无线传播及其校正原理

吴阔　赵佳佳　肖峰

【摘  要】无线通信系统的性能会不同程度上受到无线信道的制约，以往中所使用的传播模型通常会将实际的传播模型条件进行一番简化，所以，在当前具有复杂性的传播环境下，模型的精确度极低。本文首先概述了无线电波的传播，其次，对无线通信电波传播模型进行了分析矫正。

【关键词】无线通信;电波传播;模型矫正;CW测试

引言

在通信系统中，信道占有极其重要的位置。根据传输媒质，可将信道分成有线信道和无线信道两种。无线信道直接决定着无线通信系统的性能。实际中，电磁波常常会在无线信道中遭到散射、反射、移动台的速度、信号的传输带宽等诸多因素的影响。因此，相较于有线信道，无线信道缺乏其的固定性和易于预测性，存在着很大的随意性和分析困难性。所以，在无线通信系统研究工作中，无线信道的模型矫正一直都是其发展主题。

在移动通信领域中，对无线电波的传播损耗预测一般是采用传播模型来进行的。准确的无线传播模型对于保证无线网络规划方案的合理性具有十分重要的意义，它是无线网络规划工作的重要基础和主要依据。

1.无线电波的传播方式与传播损耗

通信网规划与建设过程中，从频段的明确、频率的分配、无线电波的覆盖范围、计算机通信概率、系统间的电磁干扰到无线设备参数的明确均应借助于对电波传播特性的研究与据此实施的场强预测。无线电波的传播方式具体有：直达波;地波或表面波;对流层反射波，而在宏蜂窝无线坏境中，由于存在非常多的楼字以及其他遮挡物，使得无线电波的传播变得非常复杂，接收机接收到的信号通常是以下几种波的叠加：

（1）直射波：是指无线电波直接沿自由空间传播，不受任何阻挡;

（2）反射波：是指无线电波在传播的过程中遇到了物理尺寸远大于其波长的物体，电波在物体表面发生了反射，反射波可能增强也可能减弱信号的强度;

（3）衔射（绕射）波：是指无线电波在传播的过程中遇到了物理尺寸与其波长可比的或小于其波长的障碍物或缝隙时，电波仍然可以继续传播，只是它的能量和传播方向将发生改变。

移动通信系统所在的无线环境是非常复杂的，无线电波从发射机到接收机之间通常包含了所有的传播方式，也就是说它是一种综合了所有传播方式的复杂环境，因此对于这种综合无线环境的传播特性的研究也就变得十分地困难和复杂。随着接收机与发射机之间距离的不断增大，无线电波的传播损耗也将发生变化，这种变化通常包含三种：中值损耗、慢衰落、快衰落 。

考虑到上述三种损耗和衰落的特点，目前，对于路径损耗的预测，只考虑中值损耗。也就是由于慢衰落和快衰落是随时间和地物等因素变化而变化的，不具有普遍实用的特点，所以在无线电波损耗的预测中通常不考虑他们。

2.传播模型校正关键问题分析与建议

通常采用测试连续波的方式来进行模型校正，也就是CW测试。即将发射机的发射功率和频率固定，在起周围进行车载采样测试，经过筛选得到足够多的合理的路径损耗测试数据。然后用这些数据对传播模型公式中的各个系数进行联合求解，求解的条件就是校正后模型的预测值与实测数据之间误差、均方差、标准方差达到要求。经过校正的传播模型将会比较好的反映当地无线传播环境，符合当地无线传播环境的实际情况。

通常的模型校正的过程中主要包含以下几项比较重要的内容。

2.1数字地图的选择

首先，数字地图应该满足一定的精度要求，精度越高模型校正的准确度也就越高，相应的运算量也就越高。另外，还要注意地图的时效性，由于目前我国大多数城市的建设速度都非常快，使得数字地图的更新的周期也就相应地缩短了，因此必须关注数字地图的时效性。如果所选地图的地貌信息与实际情况出入过大的话，模型校正的准确程度也将大大降低。

2.2发射站点选择

为保证获得的数据能够真实地反映当地的无线传播环境，在选择站点的时候应把握如下原则：

（1）大型城市应选择4～5个站点，一般中小型城市，选择3个或以下站点进行测试，特大城市则视情况来定;

（2）根据城市的地貌分布和路况，划出相应的几块典型区域，发射站点应尽量靠近所在区域的中心位置;

（3）站点应是局部地区的相对高点，站点周边100米内避免明显大型障碍物，站点应高于周围建筑平均高度10米以上，一个站点的覆盖半径应该在3km左右，站点应尽可能大的覆盖校正地貌，且分部合理，保证测试区域内每种地貌内的合理采样点在4000个左右。

2.3路线选择

为保证所获得数据的全面性和真实性。测试时的线路选择也需要认真考虑。

（1）深入地貌内部;

（2）与发射站点的距离要大于200m;

（3）纵向和横向的街道应采集同样数量的场强样本;

（4）不要选择高速公路或很宽阔平直的街道，而应尽量选择窄小的街道;

（5）在确保数据全面的条件下，尽量避免线路的重复。

2.4数据采集

数据采集是模型校正能否准确的基础条件，如果所采集的路测数据不能准确的反映当地实际情况，那么即使完成了模型校正也只是数学意义上的校正，这样的校正出来的模型是没有办法应用到网络规划网络优化工作中的。

采集到的路测数据应包含经度、纬度和场强等信息。

2.5數据筛选

在路测过程中往往会采集到一些不符合模型校正要求的需滤除数据，为了防止这些数据对模型校正的影响，在校正之前必须滤除它们，这就是数据筛选。以下是几种典型的需滤除数据。

（1）高架桥上和隧道中的数据。这两种地方无线电波的传播特性与传播模型的应用条件不符。

（2）远距数据。距离发射机比较远时，接收到的信号强度太低，因接收机灵敏度的影响，其测量值往往不准确;且对于测试信号，底噪在远端接收信号中的比例比较大，不利于模型校正，因此远端的测试点应予以滤除。

（3）近距数据。在距离发射机较近的区域，电波基本以视距传播，这不符合传播模型所定义的电波传播条件，因此这类测试数据也不能用于传播模型校准。

（4）街道波导效应数据。由于电波传播测试一般是在街道上测试的，但对于街道，存在着“波导效应”（“街道效应”），即：当信号源发射来的电波信号的传播方向和测量点所处街道走向的夹角很小时，接受信号的强度相较于普通情况下会有很明显的加强，使得平行于传播方向的信号强度比垂直于传播方向的信号强度高出10dB左右。

（5）街道弯角效应数据。由于衍射和反射损耗，電波在街道转弯处信号会突然发生严重陷落。

2.6评估校正结果评估

校正是一个不断调整的过程，评估该校正结果是否符合要求的标准主要有：

（1）预测值和实测值之间误差的均值最小化，尽量接近0。

（2）预测值和实测值之间误差的标准偏差最小化，应小于6-8dB。

（3）预测值和实测值之间误差与各变量之间的相关性最小。

3.展望

目前，对于传统媒体来说，找准自己的定位，大力投入新媒体，进而实现转型极为重要。实践证明，整合多媒体的传播优势与效果，走广播资源加网络支持的合作之路，更能加快其发展。而准确简洁的传播模型也对未来城市建设提供了非常大的帮助。我相信，未来无线电波的发展广泛而光明，而今天所验证的电波传播模型正确性也会对未来发展出一份力。

参考文献

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[2]邵立杰.AIS海上电波传播模型研究[D].大连海事大学，2014

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[4]李华福.移动通信系统中无线电波传播特性及高频段传播模型研究[D].云南师范大学，2018

作者简介：吴阔（1999.07-），男，河北省孟村回族自治县，本科在读，主要研究工科通信方面。

赵佳佳（1998-）， 女， 河北省秦皇岛市， 本科在读，主要研究数字化。

肖峰（1998-），男，河北省容城县，本科在读，主要研究计算机信息科学。