一種適用于３４０ＭＨｚ無線室外傳播模型的ＮＬＯＳ區域分析

摘要：本文研究了一種基于IEEE802.11b的無線傳輸系統，該系統利用頻率轉換技術，將2.4GHz轉換到UHF較低頻段340MHz進行傳輸。通過頻率轉換和功率調整技術，可以使無線傳輸系統的傳輸距離大為增加。本文的工作重點在于在340MHz頻段上，通過對NLOS（非視距）區域的分析，將提出一種混合型的半經驗無線室外電波的宏小區傳播預測模型。最后將比較預測值和實測值，并對傳播模型進行分析和校對。

關鍵詞：室外傳播模型；NLOS；IEEE802.11b；頻率轉換

1 前言

本文主要研究一種基于IEEE802.11b的無線傳輸系統，該系統利用頻率轉換技術，將2.4GHz下調到較低頻段進行無線傳輸，針對寬闊小區的一種無線實時移動視頻監控的應用。通過頻率轉換和功率調整技術，可以使無線傳輸系統的傳輸距離大為增加。

電波傳播的特性是研究任何無線通信系統首先考慮的問題。無線信道主要受到無線傳播環境的影響，無線通信的傳播環境極為復雜，建立路徑損耗的傳播預測模型對于無線系統設計有重要的作用。本文將對該無線傳輸系統的電波傳播特性進行研究，分析各參數對系統的影響，通過對NLOS（非視距）區域的分析，建立適合340MHz頻段的電波傳播模型。

電波傳播的實際情況是復雜多變的。對于一個具體的傳播環境來說，采用經驗公式計算的結果并不能得到想要的結果，因為經驗公式沒有對具體環境進行考慮，比如一些建筑物高度，密集程度等，只是給出大城市和中小城市的修正因子。為此，我們考慮一個具體的小區環境（宏小區，小區半徑大于1km）。在這個小區里面，有相對其他建筑物比較高的大廈作為基站，而一般的建筑物都是同等高度和間隔的，此外，除了建筑物還包括一些比較開闊的區域。具體環境可以參照圖1：

在這里，基站高度H要比其他建筑物的高度 要高。其他的建筑物都是相同的參數，并且他們之間的間隔b是相同的。在這些建筑物的前面，后面以及某些中間區域，存在著無遮擋的LOS區域。

這個地形是比較有代表性的。在一些城市的住宅小區，一些小城鎮，以及一些車站，工廠，倉庫等，都有著類似的結構。電波傳播在這些小區里面，主要由兩種傳播方式進行：

1．在建筑物之間的NLOS（None Line of Sight）非視距傳播；

2．開闊地區LOS（Line of Sight）視距傳播和準視距傳播。

2在建筑物之間的NLOS（None Line of Sight）非視距傳播

在這里，我們的NLOS模型參照Walfisch-Bertoni的半經驗半公式模型。該模型也稱作繞射屏模型，適用于基站和移動臺之間的非視距傳播情況[1] [2]。此時，從基站天線傳播到移動臺天線的場經過成排建筑物多重前向繞射，然后從移動臺之前的最近建筑物屋頂產生繞射場，其中一條直接到達移動臺，另一條經移動臺之后的建筑物反射到達移動臺。因此，其路徑損耗由三部分組成。

◎ 自由空間天線之間的路徑損耗；

◎ 由成排建筑物頂部引起的繞射損耗；

◎ 移動臺之前建筑物屋頂到地面的繞射場影響。

我們來看主要的傳播路徑，見圖2。

其中路徑3是穿透建筑物傳送到移動臺的。相對于其他傳播路徑，建筑物的穿透損耗要高很多，所以這條路徑的傳播可以忽略。

我們考慮主要的傳播路徑都在建筑物屋頂的上部，如圖2的路徑1所示，傳播在移動臺前的建筑物屋頂繞射。

另外，因為成排的建筑物在地面上有圓柱體障礙物的形式，所以屋頂上的傳播包括成排建筑物的多重前向繞射，如圖2的路徑4所示。但是這些傳播是大角度的繞射，并且在建筑物之間必須經過兩次以上的反射，它們產生的場的幅度是相對很小的，可以忽略。

總路徑損耗應該表示為

Okumura-Hata采用的是平均的估算值，并不能反映出環境的影響。我們知道，無線電電波傳播的特性受實際環境影響是非常大的。在靠近基站的位置(r<0.6km)，預測值和實際數據比較，普遍偏低，是因為靠近基站的位置，由于高基站的因素，很多路徑不能忽略，比如通過下一個建筑物直接反射回來的射線，其影響是比較大的。當位置大于0.4km時，預測值和計算值比較接近。文中的數據采集點都是在建筑物之間的NLOS區域。

在測量中出現了一些數據要比預測值大，這是因為街道走向和街道空隙的影響。當街道走向和傳播路徑不是垂直的時候，即是它們存在一個夾角?茲，路徑損耗要比我們預測的要小一些。另外街道的空隙會讓一些傳播路徑信號增強，會對結果有比較大的影響。

在1.2km-1.4km的區域，實際測量數據比預測的數值要低很多。這是因為在該區域出項了較高的建筑物，路徑傳播出現了二次繞射。當電波傳播出現二次繞射的時候，繞射損耗要增加許多，這也是實際數據都要偏低的原因。

該系統主要應用在小區的視頻監控，實際測試效果表明，在城區2km，開闊區5km以內，系統覆蓋相當好，帶寬穩定，傳輸MPEG-4壓縮數字視頻可以達到25幀/秒，滿足傳輸實時移動視頻的要求。

參考文獻

[1]Atefi， A.， and J.D.Parsons， \"Urban Radio Propagation in Mobile Radio Frequency Bands，\" Proc.Comms 86， Birmingham， UK， IEE Conference Publication No.262， pp.13-18

[2] F. Ikegami and S. Yoshida， Analysis of multipath propagation structure in urban mobile radio environments， IEEE Trans， Antennas Propagat.， vol. AP-28， pp.531-537， 1980

[3] L. E. Vogler， The attenuation of electromagnetic waves by multiple knife-edge diffraction， U. S Dept. Commerce， NTIA Rep. 81-86， 1981

[4] J. Walfisch， UHF/microwave propagation in urban environments， Ph.d. dissertation， Polytechnic Univ.， Broollyn， NY， June 1986

[5] W. C. Lee， Studies of base-station antenna height effects on mobile radio， IEEE Trans. Veh. Technol.， vol. VT-29， pp.252-260， 1980