传播模型.doc

第四章 室外传播模型 4.1 室外无线传播概述 在无线通信系统中，电波通常在非规则非单一的环境中传播。在估计信道损耗时，需要考虑传播路径上的地形地貌，也要考虑到建筑物、树木、电线杆等阻挡物[1]。不同的室外传播环境模型适用于不同的环境，图4-1-1显示了在不同的环境下接收信号强度的不同。 图4-1-1 不同环境下接收信号的变化 从图4-1-1中可以看出，随着距离的增大，接收信号强度逐渐减小，然而衰减的速率是不同的：空间自由传播的情况下衰减速率最小，其次是开阔地和郊区，城区的衰减速率最大。 一般来说，接收功率与距离d的指数成正比，在空间自由传播环境中，在其他情况下有。图4-1-1只是给出了接收信号强度随距离变化的趋势，然而在实际无线传播中它们并不是线性关系（如图4-1-2所示）： 图4-1-2 接收信号强度与距离的非线形关系 图4-1-2（采用的是对数坐标）中当发射机和接收机间的距离较小时为视距传输即，此时包络服从莱斯分布，以小尺度衰落为主；当距离增大时有，此时以大尺度衰落为主，包络服从瑞利衰落。当然，由于地形不同，转折点的位置也是不同的[25]，如图4-1-3所示： (a) (b) 图4-1-3 (a)城区 (b)郊区的接收信号与距离的非线性关系 图4-1-3给出了在城区和郊区分别对频率1937MHz，发送天线高度为8.7m，接收天线高度为1.6m的情况进行实测，得到的接收信号和距离的关系。在城区图中，转折点在d=1000m附近，而在郊区图中，转折点在d=100m附近。 在实际的传播环境中，从覆盖区域来分，室外传播环境可以分为两类：宏蜂窝模型和微蜂窝模型。宏蜂窝传播模型假设传输功率可达到几十瓦特；蜂窝半径为几十公里。相比之下，微蜂窝传播模型的覆盖范围则小一些（200m~1000m），在微蜂窝传播传播模型中假定基站不高（3m~10m），发射功率有限(10mW~1W)，所预测的区域也只在基站附近。 下面本章将逐一讨论几种最主要的室外传播环境模型、混合室内-室外传播模型以及基本的室外传播环境测量方法。其中，第二节介绍了各种主要的宏蜂窝模型，包括Longley-Rice模型和Durkin模型、Okumura模型、Hata模型（包括Okumura-Hata模型和COST-231 Hata模型）、Walfisch和Bertoni模型以及该模型的扩展——COST 231-WI模型、LEE宏蜂窝模型、Egli模型和Carey模型，以及Bertoni-Xia模型和TIREM模型。第三节介绍了各种主要的微蜂窝模型，包括双线模型、经验模型、准3维UTD模型、LEE微蜂窝模型和宽带PCS微蜂窝模型。第四节介绍了混合室内-室外传播模型（曼哈顿模型），第五节则介绍了基本的室外传播环境测量方法。 4.2 室外宏蜂窝传播模型 4.2.1 Longley-Rice模型 Longley-Rice模型也被称为不规则地面模型（ITM）[1][2]，它预测了在自由空间中由地形的非规则性造成的中值传输衰落。该模型适用于频段为20MHz至40GHz、路径长度为1km至2000km的情况。 在Longley-Rice模型中，利用地貌地形的路径几何学和对流层的绕射性预测中值传输衰落；采用双线地面反射模型用于模拟地平线以内的传输场强；采用Fresnel-Kirchoff刃形模型模拟绕射损耗；用前向散射理论对长距离对流散射进行预测；并使用Van der Pol-Bremmer方法来预测双地平线路径的远地绕射损耗；同时也参考了ITS不规则地形模型。 Longley-Rice模型已有了通用的计算机程序，以计算大尺度传输损耗。对于给定的传输路径，计算机程序通过频率、路径长度、极化方向、天线高度、表面绕射率、地面有效半径和地面导电常数等参数可以确定传输损耗的大小。 Longley-Rice模型有两种模式。当地形路径数据很详细时，特定路径参数就很容易被确定。这种预测方式为“点到点预测”。如果地形地貌数据不够准确，可以利用Longley-Rice模型估计特定参数的值。这样的预测方式为“区域预测”。 Longley-Rice模型给出了超过自由空间的传输损耗的用户自定义公式（是沿路径的链路距离的函数）。本模型的输出即为超过自由空间的传输损耗参考中值。 () () () (4-2-1) 式中，为视距传播距离，为衍射传播距离，为散射传播距离。 用计算机模拟Longley-Rice预测模型时，主要有以下参数[3]： 天线极化方式：可以采用水平极化或者垂直极化。Longley-Rice模型中假设发射天线和接收天线具有相同的极化方式。 折射率：空气的折射率决定了无线电波的“弯曲”