無線傳播及其校正原理

吳闊　趙佳佳　肖峰

【摘 ?要】無線通信系統的性能會不同程度上受到無線信道的制約，以往中所使用的傳播模型通常會將實際的傳播模型條件進行一番簡化，所以，在當前具有復雜性的傳播環境下，模型的精確度極低。本文首先概述了無線電波的傳播，其次，對無線通信電波傳播模型進行了分析矯正。

【關鍵詞】無線通信;電波傳播;模型矯正;CW測試

引言

在通信系統中，信道占有極其重要的位置。根據傳輸媒質，可將信道分成有線信道和無線信道兩種。無線信道直接決定著無線通信系統的性能。實際中，電磁波常常會在無線信道中遭到散射、反射、移動臺的速度、信號的傳輸帶寬等諸多因素的影響。因此，相較于有線信道，無線信道缺乏其的固定性和易于預測性，存在著很大的隨意性和分析困難性。所以，在無線通信系統研究工作中，無線信道的模型矯正一直都是其發展主題。

在移動通信領域中，對無線電波的傳播損耗預測一般是采用傳播模型來進行的。準確的無線傳播模型對于保證無線網絡規劃方案的合理性具有十分重要的意義，它是無線網絡規劃工作的重要基礎和主要依據。

1.無線電波的傳播方式與傳播損耗

通信網規劃與建設過程中，從頻段的明確、頻率的分配、無線電波的覆蓋范圍、計算機通信概率、系統間的電磁干擾到無線設備參數的明確均應借助于對電波傳播特性的研究與據此實施的場強預測。無線電波的傳播方式具體有：直達波;地波或表面波;對流層反射波，而在宏蜂窩無線壞境中，由于存在非常多的樓字以及其他遮擋物，使得無線電波的傳播變得非常復雜，接收機接收到的信號通常是以下幾種波的疊加：

（1）直射波：是指無線電波直接沿自由空間傳播，不受任何阻擋;

（2）反射波：是指無線電波在傳播的過程中遇到了物理尺寸遠大于其波長的物體，電波在物體表面發生了反射，反射波可能增強也可能減弱信號的強度;

（3）銜射（繞射）波：是指無線電波在傳播的過程中遇到了物理尺寸與其波長可比的或小于其波長的障礙物或縫隙時，電波仍然可以繼續傳播，只是它的能量和傳播方向將發生改變。

移動通信系統所在的無線環境是非常復雜的，無線電波從發射機到接收機之間通常包含了所有的傳播方式，也就是說它是一種綜合了所有傳播方式的復雜環境，因此對于這種綜合無線環境的傳播特性的研究也就變得十分地困難和復雜。隨著接收機與發射機之間距離的不斷增大，無線電波的傳播損耗也將發生變化，這種變化通常包含三種：中值損耗、慢衰落、快衰落 。

考慮到上述三種損耗和衰落的特點，目前，對于路徑損耗的預測，只考慮中值損耗。也就是由于慢衰落和快衰落是隨時間和地物等因素變化而變化的，不具有普遍實用的特點，所以在無線電波損耗的預測中通常不考慮他們。

2.傳播模型校正關鍵問題分析與建議

通常采用測試連續波的方式來進行模型校正，也就是CW測試。即將發射機的發射功率和頻率固定，在起周圍進行車載采樣測試，經過篩選得到足夠多的合理的路徑損耗測試數據。然后用這些數據對傳播模型公式中的各個系數進行聯合求解，求解的條件就是校正后模型的預測值與實測數據之間誤差、均方差、標準方差達到要求。經過校正的傳播模型將會比較好的反映當地無線傳播環境，符合當地無線傳播環境的實際情況。

通常的模型校正的過程中主要包含以下幾項比較重要的內容。

2.1數字地圖的選擇

首先，數字地圖應該滿足一定的精度要求，精度越高模型校正的準確度也就越高，相應的運算量也就越高。另外，還要注意地圖的時效性，由于目前我國大多數城市的建設速度都非常快，使得數字地圖的更新的周期也就相應地縮短了，因此必須關注數字地圖的時效性。如果所選地圖的地貌信息與實際情況出入過大的話，模型校正的準確程度也將大大降低。

2.2發射站點選擇

為保證獲得的數據能夠真實地反映當地的無線傳播環境，在選擇站點的時候應把握如下原則：

（1）大型城市應選擇4～5個站點，一般中小型城市，選擇3個或以下站點進行測試，特大城市則視情況來定;

（2）根據城市的地貌分布和路況，劃出相應的幾塊典型區域，發射站點應盡量靠近所在區域的中心位置;

（3）站點應是局部地區的相對高點，站點周邊100米內避免明顯大型障礙物，站點應高于周圍建筑平均高度10米以上，一個站點的覆蓋半徑應該在3km左右，站點應盡可能大的覆蓋校正地貌，且分部合理，保證測試區域內每種地貌內的合理采樣點在4000個左右。

2.3路線選擇

為保證所獲得數據的全面性和真實性。測試時的線路選擇也需要認真考慮。

（1）深入地貌內部;

（2）與發射站點的距離要大于200m;

（3）縱向和橫向的街道應采集同樣數量的場強樣本;

（4）不要選擇高速公路或很寬闊平直的街道，而應盡量選擇窄小的街道;

（5）在確保數據全面的條件下，盡量避免線路的重復。

2.4數據采集

數據采集是模型校正能否準確的基礎條件，如果所采集的路測數據不能準確的反映當地實際情況，那么即使完成了模型校正也只是數學意義上的校正，這樣的校正出來的模型是沒有辦法應用到網絡規劃網絡優化工作中的。

采集到的路測數據應包含經度、緯度和場強等信息。

2.5數據篩選

在路測過程中往往會采集到一些不符合模型校正要求的需濾除數據，為了防止這些數據對模型校正的影響，在校正之前必須濾除它們，這就是數據篩選。以下是幾種典型的需濾除數據。

（1）高架橋上和隧道中的數據。這兩種地方無線電波的傳播特性與傳播模型的應用條件不符。

（2）遠距數據。距離發射機比較遠時，接收到的信號強度太低，因接收機靈敏度的影響，其測量值往往不準確;且對于測試信號，底噪在遠端接收信號中的比例比較大，不利于模型校正，因此遠端的測試點應予以濾除。

（3）近距數據。在距離發射機較近的區域，電波基本以視距傳播，這不符合傳播模型所定義的電波傳播條件，因此這類測試數據也不能用于傳播模型校準。

（4）街道波導效應數據。由于電波傳播測試一般是在街道上測試的，但對于街道，存在著“波導效應”（“街道效應”），即：當信號源發射來的電波信號的傳播方向和測量點所處街道走向的夾角很小時，接受信號的強度相較于普通情況下會有很明顯的加強，使得平行于傳播方向的信號強度比垂直于傳播方向的信號強度高出10dB左右。

（5）街道彎角效應數據。由于衍射和反射損耗，電波在街道轉彎處信號會突然發生嚴重陷落。

2.6評估校正結果評估

校正是一個不斷調整的過程，評估該校正結果是否符合要求的標準主要有：

（1）預測值和實測值之間誤差的均值最小化，盡量接近0。

（2）預測值和實測值之間誤差的標準偏差最小化，應小于6-8dB。

（3）預測值和實測值之間誤差與各變量之間的相關性最小。

3.展望

目前，對于傳統媒體來說，找準自己的定位，大力投入新媒體，進而實現轉型極為重要。實踐證明，整合多媒體的傳播優勢與效果，走廣播資源加網絡支持的合作之路，更能加快其發展。而準確簡潔的傳播模型也對未來城市建設提供了非常大的幫助。我相信，未來無線電波的發展廣泛而光明，而今天所驗證的電波傳播模型正確性也會對未來發展出一份力。

參考文獻

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作者簡介：吳闊（1999.07-），男，河北省孟村回族自治縣，本科在讀，主要研究工科通信方面。

趙佳佳（1998-）， 女， 河北省秦皇島市， 本科在讀，主要研究數字化。

肖峰（1998-），男，河北省容城縣，本科在讀，主要研究計算機信息科學。