一、無線電波傳播模式

作為無線通信中信息傳播的載體，無線電波在現(xiàn)實生活中無處不在。無線廣播、無線電視、衛(wèi)星通信、移動通信、雷達、無線組網設備都會涉及到相關應用。

無線電波傳播環(huán)境十分復雜，包含自由空間（一個理想的無限大的、電波傳播各向同性、真空或者無耗均勻介質空間，是為了簡化問題研究而提出的一種科學的抽象）與介質（地殼、海水、大氣等）傳播；傳播方式多種多樣，幾乎囊括了電波傳播的所有過程，如:直射、反射、折射、繞射、散射等。

** 直射 : **

直射是無線電波在自由空間傳播的方式。自由空間不存在電波的反射、折射、繞射、色散和吸收等現(xiàn)象。

** 反射 : **

當電磁波遇到比波長大得多的物體時，發(fā)生反射（在兩種介質分界面上改變傳播方向又返回原介質）的現(xiàn)象。

折射：

電磁波從一種介質進入另一種介質時，傳播方向發(fā)生改變（與原方向產生一定的夾角，但不返回原介質）的現(xiàn)象。

** 繞射 : **

當發(fā)射機和接收機之間的傳播路由被尖銳的邊緣阻擋時，電波繞過障礙物的邊緣繼續(xù)前進的現(xiàn)象。繞射能使無線電信號傳播到阻擋物后面。

** 散射 : **

由于傳播介質的不均勻性——如曲率較大、不光滑等引起的電磁波向四周擴散分布的現(xiàn)象。當傳播路徑上存在小于波長的物體、并且單位體積內這種障礙物體的數(shù)目非常大時發(fā)生散射。

在一個典型的蜂窩移動通信環(huán)境中，在蜂窩基站與移動臺之間的通信不是通過直達路徑，而是通過許多其他路徑完成的。電波傳播的過程中會遇到不同的物體，因而除了直射也會產生不同的反射、折射和散射，這些經過不同傳播路徑到達接收機的信號具有不同的幅度和相位，它們的合成效果將導致接收機收到的信號變得非常復雜，甚至產生干擾或失真，即 多徑傳播效應 。

二、無線電波的衰落（損耗）

1. 無線電波衰落特性

無線電波的直射、折射、反射、散射、繞射以及吸收等特性使無線電波隨著傳播距離的增加而逐漸衰減。

(1) 如無線電波在自由空間傳播到越來越大的距離和空間區(qū)域，電波能量便越來越分散，造成擴散衰減（即路徑損耗），其定義為：距輻射源某傳播距離處的功率密度同單位距離處的功率密度之比，其值反比于傳播距離的平方。

(2) 而在介質中傳播，除了有擴散衰減，電波能量還會被介質消耗，造成吸收衰減和折射衰減等，電磁波在不同介質中傳播的折射率n和吸收衰減常數(shù)ɑ各不相同。

基站發(fā)出的無線電信號的傳播路徑損耗受地面地形地物的影響很大，基站越高信號傳得越遠。無線電波傳播還和頻率相關，頻率越高，路徑損耗越大，繞射能力越弱，傳播的距離也越近。低頻反之。

2. 無線電波衰落分類：

(1) 根據(jù) 衰落對無線信號造成的影響 ，無線電波在無線空間傳輸時經歷的衰落分為3類:

平均路徑損耗 ——平均接收信號強度與距離長度增加的某次冪成反比變化。

陰影衰落 ——當電波傳播路徑上遇到不同障礙物阻擋所造成的電磁場陰影時，其局部中值電平隨地點、時間以及移動臺移動速度做比較平緩的變化，稱為陰影衰落（由于該變化緩慢，故又稱慢衰落）。

多徑衰落 ——由于多徑傳播引起的衰落。接收處合成波的幅度和相位隨移動臺的運動迅速產生很大的起伏變化，通常把這種現(xiàn)象稱為多徑衰落（由于接收信號強度變化快，故又稱快衰落）。

(2) 根據(jù) 接收信號場強變化的大小 ，無線電波在無線空間中傳輸時經歷的衰落分為3類:

大尺度衰落 ——描述由距離引起的信號的衰減，大尺度區(qū)間（數(shù)百或千米）內接收信號強度隨發(fā)射接收距離變化的特性。

中尺度衰落 ——中等尺度區(qū)間（數(shù)百波長）內接收信號強度中值的慢速變化特性。

小尺度衰落 ——小尺度區(qū)間（數(shù)十波長）內接收信號場強瞬時值的快速變化特性。

在蜂窩環(huán)境中有兩種影響：第一種是多徑，從建筑物表面或其他物體反射、散射而產生的短期快衰落；第二種是直接可見路徑產生的主要信號強度的長期緩慢變化。信道工作于服從瑞利分布的快衰落并疊加有信號幅度符合對數(shù)正態(tài)分布的慢衰落。

3. 無線電波傳播損耗計算

無線傳輸路徑分析是無線傳輸網絡設計的重要步驟，它便于網絡設計者根據(jù)無線鏈路的裕量大小選擇合適類型的天線，確定合適的安裝高度，并配備合適類型及長度的饋纜結構。分析中最常涉及到的幾種計算有：自由空間損耗的計算，信號接收強度的計算，鏈路系統(tǒng)裕量的計算。

(1) 自由空間傳播損耗

①自由空間傳播損耗的計算：

該式是在氣溫25度，1個大氣壓的理想情況的計算公式。

其中f為工作頻率(MHz)，d為傳播距離(km)。由上式可計算出，當頻率或距離增加一倍時，自由空間的路徑損耗會分別增加6dB（因為20lg2≈6）。同時，減小波長也會使路徑損耗增大。

②信號接收強度的計算：

信號接收強度（RSS）是指接收站設備接收到的無線信號的強度。

當用Pt表示發(fā)射功率，Gt表示發(fā)射天線增益，Gr表示接收天線增益，Lc表示電纜和纜頭的損耗，Lbf表示自由空間損耗時，信號接收強度計算公式如下：

RSS=P t +G t +G r -L c -Lbf

③鏈路系統(tǒng)裕量SFM(Syetem Fade Margin)的計算：

鏈路系統(tǒng)裕量是指接收站設備實際接收到的無線信號與接收站設備允許的最低接收閾值（設備接收靈敏度）相比多的富裕dB數(shù)值。

SFM= RSS-Rs，Rs為設備接收靈敏度。

系統(tǒng)裕量是衡量無線鏈路可用性和穩(wěn)定性的重要指標。因為無線信道是一個參變信道，干擾和噪音信號隨時會影響有用信號，有時干擾和噪音信號的強度瞬間可達到 20~30dB，所以在建設無線鏈路時，必須保留一定的系統(tǒng)裕量。雖然系統(tǒng)裕量大于5dB系統(tǒng)可以工作，但通常建議系統(tǒng)裕量大于15-20dB。

下面舉一個例子，幫助大家熟悉上面的計算：

在1.4GHz工作頻率下，如果發(fā)射站與接收站兩站點相距100Km，設備發(fā)射功率5W，發(fā)射天線增益為8dBi，接收天線增益為9dBi，電纜和纜頭損耗3dBi，設備接收靈敏度為-99.5dBm。則:

自由空間損耗為：L bf =32.4+20lg1400+20lg100=32.4+63+40=135.4 dB

接收信號強度為：RSS=37+8+9-3-135.4=-84.4 dBm

鏈路系統(tǒng)裕量為：SFM=-84.4-(-99.5)=15.1 dB

這里需要注意幾點：

①步驟2中的發(fā)射功率37dBm涉及到W與dBm的換算.

②天線增益常用dBi和dBd表示。當表示同一個增益時，用dBi表示出來比用dBd表示出來要大2.15。如：0dBd=2.15dBi；13dBd=15.15dBi。

③dBi與dBm可以相加減；用一個dBx減另一個dBx時，得到的結果用dB表示。dBm與dB也可以相加減，單位依然是dBm。dBm與dBm一般不相加。

(2) 反射損耗

不同物體反射損耗情況參見下表：

(3) 其他傳播損耗

在分析山區(qū)或者城市建筑物密集市區(qū)的傳輸損耗時，通常還要分析繞射損耗和穿透損耗。一般室內的電波分量是穿透分量和繞射分量的疊加。這里進行一個簡單的了解。