi)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(lái)進(jìn)行實(shí)地連續(xù)波測(cè)試，再通過(guò)模型校正得到關(guān)于Okumura-Hata模型在當(dāng)?shù)氐男拚蜃印＿@樣就得到比較能夠精確反映當(dāng)?shù)芈窂綋p耗的預(yù)測(cè)結(jié)

13、果。該模型的主要缺點(diǎn)是對(duì)城區(qū)和郊區(qū)快速變化的反映較慢，預(yù)測(cè)和實(shí)測(cè)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(yù)測(cè)。1.1.1.3.2 COST 231-Hata模型COST 231-Hata模型也是以O(shè)kumura等人的測(cè)試結(jié)果為依據(jù)，通過(guò)對(duì)高頻段的Okumura傳播曲線進(jìn)行分析，得到所建議的公式：其中(hm)是有效移動(dòng)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(wú)線環(huán)境為基準(zhǔn)，適用于工作頻率1500MHz2000MHz之間，天線高度在30m到200m，手持機(jī)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(diǎn)是基于特定無(wú)線電路徑上的實(shí)際地形變化，將有效天線高度隨移動(dòng)臺(tái)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(yù)測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)?zāi)Ｊ?。式中：Pr接收信號(hào)電平； Pro接收點(diǎn)(d=r0)的接收信號(hào)電平； 路徑損耗斜率； r0接收點(diǎn)至基站的距離，取r0=1km； r預(yù)

15、測(cè)點(diǎn)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(shí)忽略了街道寬度、街道繞射和散射損耗的影響，對(duì)于微蜂窩不應(yīng)該用Hata公式和它的修正式。1.1.1.4.1 COST 231-Walfish-Ikegami模型COST231報(bào)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(yàn)?zāi)Ｊ胶痛_定性模式的結(jié)合，在使用時(shí)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(duì)于直達(dá)無(wú)線電路徑的道路方位角度。同時(shí)對(duì)當(dāng)固定基站天線等于或低于屋頂高度時(shí)的情況進(jìn)行了一些修正。此模型只有當(dāng)傳播距離大于20米時(shí)有效。COST 231-Walfish-Ikegami模型在應(yīng)用時(shí)要分成兩種情況來(lái)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(shí)候，信號(hào)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(guò)實(shí)際測(cè)試，得到對(duì)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(yīng)用的公式適合于非視通情況的傳播路徑，可以簡(jiǎn)單表達(dá)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(lái)計(jì)算街道內(nèi)的繞射和反射；為“多重屏前向繞射損耗”，計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)及可視化技術(shù)的發(fā)展，更精確地預(yù)測(cè)無(wú)線信號(hào)覆蓋的新方法也得以利用。射線跟蹤模型可以應(yīng)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(xué)理論，通過(guò)模擬光（

18、射線）的傳播路徑、并考慮了反射、折射和繞射等來(lái)確定接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。在3-D射線跟蹤模型中，取在移動(dòng)臺(tái)所處位置的預(yù)測(cè)信號(hào)為最強(qiáng)的一條射線的信號(hào)強(qiáng)度作為接收點(diǎn)電平值。同時(shí)為了避免出現(xiàn)難以確定單條射線是否最終為到達(dá)某一接收點(diǎn)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(duì)接收信號(hào)的貢獻(xiàn)；另一種是發(fā)射3-D發(fā)射管，如果接收點(diǎn)落在射線管內(nèi)，則考慮該射線對(duì)接收信號(hào)的貢獻(xiàn)。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(jiǎn)單地描述，3-D射線跟蹤模型在計(jì)算路徑損耗時(shí)主要考慮的因素可用下式表達(dá)：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(jì)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(jì)算和實(shí)際測(cè)量的結(jié)果都表明，對(duì)短距離傳播路徑的情況，存在一個(gè)斷點(diǎn)（突變點(diǎn)），在斷點(diǎn)之前，路徑損耗曲線的斜率可以認(rèn)為和自由空間的路徑損耗曲線的斜率相等，在斷點(diǎn)之后，信號(hào)電平隨距離的增加損耗加快。斷點(diǎn)距離長(zhǎng)度一般可以取菲涅耳第一半徑，即：dbrk =4（hb*hm ）/ 其中：hb 相對(duì)于地平面的基站天線高度 (m)；hm 相對(duì)于地平面的手機(jī)天線高度(m)； 無(wú)線波長(zhǎng) (m)。因此，參

20、考路徑損耗值Lr可計(jì)算如下：L0路徑損耗在1m 處的值 (dB)；d接收點(diǎn)在沿著射線方向離基站的距離 (m)；b斷點(diǎn)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(yù)測(cè)無(wú)線電波路徑損耗，同時(shí)需要三維地理化信息數(shù)據(jù)庫(kù)，包括：組成建筑物多面體的形狀及數(shù)目；每個(gè)多面體頂點(diǎn)的數(shù)目；每個(gè)多面體頂點(diǎn)的直角坐標(biāo)；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(duì)基站形態(tài)比較復(fù)雜、仿真結(jié)果要求比較高的WCDMA設(shè)計(jì)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(yùn)算量非常大，具體實(shí)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(guò)長(zhǎng)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(jì)）、天線掛高、天線傾角、天線種類來(lái)計(jì)算信號(hào)的傳播損耗。該模型常用于規(guī)劃軟件中，在實(shí)際規(guī)劃過(guò)程要根據(jù)路測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。該模型基于以下公式來(lái)計(jì)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(jī)與發(fā)射機(jī)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(jì)算相乘因子，必須是正數(shù)losses due to diffraction over an obstructed path 超過(guò)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(jī)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(dāng)NLOS時(shí)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(guò)CW測(cè)試的數(shù)據(jù)逐步擬合出來(lái)的。獲得CW測(cè)試數(shù)據(jù)后，可以通過(guò)K參數(shù)試驗(yàn)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(gè)K參數(shù)對(duì)模型的影響程度是不一樣的，從對(duì)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?zé)o關(guān)；K6為移動(dòng)臺(tái)的高度修正因子，由于移動(dòng)臺(tái)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(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)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(gè)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?yàn)槭覂?nèi)建筑物的種類、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)千差萬(wàn)別，所以一般情況下建議在真實(shí)環(huán)境中測(cè)量、n和FAF的值。下面介紹一下這些值的測(cè)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(cè)量過(guò)程中，接收機(jī)可以使用測(cè)試手機(jī)。測(cè)量的具體方法如下：1 測(cè)量室內(nèi)天線的輸出功率；2 確定測(cè)量點(diǎn)（3個(gè)）；3 在每一個(gè)點(diǎn)測(cè)量CPICHRSCP超過(guò)20次以上；4 計(jì)算 室內(nèi)天線的發(fā)射功率接收機(jī)的接收功率。圖8 測(cè)

26、量示意圖表14 的測(cè)量數(shù)據(jù)處理表格測(cè)試點(diǎn)天線發(fā)射功率（dBm）CPICH-RSCP(dBm)（dB）標(biāo)準(zhǔn)偏差（dB）測(cè)量次數(shù)P1P2P3舉例：如果天線的發(fā)射功率（EIRP）是0dBm，接收機(jī)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(cè)量n的值可以選擇幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行。測(cè)量?jī)?nèi)容包括天線的發(fā)射功率，CPICHRSCP和標(biāo)準(zhǔn)偏差。下面是具體的測(cè)量方法：1 測(cè)量室內(nèi)天線的輸出功率；2 確定測(cè)量點(diǎn)（3個(gè)以上）；3 在每一個(gè)點(diǎn)測(cè)量CPICHRSCP超過(guò)20次以上；4 用下面的公式計(jì)算n的值，并求出標(biāo)準(zhǔn)偏差 （6）在上式中， 是天

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

28、意圖除此之外，還可以附帶測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)處理表格測(cè)試點(diǎn)天線發(fā)射功率（dBm）CPICH-RSCP(dBm)FAF（dB）標(biāo)準(zhǔn)偏差（dB）測(cè)量次數(shù)P1P2P3下面是一個(gè)室內(nèi)傳播模型參數(shù)測(cè)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(cè)量實(shí)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)?？梢钥匆?jiàn)天線。在體育館、展覽館這樣的建筑物內(nèi)，基本上沒(méi)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(jì)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(duì)數(shù)表示為： （9）將f：19202170MHz（取為2GHz） c：m/s 代入上式可得： （10）假設(shè)天線端口的下行輸出功率為10dBm，則距每個(gè)遠(yuǎn)端天線口處所對(duì)應(yīng)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(shí)際接收電平約為33.46dBm。在室內(nèi)傳播環(huán)境中，電磁波要進(jìn)行多次反射、繞射和穿透過(guò)程，則距每個(gè)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(jì)算，再考慮5dB的信號(hào)波動(dòng)值，則對(duì)應(yīng)的接收電平為： （12）經(jīng)過(guò)實(shí)地勘測(cè)，可基本確定各分布天線的位置。為了使方案規(guī)劃更加準(zhǔn)確

30、，往往可對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)覆蓋預(yù)測(cè)。具體可以采取以下方法：用信號(hào)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(shè)計(jì)的相應(yīng)輸出功率，而將測(cè)試手機(jī)作為接收單元，在相應(yīng)覆蓋區(qū)域各點(diǎn)測(cè)試場(chǎng)強(qiáng)的大小，觀察是否能良好地接收到信號(hào)。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(duì)數(shù)正態(tài)分布的均值，并且包括人、設(shè)備、家具等地物損耗，具體的值可以通過(guò)測(cè)試得到。 d是天線和移動(dòng)臺(tái)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(jī)的直線距離為20m，中間經(jīng)過(guò)3層隔墻和1層地板。假設(shè)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(jì)算穿過(guò)多層樓層的損耗，以應(yīng)用于頻率在樓層間復(fù)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(chǎng)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(chǎng)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(fù)雜性，

33、基于有限測(cè)量數(shù)據(jù)總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式難以滿足實(shí)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(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)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(xué)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(wèn)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(duì)精確地給出無(wú)線信道特性。建立一個(gè)復(fù)雜環(huán)境下較準(zhǔn)確的傳播預(yù)測(cè)模型較流行的方法是綜合幾何光學(xué)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(yuǎn)大于電波波長(zhǎng)，這使得利用射線光學(xué)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(duì)特定環(huán)境的傳播特性進(jìn)行定性分析?；谏渚€光學(xué)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(dòng)通信環(huán)境傳播特性顯得非?；钴S，并基于射線光學(xué)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(jī)到接收機(jī)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(jī)源發(fā)射的射線均被跟蹤直至其場(chǎng)強(qiáng)低于某閾值或超過(guò)反射和透射最大數(shù)目。原則上，刃峰繞射和擴(kuò)散散射均可以用在這兩種算法中。第一種方法的主要缺點(diǎn)是計(jì)算時(shí)間，第二種算法面臨著當(dāng)射線束離開(kāi)發(fā)射機(jī)時(shí)降低空間分辨率的問(wèn)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(shè)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(shè)是不準(zhǔn)確的。從已研究的成果可看出，對(duì)于復(fù)雜的微蜂窩和室內(nèi)環(huán)境，快速、準(zhǔn)確的三維射線跟蹤方法仍是一個(gè)需要研究的問(wèn)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(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)模型，但統(tǒng)計(jì)模型先天的最大弱點(diǎn)是因?yàn)槊恳粋€(gè)模型的提出都與提出者所在的地區(qū)有關(guān)系，每個(gè)模型都只是客觀上反映了進(jìn)行模型修正的這些地區(qū)，而事實(shí)上由于各個(gè)地區(qū)，各個(gè)不同的城市，其地物地貌有著很大的不同，特別在我國(guó)，地域廣闊，地理類型多樣，各地的地形地面千差萬(wàn)別，這就決定了當(dāng)要把一個(gè)模型應(yīng)用到其它地區(qū)時(shí)，必須對(duì)模型的一些參數(shù)進(jìn)行修改，也就是模型校正工作。3G網(wǎng)絡(luò)采用的2GHz左右的頻段，與目前GSM采用的900MHz頻段相比，波長(zhǎng)更短、信號(hào)的穿透能力差，傳播損耗更大，相應(yīng)傳播距離也就更短。因此，在3G網(wǎng)絡(luò)的頻段上開(kāi)展傳播模型的校正工作就成為必不可少的一步。在實(shí)際工程中，一個(gè)沒(méi)有經(jīng)過(guò)修正的模型應(yīng)用在其它地區(qū)