移动通信室内路径损耗传播模型

室内传播与路径损耗计算及实例RFWaves公司 Adi Shamir摘要:通过对传播路径损耗得估算来预测无线通信系统在其工作环境下得性能;解释了自由空间传播损耗得计算;电磁波在介质中得发射与反射系数得理论计算就是预测反射与发射系数得工具。

下面得一些实例与模型就是在2、4GHz工作频率时给出得。

-------------------------------------------------------------------------------------------1、简介大多数无线应用设计人员最关心得问题就是系统能否正常工作在无线信道得最大距离。

最简单得方法就是计算与预测:a)系统得动态范围;b)电磁波得传播损耗。

动态范围对设计者而言就是一个重要得系统指标。

它决定了传输信道上(收发信机之间)允许得最大功率损耗。

决定动态范围得主要指标就是发射功率与接收灵敏度。

例如:某系统有80dB得动态范围就是指接收机可以检测到比发射功率低80dB得信号电平。

传播损耗就是指传输路径上损失得能量,传播路径就是电磁波传输得路径(从发射机到接收机)。

例:如果某路径得传播损耗就是50dB,发射机得功率就是10dB,那末接收机得接收信号电平就是-40dB。

2.自由空间中电磁波得传播如上所述,当电磁波在自由空间传播时,其路径可认为就是连接收发信机得一条射线,可用Ferris公式计算自由空间得电波传播损耗:Pr/Pt= Gt、Gr、 (λ/4πR)2 (2、1)式中Pr就是接收功率,Pt就是发射功率,Gt与Gr分别就是发射与接收天线得增益,R就是收发信机之间得距离,功率损耗与收发信机之间得距离R得平方成反比。

公式2、1可以对数表示为:PL=-Gr-Gt+20log(4πR/λ)=Gr+Gt+22+20log(R/λ) (2、2)式中Gr与Gt分别代表接收天线与发射天线增益(dB),R就是收发信机之间得距离,λ就是波长。

给定频率的无线制式，无线传播损耗主要是随距离变化的路径损耗(Path Loss)，影响该路径损耗的三种最基本的传播机制为反射、绕射和散射，即有反射损耗Re flection Loss)、绕射损耗(Scattered Loss)、地物损耗(Clutter Loss)。

如果电磁波穿过墙体、车体、树木等等障碍物，还需考虑穿透损耗(Penetration Loss)。

如果将手机贴近的人体使用，还需考虑人体损耗(Body Loss)等等。

路径损耗的环境因子系数n 一般随传播环境不同而不同，一般密集城区取4〜5,普通城区取3〜4，郊区取2.5〜3。

在实际无线环境中，天线的高度可以影响路径损耗。

一般发射天线或接收天线的高度增加一倍，可以补偿6dB的传播损耗。

反射损耗随反射表面不同而不同，水面的反射损耗在0〜1dB，麦田的反射损耗在2〜4dB，城市、山体的反射损耗可达14dB〜20dB.绕射波在绕射点四处扩散，扩散到除障碍物以外的所有方向，不同情况损耗差别较大。

地物损耗主要由于地表散射造成，损耗大小视具体情况而定。

穿透损耗和建筑物的材质以及电磁波的入射角关系较大，一般情况下隔墙阻挡取5〜20dB，楼层阻挡每层20dB，厚玻璃6〜10dB，火车车厢的穿透损耗为15〜30dB，电梯的穿透损耗为30dB左右。

人体损耗一般取3个dB，也就是无线电波经过人体，一半的能量被人体吸收。

HUAWEI室内分布系统传播模壁■华为室内传播模型华为以ITU模型、Keencin-Motley模型为参考，结合大量的实践经验和数据总结，提出华为室内覆盖传播模型：PL(d) 20 r|:log( /) + 10 :|:n r|: log( d)- 13 dB+ !■/『)..•f:持率.单位MHz；n :室内路径损耗因子；d:移动台与天线之间的距离，单位为m ;招:慢衰落余童，取值与覆盖概率要求和室内慢衰落标准差有关；蜘=£耳:Pi，第画隔墙的穿透损耗；n,隔墙数量；。

自由空间路径损耗模型一、引言自由空间路径损耗模型是无线通信领域中常用的一种模型，用于描述无线信号在自由空间中传播过程中的信号损耗情况。

该模型基于电磁波的传播特性和自由空间中的阻抗特性，通过计算距离和频率等参数，可以估计信号在传播过程中的损耗情况。

本文将介绍自由空间路径损耗模型的原理、计算公式以及应用场景。

二、自由空间路径损耗模型的原理自由空间路径损耗模型是基于电磁波在自由空间中传播的特性来建立的。

根据电磁波传播的规律，信号在自由空间中的损耗主要取决于传播距离和频率。

在传播距离相同的情况下，频率越高，损耗越大。

这是因为高频信号的波长较短，更容易受到自由空间中的散射、反射和衰减等因素的影响。

三、自由空间路径损耗模型的计算公式自由空间路径损耗模型的计算公式如下：路径损耗(dB) = 20log10(d) + 20log10(f) - 147.55其中，路径损耗是以分贝（dB）为单位的，表示信号在传播过程中的损耗情况；d是传播距离，单位为米（m）；f是信号的频率，单位为赫兹（Hz）。

四、自由空间路径损耗模型的应用场景自由空间路径损耗模型主要应用于无线通信系统的规划和设计中。

通过该模型，可以估计信号在不同距离和频率下的损耗情况，从而确定无线设备的传输距离和功率要求。

在无线通信系统的建设过程中，合理地选择信号的频率和功率，可以有效地提高信号的覆盖范围和质量。

自由空间路径损耗模型还可以应用于无线信号强度的预测和建模。

通过测量不同距离和频率下的信号强度，可以建立信号强度的模型，为无线定位、无线室内覆盖等应用提供参考。

五、总结自由空间路径损耗模型是无线通信领域中常用的一种模型，用于描述无线信号在自由空间中传播过程中的信号损耗情况。

该模型基于电磁波的传播特性和自由空间中的阻抗特性，通过计算距离和频率等参数，可以估计信号在传播过程中的损耗情况。

自由空间路径损耗模型在无线通信系统的规划和设计中起着重要的作用，可以优化无线设备的传输距离和功率要求。

下行链路预算模型为：天线口功率（dBm）=路径损耗+阴影衰落余量（dB）+人体损耗（dB）-终端接收增益（dB）+终端接收灵敏度（dBm）1、路径损耗根据室内传播模型Keenan-Motley：LP=32.5+20logf+20logd+pWiLP：路径损耗f：频率（MHz）取值2600Mhzd：发射机与接收机间距离（km）取值0.02P：墙壁的数目取值2Wi：室内墙壁损耗取值20dBLP=32.5+20lg(2600)+20lg(0.02)+2*20=106.822、阴影衰落余量阴影衰落遵循对数正态分布，又称慢衰落。

决定阴影衰落的主要参数有阴影衰落的标准方差和边缘通信概率，阴影衰落标准方差的典型值在5～12dB之间，一般取8dB，边缘通信概率是根据服务质量要求有关，服务质量越高边缘概率越大。

阴影衰落余量=NORMINV(边缘覆盖概率,0,标准方差)，其中的0是指正态分布函数的均值。

阴影衰落余量= NORMINV(95%,0,8)=13.163、人体损耗人体对电磁信号的影响，一般取3dB。

4、终端接收增益是指接收机的天线增益，一般取0dB。

5、终端接收灵敏度终端接收灵敏度=噪声功率+噪声系数+信噪比噪声功率=热噪声功率谱密度*带宽热噪声功率谱密度=K*TK:玻尔兹曼常数（J/K）1.38*10-23J/KT：绝对温度（K）300K(27℃)热噪声功率谱密度=10lg（K*T*1000）=-174dBm/Hz带宽（Hz）:20*106Hz噪声功率=-174+10lg(20*106)=-174+73=-101dBm噪声系数:输入端信噪比/输出端信噪比，取5dB信噪比：-6dB终端接收灵敏度=-101+5-6=-102dBm天线口功率（dBm）=106.82+13.16+3-102=20.98。

路径损耗模型
路径损耗模型描述无线信号在从发射端传播至接收端过程中强度减弱的现象，主要包括自由空间传播损耗与多径衰落两部分。

自由空间损耗遵循平方反比定律，即损耗与距离的平方成正比，与频率及发射天线与接收天线的有效面积有关。

而在实际环境中，由于反射、散射、衍射等效应导致信号多径传播，引入阴影衰落和快衰落。

其中，大尺度路径损耗模型如Okumura-Hata模型、Cost231模型考虑了地形、环境等因素对信号的影响；小尺度模型如Rayleigh、Rician 分布则描述随机快衰落现象。

总之，路径损耗模型用于估算无线通信系统中信号的传播损失，指导网络规划与设计。

信号传播损耗损耗模型
信号传播损耗模型是一种用数学表达式表示的信号传播损耗的模型，它可以用来计算信号在传播过程中的衰减程度。

常见的信号传播损耗模型如下：
- 自由空间路径损耗模型：适用于无障碍物的开阔环境，传播损耗只考虑距离和信号频率。

- 两射频单元间的传播损耗模型：适用于距离较远且地面为开阔平整环境的场景。

该模型考虑了直射线和地面反射线给信号传播损耗带来的影响。

- Hata模型：适用于城市微波广播频段，频率范围在150MHz到1.9GHz。

此模型可根据不同的城市地形和天线高度进行调整。

- 瑞利损耗模型：适用于严重多径环境，如城市建筑物密集地区。

该模型考虑多径反射效应，其核心思想是信号传输受到大量随机反射和散射的影响，信号损耗随距离的平方成比例增加。

- Longley-Rice模型：也称不规则地形模型，适用于复杂地形环境，如山区、峡谷等。

路径损耗模型ITU-R P.1238-5建议书⽤于规划频率范围在900 MHz到100 GHz内的室内⽆线电通信系统和⽆线局域⽹的传播数据和预测⽅法（ITU-R第211/3号课题）（1997-1999-2001-2003-2005-2007年）范围本建议书介绍了在900 MHz ⾄100 GHz频率范围内的室内传播的指导原则，主要内容如下：–路径损耗模型；–时延扩展模型；–极化和天线辐射图的效应；–发射机和接收机选址的效应；–建材装修和家具的效应；–室内物体移动的效应。

考虑到a）正在开发将在室内⼯作的许多短距离（⼯作范围短于1 km）的个⼈通信应⽤；b）正如许多现有产品和热门的研究活动所表明的那样，⽆线局域⽹（RLAN）和⽆线专⽤交换机（WPBX）需求很旺盛；c）希望设⽴⽆线局域⽹标准，可与⽆线和有线通信都兼容；d）采⽤⾮常低功率的短距离系统在移动和个⼈环境下提供业务有许多优点；e）在建筑物内的传播特性和在同⼀区域内许多⽤户引起的⼲扰这两⽅⾯的知识，对系统的有效设计是⾮常重要的；f）⽤于系统初步规划和⼲扰估算的通⽤（即与位置⽆关）模型和⽤于某些细致评估的定型（或具体地点）模型都是需要的；注意到a）ITU-R P.1411建议书为频率范围在300 MHz到100 GHz的室外短距离电波传播提供了指导，并且该建议也应该作为同时存在室内和室外传播条件的那些情况下的参考⽂件。

建议1 对⼯作于900 MHz到100 GHz之间的室内⽆线电系统的传播特性进⾏评估时，采⽤附件1中的资料和⽅法。

附件 11 引⾔室内⽆线电系统的传播预测在某些⽅⾯是与室外系统有区别的。

跟室外系统中⼀样，根本⽬的是保证在所要求的区域内有效覆盖（或在点对点系统情况下保证有可靠的传播路径）和避免⼲扰，包括系统内的⼲扰以及其他系统的⼲扰。

然⽽，在室内情况下，覆盖的范围是由建筑物的⼏何形状明确地限定的，⽽且建筑物本⾝的各边界将对传播有影响。

移动通信室内路径损耗传播模型——苏华鸿—— 在室内电磁波传播受影响的因素很多，在有限的空间内环境变化大，墙、顶、地、人和室内物体等都会引起电磁的反射、折射、散射和吸收，电磁场分布十分复杂，电波传播模型相应多种多样。

本文着重介绍在测试的基础上总结出来的三种传播模型，可供移动通信室覆盖预测参考用。

一、室内小尺度路径损耗室内小尺度路径损耗是指短距离、短时间内快速衰落（衰落深度达20~40dB ），其传播模型表达式为：δX d d n d P d P L L +⋅⋅+=)log(10)()(00 (dB) （式1）式中：)(d P L 表示路径d 的总损耗值；)(0d P L 表示近地参考距离（30=d ~λ10），自由空间衰减值 n 表示环境和建筑物传播损耗指数（1.6~3.3）δX 表示标准偏差6（3~14）的正态随机变量二、室内路径损耗因子模型这一模型灵活性很强，预测路径损耗与测量值的标准偏差为4dB 衰减因子模型表达试为：)()log(10)()(00dB FAF d d n d P d P SF L L +⋅⋅+= （式2）式中：SF n 表示同层损耗因子（1.6~3.3）FAF 表示不同层路径损耗附加值（10~20dB ）三、室内自由空间路径损耗附加因子模型在室内可以认为是自由空间受限的传播路径，这一模型灵活性很强，预测路径损耗与测量值的标准偏差为4dB ，其传播模型表达式为：))log(20)()(00dB d d d P d P L L (∙++=αβ （式3）式中：β为路径损耗因子（-0.2~1.6dB/m ）最后，我们利用上述三种模型进行一下室内电波场强覆盖预测：由于式1中X 与的正态随机变量关系式没有多种，因此实际工程采用式2和式3较多，本文举出二例供工程设计参考用。

例1：假设本工程为某一宾馆的室内分布系统工程，天线输入口功率dBm Pt 5=，吸顶天线增益为dBm Gm 1.2=，同层预测距离15=d 米，0d 设定为1米。