1.1 無線電波傳播模型

傳播模型用于預測無線電波在各種復雜傳播路徑上的路徑損耗，是移動通信網小區規劃的基礎。傳播模型的準確與否，關系到小區規劃是否合理，運營商是否以比較經濟合理的投資滿足了用戶的需求。模型的價值就是保證了精度，同時節省了人力、費用和時間。

1.1.1 自由空間傳播

在研究電波傳播時，首先要研究兩個天線在自由空間（各向同性，無吸收，電導率為零的均勻介質）條件下的特性，即自由空間的傳播損耗。

自由空間傳播損耗（dB）公式：

式中，f的單位為MHz, d的單位是km, Lp的單位為dB。

從式（1-1）中可以推導出以下結論：

（1）當距離d加倍時，自由空間傳播損耗增加6 dB，即信號衰減為1/4。

（2）當頻率f加倍時，自由空間傳播損耗增加6 dB，即信號衰減為1/4。

有了自由空間的傳播損耗公式后，考慮傳播環境對無線傳播模型的影響，確定某一特定地區的傳播環境的主要因素如下。

（1）自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）。

（2）人工建筑的數量、高度、分布和材料特性。

（3）在做網絡規劃時，一個城市通常會被劃分為密集城區、一般城區、郊區、農村等幾類不同的區域，以保證預測的精度。

（4）該地區的植被特征為植物覆蓋率，不同季節的植被情況是否有較大的變化。

（5）天氣狀況，是否經常下雨、下雪。

（6）自然和人為的電磁噪聲狀況，周邊是否有大型的干擾源（雷達等）。

（7）系統工作頻率和終端運動狀況，在同一地區，工作頻率不同，接收信號衰落狀況各異，靜止的終端與高速運動的終端的傳播環境也大不相同。

常用傳播模型如表1-1所示。

1.1.2 Okumura-Hata模型

Okumura-Hata模型在900MHz的GSM中得到了廣泛應用，適用于宏蜂窩的路徑損耗預測。Okumura-Hata模型是根據測試數據統計分析得出的經驗公式，應用在150～1000MHz之間，適用于小區半徑為1～20 km的宏蜂窩系統，其基站天線高度在30～200 m之間，終端有效天線高度在0～1.5 m之間。

Okumura-Hata傳播模型公式為：

(1.1×lg f-0.7)hm-(1.56 lg f-0.8)④ Ahm=。

式（1-2）中：

① f為頻率。

② hb為基站天線有效高度。

③ d為發射天線和接收天線之間的水平距離。

當模型應用于郊區和開闊地區時，為了使預測結果更準確，需要對計算結果進行修正。

（1）對于郊區，結果修正為式（1-3）：

（2）對于開闊地區，結果修正為式（1-4）：

1.1.3 COST231-Hata模型

COST231-Hata模型是EURO-COST組成的COST工作委員會開發的Hata模型的擴展版本，應用頻率在1500～2000MHz之間，適用于小區半徑為1～20 km的宏蜂窩系統，發射有效天線高度在30～200 m之間，接收有效天線高度在1～10 m之間。

COST231-Hata傳播模型公式為：

式（1-5）中，

① f為頻率。

② hb為基站天線有效高度。

③ d為發射天線和接收天線之間的水平距離。

④ Ahm=(1.1×lg f-0.7)hm-(1.56 lg f-0.8) Cm為大城市中心校正因子，大城市Cm=3 dB，中等城市和郊區中心區Cm=0 dB。

當模型應用于農村地區時，為了使預測結果更準確，需要對計算結果進行修正。

（1）對于農村（準開闊地），結果修正為式（1-6）：

（2）對于開闊地，結果修正為式（1-7）：

1.1.4 Keenan-Motley模型

Keenan-Motley模型應用于室內環境，主要的傳播模型根據是否視距傳播分為以下兩種。

（1）視距傳播模型（LOS）為式（1-8）：

（2）非視距傳播模型(NLOS)為式（1-9）：

其中，Xσ為慢衰落余量，取值與覆蓋概率和室內慢衰落標準差有關；，式中，Pi表示第i面隔墻的穿透損耗；n表示隔墻數量。

隔墻穿透損耗典型值如表1-2所示。

1.1.5 “通用”傳播模型

在實際使用過程中，還需要考慮到現實環境中各種地物地貌對電波傳播的影響，從而更好地保證了覆蓋預測結果的準確性。因此，在各種規劃軟件里，一般都使用“通用”的傳播模型，然后根據各個地區的不同情況，對模型參數校正后再使用。

傳播模型公式：

式（1-10）中：

① K1為與頻率相關的常數。

② K2為距離衰減常數。

③ d為發射天線和接收天線之間的水平距離。

④ K3為基站天線高度修正系數。

⑤ HTxeff為發射天線的有效高度。

⑥ K4為繞射損耗的修正因子。

⑦ Diffractionloss為傳播路徑上障礙物繞射損耗。

⑧ K5為基站天線高度與距離修正系數。

⑨ K6為終端天線高度修正系數。

⑩ HRxeff表示接收天線的有效高度。

? Kclutter為地物clutter的修正因子。

? f (clutter)為地貌加權平均損耗。

不同地物及地貌情況下的參考修正值如表1-3所示。