【LTE基礎知識】無線傳播模型之Okumura-Hata模型介紹

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  20世紀60年代,奧村(Okumura)等人在東京近郊,采用很寬范圍的頻率,測量多種基站天線高度,多種移動臺天線高度,以及在各種各樣不規(guī)則地形和環(huán)境地物條件下測量信號強度。然后形成一系列曲線圖表,這些曲線圖表顯示的是不同頻率上的場強和距離的關系,基站天線的高度作為曲線的參量。接著產生出各種環(huán)境中的結果,包括在開闊地和市區(qū)中值場強對距離的依賴關系、市區(qū)中值場強對頻率的依賴關系以及市區(qū)和郊區(qū)的差別,給出郊區(qū)修正因子的曲線、信號強度隨基站天線高度變化的曲線以及移動臺天線高度對信號強度相互關系的曲線等。另外,給出了各種地形的修正。

  由于使用Okumura模型,需要查找其給出的各種曲線,不利于計算機預測。Hata模型是在Okumura大量測試數據的基礎上用公式擬合得到的,叫做Okumura-Hata模型。

  為了簡化,Okumura-Hata模型做了三點假設:

 作為兩個全向天線之間的傳播損耗處理;

 作為準平滑地形而不是不規(guī)則地形處理;

 以城市市區(qū)的傳播損耗公式作為標準,其他地區(qū)采用校正公式進行修正。

1.   Okumura-Hata模型的適用條件:

  f150~1500MHz;

  基站天線有效高度hb30~200米;

  移動臺天線高度hm1~10米;

  通信距離為1~35km;

2.   基本傳播損耗中值公式

其中:

         d的單位為kmf的單位為MHz;

       Lb城為城市市區(qū)的基本傳播損耗中值;

       hb、hm——基站、移動臺天線有效高度,單位為米。

       基站天線有效高度計算:設基站天線離地面的高度為hs,基站地面的海拔高度為hg,移動臺天線離地面的高度為hm,移動臺所在位置的地面海拔高度為hmg。則基站天線的有效高度hb=hs+hg-hmg,移動臺天線的有效高度為hm。

       需要說明的是,基站天線有效高度計算有多種方法,如:基站周圍5~10公里的范圍內的地面海拔高度的平均;基站周圍5~10公里的范圍內的地面海拔高度的地形擬合線;等等;不同的計算方法一方面與所使用的傳播模型有關,另外也與計算精度要求有關。

       a(hm)——移動臺天線高度修正因子

3. 其他各種修正因子:

    Kstreet——街道校正因子

       一般資料上只給出了與傳播方向成水平或垂直的損耗修正曲線,為了便于計算,下面給出了任意角度的擬合公式。

       設傳播方向與街道的夾角為θ,則:


  實際上,街道效應一般在8~10km后將會消失,故只考慮10km之內。

    Kmr——郊區(qū)校正因子

Qo——開闊地校正因子

Qr——準開闊地校正因子

    Ru——農村校正因子

        

    Kh——丘陵地校正因子

       h——地形起伏高度

       如圖所示,由移動臺算起,向基站方向延伸10km(不足10km,則以實際距離計算),在此范圍內計算地形起伏高度的10%90%之間的差值(適用于多次起伏的情況,起伏次數>3)。

,其中 為計算剖面上⊿h的最小地形高度;

Ksp—— 一般傾斜地形校正因子

  如圖所示,斜坡地形有可能產生第二次地面反射。在水平距離d2>d1時,圖中正負斜坡都有可能產生第二次地面反射。

  近似歸納斜坡地修正因子為:

θm以毫弧度為單位,d的單位為km

θm為移動臺與基站連線的剖面上,移動臺前后一公里內地形高度的平均傾角(用最小二乘法)

    Kim—— 孤立山峰校正因子

  這里使用刀刃繞射損耗來計算,雖然計算量稍大,但要準確一些;繞射損耗計算如圖所示:

  先求出單個刀刃的4個參數,即r1r2,hp,工作波長λ;


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