室外傳播模型

室外傳播模型是指電波在非單一的環境中傳播，在估計信道損耗時，需要考慮傳播路徑上的地形地貌，也要考慮建築物、樹木、電線桿等阻擋物，而衍生出的一種模型。不同的室外傳播模型適用於不同的環境。不同的環境下接收信號的強度也是不同的。

基本介紹

• 中文名：室外傳播模型
• 外文名：Outdoor propagation model

定義

室外傳播模型是指電波在非單一的環境中傳播，在估計信道損耗時，需要考慮傳播路徑上的地形地貌，也要考慮建築物、樹木、電線桿等阻擋物，而衍生出的一種模型。根據移動通信中信號的電場強度的中值(或傳播損耗中值)，將地形分為兩大類：中等起伏地形和不規則地形。所謂中等起伏地形是指在傳播路徑的地形剖面上，地面的起伏高度不超過20m，且起伏緩慢，峰點與峰點之間的水平距離大於起伏高度。其他的地形如丘陵、水陸混合地形等統稱為不規則的地形。

模型分類

2.1Longley-Rice模型

使用頻率範圍：40MHz-10GHz，適用於不同種類地形的點對點系統。利用路徑幾何學及對流層繞射性，預測大尺度中值傳播損耗。

2.2Durkin模型

描述不規則地形場強預測的計算機仿真器，已被聯合無線電委員會用於進行有效移動無線覆蓋區的研究。主要用於大尺度路徑耗損預測。缺點是：不能精確預測由於輸液、建築物、其他人造結構引起的傳播效應。

2.3Okumura模型

適用頻率範圍：150MHz-3GHz，距離1-100km，天線高度30-1000m。預測城區信號時使用最廣泛的模型，在日本已經成為系統規劃的標準。

2.4Hata模型

適用頻率範圍150MHz-1.5GHz，根據Okumura曲線圖所作的經驗公式。以市區傳播損耗為標準，傳播距離在1-20km內的城市場強預測並對其它地區進行修正。市區路徑耗損的標準公式，在1km以上的情況下，預測結果和Okumura模型非常接近。缺點是適用於大區制移動系統，不適用於小區半徑為1km的個人通信系統。

適用於不同地形的信號衰耗數據

目前有大量的傳播模型用來估計不規則地形的路徑損耗。但是大部分模型是用來預測特定區域或特定點的信號強度的，這些模型在性能和描述方法方面存在相當大的差異。

許多學者根據不同的地形條件，測量得出了適用於不同地形的信號衰耗數據。

3、1刃形繞射模型

在已知的服務區內，估計由電波經過山脈或建築物引起的信號衰減是預測場強度的關鍵，一般來說，精確估計繞射的損耗是不可能的，實際測量到的結果都是在理論近似的基礎上加上必要的經驗修正後得到的結果。

當遮掩源自單個物體，如山峰，通過把阻擋體看作繞射刃形邊來估計繞射損耗，這種情況下的繞射損耗可用針對刃形後面(稱為半平面)場強的費涅爾方法來估計。如圖1所示。

考慮接收機R處於繞射區，圖中R點的場強為刃形上所有二次Huygens源的場強矢量和。刃形繞射波的場強Ed為：

式中：E0為沒有地面和刃形的自由空間場強；F(v)為費涅爾函式；v為繞射的歸一化參數。

圖1刃形繞射幾何圖

對給定的地形值，可以使用圖表進行計算，與自由空間相比較，由刃形引起的繞射增益為：

實際上，圖表或數值解依賴於計算繞射增益，Gd(dB)的圖表表示為v的函式，由圖2給出。

圖2費涅爾繞射參數

除了單刃模型外，在許多情況下，傳播路徑的阻擋體不只是一個。在傳播路徑上有多個阻擋體的情況下，計算路徑損耗是一件十分困難的事。目前有兩種方法可以利用。一是布靈頓(Bullington)提出的，用等效阻擋體的方法來模擬一系列阻擋，最終歸結到單刃形模型的計算方法。這種方法大大簡化了計算的複雜度，並且得到的接收信號強度估算結果也比較好。另一種是由Millington等提出的連續雙峰後電磁波的理論解法。這種方法對於雙峰引起的繞射損耗非常有效，但是如果峰數增加時，則就成了非常頭痛的數學問題了。

3、2對數距離路徑損耗模型

研究表明，無論室內或室外信道，平均接收功率隨距離的對數衰減。對於任意的傳送—接收(T-R)距離，平均的路徑損耗表示為:

式中：n為路徑損耗指數，表明路徑損耗隨距離增長的速率，d0為近地參考距離(自由空間距離)，由測試決定；d為發射機與接收機之間的距離。

利用該模型時，選擇自由空間參考距離非常重要。在宏蜂窩系統中，一般採用1km的參考距離，而在微蜂窩系統中使用更小的距離(如100m或1m)。

在發射機—接收機距離相同情況下，不同位置的周圍環境差別非常大。測試表明：對於任意d，特定位置的路徑損耗PL(d)為隨機正態對數分布。

式中：為0均值的高斯分布隨機變數，單位為dB;為標準偏差，單位也是dB。