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无线电波传播基础及相应公式 一、无线电波传播基础及相应公式： 即使在正常气候条件下，微波信号仍然会变化，其原因是多路径衰落的存在，微波能量沿着传播路径的衍射和散射，使得到达接收天线的部分信号其相位发生了变化，当所有在接收天线接收的信号叠加后，部分微波信号能量会抵销，因而产生多径衰落。 在数学里，多路径衰落可以用瑞利分布来描述和表示，请参照下面的瑞利衰落图来理解，可以发现，当衰落的深度增加时，电波传播失败的可能性会减小。 无线设计中的边界(Margin)是一个常用术语,她是指在设计系统时为避免可能出现的错误而使用的安全因素，比如两个高塔之间传播信号假如需要10W(10dBW)，如果下雨能使信号衰减一半((即3dB衰减)的话，那么设计发射机时要考虑有３dB的边界，则现在需要的发射功率如下： Ｐ＝dBW + 3dB = 13dB W = 20Watts. 微波只有在可视直线情况下传播最好，如果在发射点和接收点是在可视的直线时，由于距离传播及下雨引起的衰减除外，多径衰落是使信号丢失一个很重要的原因。从发射点到接收点，由于信号不总是从同一路径传播，由于地球及障碍物的反射，使得到达接收点的信号其相位不同，其叠加会丢失掉部分或全部信号，这种多路径衰落会随着发射机的移动、气候条件的改变、及地理状况而改变，一个简单的办法是使用瑞利衰落曲线来分析。 瑞利衰落是表示一种最坏条件下的衰落边界值，从瑞利衰落图中可以看出，衰落边界与接收成功的关系：     单程的可靠性 衰落边界(dB) 90% 8 99% 18 99.9% 28 99.99% 38 99.999% 48 举例来说，当接收点在发射点的直线视距内，且没有下雨和其他的障碍物，接收点信号衰落大于18dB的可能性只有1%，所以在设计时，如果是在直线传播时需要考虑将传播的信号在接收端要求最低的基础上增加18dB，在这种情况下，我们称之为衰落边界是18dB,这是指在单程传播的情况，如果是双程考虑的话，18dB的衰落边界只提供了(.99)(.99)=98%的可靠性，实际中某些特别路径的衰落边界要小于瑞利衰落。实际情况要可能更复杂。 (1).  1.9 GHz 电波传播特性 无线传播公式： RSSI = P + A -10log(4pS/l)^a + G1 + G2  P : 反射功率(dBm)   P = 10 log [Pout(mw)]  A: dBm转换为dBuv的差值 = 113 dB   A1 = 20logE(V)/1uv 即 A1 = 20logE + 120 (dBuv)   Pr = 10log[E^2/4R接收机输入功率]*10^3 dBm   所以： Pr = A1 – 10logR -96 PHS系统R=50W Pr(dBmw) = A1(dBuv) – 113(dB)  S : 传播距离(m)  l : 波长(m) l = s/f  a : 传播系数[理想条件下(自由空间传播)a=2，电波传播阻挡越严重a值越大  G1:基站的天线增益  G2:手机的天线增益 (2). 电波衰减因素： 1. 自由空间衰减 RSSI = P + A -10log(4pS/l)^2 + G1 + G2 2. 绕射衰减 费涅尔绕射参数：v = h [2(d1+d2)/l*d1*d2]^(1/2) § 对PHS系统基站覆盖边缘：  h = 4米，d1 = 300米，d2 = 30米，l = 3/19米 v = 2.27，Gd(dB) = 20log(0.4 – [0.1184-(0.38-0.1v)^2]^0.5) = -20.75 dB § 对PHS系统基站附近阴影区  h = 7米，d1 = 15米，d2 = 20米，l = 3/19米 v = 8.509，Gd(dB) = 20log(0.225/v) = -31.55 dB § 对PHS系统覆盖中点  h = 10米，d1 = 100米，d2 = 40米，l = 3/19米 v = 6.658，Gd(dB) = 20log(0.225/v) = -29.42 dB          绕射一次衰减约为15~20dB。 3. 反射衰减 PL(dB) = 40logd - (10logG1 + 10logG2 + 20logHt + 20logHr) PHS系统：Ht = 25米，Hr = 1.8米 § PHS系统基站覆盖边缘：d = 500米 Loss = 40log(0.5km) - 20log(0.025km) - 20log(0.0018km) = 74.89dB § 对PHS系统基站附近阴影区: d = 50米 Loss = 40log(0.05km) - 20log(0.025km) - 20log(0.0018km) = 34.89dB § 对PHS系统覆盖中点：d = 200米 Loss = 40log(0.2km) - 20log(0.025km) - 20log(0.0018km) 58.97dB          反射一次衰减约为3dB。 4. 散射衰减 表面平整度的参考高度h为：       h = l/(8*sinq)>3/(19*8)=1.9cm 平面上最大的凸起高度<1.9cm，认为平面为光滑 5. 多径衰落 多普勒频移公式：    fd = (v*cosq)/l 影响衰落因素 § 多径传播 § PS运动速度 § 环境物体运动速度 § 信号传输带宽 6. 建筑物穿透 一层约为20dB；随楼层升高，每层减小2dB；窗户衰落约为6dB。 7. 室内路径损耗 室内路径损耗遵从公式：    PL(dB) = PL(d0) + 10 nlog(d/d0) + Xs   二 由以上分析可知： 1,由于无线传播的特性决定，某一地点的信号由多处传播而来(包含自由空间传播、绕射，反射，散射)，场强由多种传播叠加决定。 2,一般钢筋混凝土墙壁一层衰减约15-20db. 3,一般玻璃一层衰减约6-8db. 4.由于PHS系统采用微微蜂窝结构，基站功率小，故受环境影响较大。基站信号产生变化(一般十几DB)属于正常情况。另外基站再通话时功率较大，500MW 基站的智能天线均会使基站场强发生变化。 5.基站外部情况(外线，电源，天馈线，接地)对基站能否正常工作至关重要。