2.2.3 信道传播模型

无线电波传播模型的分类众多，从建模的方法看，目前常用的传播模型主要是经验模型和确定性模型两大类，此外，也有一些介于上述两者模型之间的半确定性模型。经验模型主要通过大量的测量数据进行统计分析后归纳导出公式，其参数少，计算量少，但模型本身难以揭示电波传播的内在特征，应用于不同的场合时需要对模型进行校正；确定性模型则是对具体现场环境直接应用电磁理论计算方法得到的公式，其参数多，计算量大，从而得到比经验模型更为精确的预测结果。

一个有效的传播模型应该能很好地预测传播损耗，该损耗是距离、工作频率和环境参数的函数。由于在实际环境中受到地形和建筑物的影响，传播损耗也会有所变化，因此预测结果必须在实地测量过程中进一步验证。以往的研究人员和工程师通过对传播环境的大量分析、研究，已经提出了许多传播模型，用于预测接收信号的中值场强。

目前得到广泛使用的传播模型有Okumura-Hata模型、COST231 Hata模型和通用模型等几种。

（1）Okumura-Hata模型

Okumura-Hata模型在900MHz GSM中得到广泛应用，适用于宏蜂窝的

路径损耗预测。Okumura-Hata模型是根据测试数据统计分析得出的经验公式，应用频率在150～1500MHz，适用于小区半径大于1km的宏蜂窝系统，基站有效天线高度在30～200m，终端有效天线高度在1～10m。

Okumura-Hata模型路径损耗计算见公式（2-5）。

L50（dB）=69.55+26.16lgfc-13.82lghte-α（hre）+（44.9-6.55lghte）lgd+Ccell+Cterrain（2-5）

其中，

fc为工作频率，单位是MHz；

hte为基站天线有效高度，定义为基站天线实际海拔高度与天线传播范围内的平均地面海拔高度之差，单位是m；

hre为终端有效天线高度，定义为终端天线高出地表的高度，单位是m；

d为基站天线和终端天线之间的水平距离，单位是km；

α（hre）为有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数，其数值与所处的无线环境相关，见公式（2-6）。

Ccell为小区类型校正因子，见公式（2-7）。

Cterrain为地形校正因子，地形校正因子反映一些重要的地形环境因素对路径损耗的影响，如水域、树木、建筑等，合理的地形校正因子可以通过传播模型的测试和校正得到，也可以由用户指定。

（2）COST231-Hata模型

COST231-Hata模型是EURO-COST（EUROpean Co-Operation in the field of Scientific and Technical research）组成的COST工作委员会开发的Hata模型的扩展版本，应用频率在1500～2000MHz，适用于小区半径大于1km的宏蜂窝系统，发射有效天线高度在30～200m，接收有效天线高度在1～10m。

COST231-Hata模型路径损耗计算见公式（2-8）。

其中，CM为大城市中心校正因子，见公式（2-9）。

COST231-Hata模型和Okumura-Hata模型主要的区别在于频率衰减的系数不同，COST231-Hata模型的频率衰减因子为33.9,Okumura-Hata模型的频率衰减因子为26.16。另外COST231-Hata模型还增加了一个大城市中心衰减CM。

（3）通用模型

通用模型是目前无线网络规划软件普遍使用的一种模型，其系数由Hata公式推导而出。通用模型的确定见公式（2-10）。

其中，

PRX为接收功率；

PTX为发射功率；

d为基站与移动终端之间的距离；

Hmeff为终端的高度（m）；

Heff为基站有效天线高度（m）；

k1为衰减常量；

k2为距离衰减常数；

k3和k5为基站天线高度修正因子；

k4为绕射修正系数；

k6为终端高度修正系数；

kclutter为终端所处的地物损耗。

所谓通用模型，是因为其对适用环境、工作频段等方面的限制较少，应用范围更为广泛。该模型只是给出了一个参数组合方式，可以根据具体应用环境确定各个参数的值。正是因为其通用性，在无线网络规划中得到广泛应用，几乎所有的商用规划软件都是在通用模型的基础上，实现模型校正功能。

除了上述经验模型外，一些著名的确定性模型可用于计算传播损耗。所谓确定性模型是指通过采用更加复杂的技术，利用地形和其他一些输入数据估计出模型参数，从而应用于给定的移动环境。确定性模型主要依赖三维数字地图（必须足够精细）提供的相关信息，模拟无线信号在空间的传播情况。例如，利用双射线的多径和球形地面衍射计算超出自由空间损耗的视距损耗的朗雷-莱斯模型和基于从发射机到接收机沿途的地形起伏高度数据计算传播损耗的TIREM模型等。