移动环境下的电波传播、场强估计(大尺度)和覆盖设计

第一部分概述1.了解移动通信的发展情况古代移动通信-萌芽阶段-开拓阶段-商业阶段-蜂窝思想-第一代移动通信系统-数字化-第二代移动通信系统-宽带、多媒体-第三代移动通信系统-广带IP多媒体-第四代移动通信系统（1897年，马可尼完成莫尔斯电码无线通信实验，标志无线电通信的开始，开创了海上通信业）（1928年，美国底特律警察局率先使用装备贝茨发明的能适应移动车辆震动影响的无线电收发信机——超外差AM接收机的警用车辆无线电移动系统（单向），标志移动通信开始）（1935年，阿姆斯特朗发明了FM方式无线电，是移动通信中的第一个大分水岭）（早在40年代末，美国Bell实验室提出蜂窝构想；1974年正式提出了蜂窝移动通信的概念。

）2.了解通信系统的分类按工作方式分类---单工双工(TDD,FDD) 半双工按信号形式分类---模拟网和数字网按覆盖范围分类---城域网,局域网和个域网按服务特性分类---专用网,公用网按多址方式分类---FDMA,TDMA,CDMA,SDMA 按使用对象分类---民用系统、军用系统按业务类型分类---电话网、数据网、综合业务网、多媒体按使用环境分类---陆地通信、海上通信、空中通信依据通话状态和频率使用方法，可分为单向和双向单工和双工3.了解双工方式双工通信的特点是: 同普通有线电话很相似, 使用方便。

其缺点是: 在使用过程中, 不管是否发话, 发射机总是工作的, 故电能消耗很大, 这对以电池为能源的移动台是很不利的。

针对此问题的解决办法是: 要求移动台接收机始终保持在工作状态, 而令发射机仅在发话时才工作。

这样构成的系统称为准双工系统, 也可以和双工系统兼容。

这种准双工系统目前在移动通信系统中获得了广泛的应用。

基站移动台第二部分移动通信的传播特性1.了解电波的传播方式1) 直射波：电波传播过程中没有遇到任何的障碍物, 直接到达接收端的电波, 称为直射波。

直射波更多出现于理想的电波传播环境中。

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。

无线电波传播模型与覆盖预测河北全通通信有限责任公司工程部网络服务组二0 0二年四月二十日第一节无线传播理论1.1 无线传播基本原理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。

它是进行系统工程设计与研究频谱有效利用、电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论。

众所周知，无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：直达波或自由空间波、地波或表面波、对流层反射波、电离层波。

如图1-1所示。

就电波传播而言，发射机同接收机间最简单的方式是自由空间传播。

自由空间指该区域是各向同性（沿各个轴特性一样）且同类（均匀结构）。

自由空间波的其他名字有直达波或视距波。

如图1-1（a），直达波沿直线传播，所以可用于卫星和外部空间通信。

另外，这个定义也可用于陆上视距传播（两个微波塔之间），见图1-1（b）。

第二种方式是地波或表面波。

地波传播可看作是三种情况的综合，即直达波、反射波和表面波。

表面波沿地球表面传播。

从发射天线发出的一些能量直接到达接收机；有些能量经从地球表面反射后到达接收机；有些通过表面波到达接收机。

表面波在地表面上传播，由于地面不是理想的，有些能量被地面吸收。

当能量进入地面，它建立地面电流。

这三种的表面波见图1-1（c）。

第三种方式即对流层反射波产生于对流层，对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。

它的反射系数随高度增加而减少。

这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲。

如图1-1（d）所示。

对流层方式应用于波长小于10米（即频率大于30MHz）的无线通信中。

第四种方式是经电离层反射传播。

当电波波长小于1米（频率大于300MHz）时，电离层是反射体。

从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，见图1-1（e）。

这种传播用于长距离通信。

除了反射，由于折射率的不均匀，电离层可产生电波散射。

西电《移动通信》复习试题..练习一一、填空题1、移动通信按工作方式分（单工）（双工）（半双工）。

2、移动通信按多址方式分（FDMA）,（TDMA）,（CDMA ）。

3、移动通信按信号形式分（模拟网）（数字网）4、移动通信按覆盖范围分（城域网）（局域网）（广域网）。

5、移动通信按业务类型分（ PSTN），（DDN），（ISDN ）6、移动通信按服务特性分（专用网），（公用网）。

7、移动通信按使用环境分（陆地通信），（海上通信），（空中通信）。

8、移动通信按使用对象分（民用系统），（军用系统）。

二、简答题1、什么叫移动通信？答：通信双方至少有一方处在移动情况下(或临时静止)的相互信息传输和交换。

2、移动通信的特点。

答：1、移动通信必须利用无线电波进行信息传输2、移动通信是在复杂的干扰环境中运行的3、移动通信可以利用的频谱资源非常有限4、移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效5、移动台必须适合于在移动环境中使用3、移动通信的发展趋势。

答：1、开发更高频段2、有效利用频谱3、数字化4、向个人移动通信发展5、传输数据速率越来越高。

4、全球3G的三大标准是什么？答：WCDMA 、 CDMA2000、TD-SCDMA 。

5、什么是基站？答：固定不动接发移动台的信号完成与交换中心相连，从而实现移动台信号的收发。

6、什么是移动台？答：接收发送无线信号并且可以移动的终端；包括：手机，车载台、无绳电话等。

7、什么是交换中心？答：交换各种信息的中心，分为有线和无线。

无线交换中心为各个移动台所在的基站之间提供交换服务。

9、数字移动通信系统有哪些优点？答：频谱利用率高、容量大，同时可以自动漫游和自动切换，通信质量好，加上其业务种类多、易于加密、抗干扰能力强、用户设备小、成本低。

10、移动通信有哪些主要技术？答：主要技术有：话音编码技术、调制技术、跳频技术、交织技术、分集技术、天线等技术。

11、常用的移动通信系统有哪几类？答：按工作方式分类---单工，双工(TDD,FDD) 半双工按多址方式分类---FDMA,TDMA,CDMA,SDMA按信号形式分类---模拟网和数字网按覆盖范围分类---城域网，局域网和广域网按业务类型分类---PSTN ，DDN ，ISDN 等按服务特性分类---专用网，公用网按使用环境分类---陆地通信，海上通信，空中通信按使用对象分类---民用系统，军用系统练习二一、填空题：1、自由空间中电波传播损耗和工作频率f 有关，当频率f 增大一倍时，损耗将增加（ 6dB ）。

三传播预测模型在GSM系统覆盖设计中，电磁波传播模型起着至关重要的作用。

无线电信道模型大致可以分为大尺度传播模型和小尺度传播模型两类。

大尺度传播模型用来描述发射机和接收机之间相对较长的距离信号场强变化，小尺度传播模型主要描述短距离或短时间的接受场强的快速波动。

这两种模型并不是相互独立的，在同一无线信道中，即存在大尺度衰落也有小尺度衰落。

一般来说大尺度模型表征接收信号在一定时间内的均值传播距离和环境的变化，小尺度模型接收信号短时间内的快速波动。

假设从雁塔校区到大唐芙蓉园的距离约在2—5KM左右。

一般说来，接收功率Pｒ与距离ｄ的指数ｄ−n成正比，在自由空间传播环境中ｎ＝２，在其它情况下３＜ｎ＜４。

下图为接收信号强度随距离变化的趋势，然而在实际无线传播过程中它们并不是线性关系。

图3-1 接收信号强度与距离的非线性关系上图采用的是对数坐标，当发射机和接收机之间距离较小时，为视距传输即n=2，此时包络服从莱斯分布，一小尺度衰落为主，当距离增大时有3<n<4,此时一大尺度衰落为主，包络服从瑞利衰落当然地形不同转折点的位置不同。

在实际传播环境中，从覆盖区域来分。

室外传播环境可分为两类：宏蜂窝模型和微蜂窝模型。

宏蜂窝传输模型功率可达几十瓦，半径为几十公里。

相比之下微蜂窝传播模型的覆盖范围怎小一些200—1000米，微蜂窝传播模型中假定基站不高，发射功率有限，所预测的区域也只在基站附近。

因此此次预测模型为宏蜂窝假设覆盖范围为3KM。

下面将讨论两种预测方案从中择优学则合适的预测模型，来计算电磁波在空间传播过程中路径损耗中值，以便在给定的覆盖范围内确定合适的基站发射功率。

在本次覆盖设计GSM中900MHz集群系统中：基站天线有效高度ℎb为32m；移动台天线高度设ℎb为1.5m；发射频率f为935—960MHz计算时取950MHz；通信距离d设从雁塔校区到大唐芙蓉园的距离约在2—5KM左右，计算时取3KM。

itu-r关于电波传播的描述ITU-R是国际电信联盟无线通信部门（R部门）的一个组成部分，负责制定关于无线电通信的技术标准和频谱管理的相关建议。

对于电波传播的描述，ITU-R提供了一系列的参考内容，帮助业界了解和研究电波在大气中的传播规律和特性。

一、大气传播1. 简介：大气传播是指电磁波在地球大气中的传播行为，包括地面-空间传播、地面-地面传播和地面-海面传播等。

2. 传播机制：电磁波在大气中的传播机制主要包括地波传播、天波传播和空间波传播等。

3. 影响因素：大气传播的效果受多种因素影响，如频率、天线高度、天线指向、地形、气候条件和时间等。

二、电波路径损耗1. 定义：路径损耗是指电波在传输过程中，由于各种因素而造成的信号强度减弱。

2. 损耗计算：ITU-R建议了一些数学模型和公式，用于计算电波路径损耗，如自由空间传播模型、二次反射路径损耗模型和多径传播模型等。

3. 损耗因素：路径损耗的主要因素包括自由空间损耗、地形阻隔损耗、大气传播损耗和多径传播损耗等。

三、电波干扰1. 干扰类型：电波在传播过程中可能遇到各种干扰，如共频干扰、邻频干扰、多径干扰和地表反射干扰等。

2. 干扰特性：干扰的强度和频率特性会受到传播路径损耗、传播介质和周围环境等因素的影响。

3. 抑制方法：ITU-R提供了多种抑制电波干扰的方法，如频谱管理、天线方向性设计、编码技术和分集技术等。

四、电波传播模型1. 简介：为了更准确地描述电波在大气中的传播特性，ITU-R 提供了多种电波传播模型，如ITU-R P.526、ITU-R P.528和ITU-R P.1801等。

2. 模型应用：这些模型可用于无线通信系统的规划和设计，包括移动通信、卫星通信、微波通信和射频识别（RFID）等领域。

3. 参数确定：这些模型的使用需要确定一些参数，如频率、天线高度、地形、大气条件和距离等，以获得更准确的传播预测结果。

五、频谱管理1. 频谱规划：ITU-R负责制定全球范围内的频谱分配和规划原则，帮助确保各种无线通信系统的频谱资源合理使用。