一种适用于３４０ＭＨｚ无线室外传播模型的ＮＬＯＳ区域分析

摘要：本文研究了一种基于IEEE802.11b的无线传输系统，该系统利用频率转换技术，将2.4GHz转换到UHF较低频段340MHz进行传输。通过频率转换和功率调整技术，可以使无线传输系统的传输距离大为增加。本文的工作重点在于在340MHz频段上，通过对NLOS（非视距）区域的分析，将提出一种混合型的半经验无线室外电波的宏小区传播预测模型。最后将比较预测值和实测值，并对传播模型进行分析和校对。

关键词：室外传播模型；NLOS；IEEE802.11b；频率转换

1 前言

本文主要研究一种基于IEEE802.11b的无线传输系统，该系统利用频率转换技术，将2.4GHz下调到较低频段进行无线传输，针对宽阔小区的一种无线实时移动视频监控的应用。通过频率转换和功率调整技术，可以使无线传输系统的传输距离大为增加。

电波传播的特性是研究任何无线通信系统首先考虑的问题。无线信道主要受到无线传播环境的影响，无线通信的传播环境极为复杂，建立路径损耗的传播预测模型对于无线系统设计有重要的作用。本文将对该无线传输系统的电波传播特性进行研究，分析各参数对系统的影响，通过对NLOS（非视距）区域的分析，建立适合340MHz频段的电波传播模型。

电波传播的实际情况是复杂多变的。对于一个具体的传播环境来说，采用经验公式计算的结果并不能得到想要的结果，因为经验公式没有对具体环境进行考虑，比如一些建筑物高度，密集程度等，只是给出大城市和中小城市的修正因子。为此，我们考虑一个具体的小区环境（宏小区，小区半径大于1km）。在这个小区里面，有相对其他建筑物比较高的大厦作为基站，而一般的建筑物都是同等高度和间隔的，此外，除了建筑物还包括一些比较开阔的区域。具体环境可以参照图1：

在这里，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参数，并且他们之间的间隔b是相同的。在这些建筑物的前面，后面以及某些中间区域，存在着无遮挡的LOS区域。

这个地形是比较有代表性的。在一些城市的住宅小区，一些小城镇，以及一些车站，工厂，仓库等，都有着类似的结构。电波传播在这些小区里面，主要由两种传播方式进行：

1．在建筑物之间的NLOS（None Line of Sight）非视距传播；

2．开阔地区LOS（Line of Sight）视距传播和准视距传播。

2在建筑物之间的NLOS（None Line of Sight）非视距传播

在这里，我们的NLOS模型参照Walfisch-Bertoni的半经验半公式模型。该模型也称作绕射屏模型，适用于基站和移动台之间的非视距传播情况[1] [2]。此时，从基站天线传播到移动台天线的场经过成排建筑物多重前向绕射，然后从移动台之前的最近建筑物屋顶产生绕射场，其中一条直接到达移动台，另一条经移动台之后的建筑物反射到达移动台。因此，其路径损耗由三部分组成。

◎ 自由空间天线之间的路径损耗；

◎ 由成排建筑物顶部引起的绕射损耗；

◎ 移动台之前建筑物屋顶到地面的绕射场影响。

我们来看主要的传播路径，见图2。

其中路径3是穿透建筑物传送到移动台的。相对于其他传播路径，建筑物的穿透损耗要高很多，所以这条路径的传播可以忽略。

我们考虑主要的传播路径都在建筑物屋顶的上部，如图2的路径1所示，传播在移动台前的建筑物屋顶绕射。

另外，因为成排的建筑物在地面上有圆柱体障碍物的形式，所以屋顶上的传播包括成排建筑物的多重前向绕射，如图2的路径4所示。但是这些传播是大角度的绕射，并且在建筑物之间必须经过两次以上的反射，它们产生的场的幅度是相对很小的，可以忽略。

总路径损耗应该表示为

Okumura-Hata采用的是平均的估算值，并不能反映出环境的影响。我们知道，无线电电波传播的特性受实际环境影响是非常大的。在靠近基站的位置(r<0.6km)，预测值和实际数据比较，普遍偏低，是因为靠近基站的位置，由于高基站的因素，很多路径不能忽略，比如通过下一个建筑物直接反射回来的射线，其影响是比较大的。当位置大于0.4km时，预测值和计算值比较接近。文中的数据采集点都是在建筑物之间的NLOS区域。

在测量中出现了一些数据要比预测值大，这是因为街道走向和街道空隙的影响。当街道走向和传播路径不是垂直的时候，即是它们存在一个夹角?兹，路径损耗要比我们预测的要小一些。另外街道的空隙会让一些传播路径信号增强，会对结果有比较大的影响。

在1.2km-1.4km的区域，实际测量数据比预测的数值要低很多。这是因为在该区域出项了较高的建筑物，路径传播出现了二次绕射。当电波传播出现二次绕射的时候，绕射损耗要增加许多，这也是实际数据都要偏低的原因。

该系统主要应用在小区的视频监控，实际测试效果表明，在城区2km，开阔区5km以内，系统覆盖相当好，带宽稳定，传输MPEG-4压缩数字视频可以达到25帧/秒，满足传输实时移动视频的要求。

参考文献

[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