1.1.1 无线环境传播模型
在移动无线电环境中，传播环境的复杂多变和移动台的不断移动导致无线链路呈现出复杂多变的特征，影响着无线电信号的传输质量。同时由于在实际的工程设计中，由链路预算得到的最大路径损耗必须依靠无线环境的传播模型才能转换成为小区半径。因此，研究无线通信和无线网络规划的首要问题就是研究无线传播环境对信号的传输质量的影响，也就是研究无线电信号在空中所经历的电波传播损耗，这就需要建立传播模型来模拟电信号在无线环境中的衰减情况，估算出尽可能接近实际的接收点的信号场强中值，从而进行合理的小区规划，既满足用户需求的同时又可以节约投资。
人们经过理论分析和长期的实际观测，通过建立了基站与移动台之间的无线链路的统计模型，发现电波传播的损耗主要由传播路径损耗、多径衰落和慢衰落三个部分构成。其中，传播路径损耗主要是由于电波传播的弥散特性造成的；多径衰落通常是由移动台周围半径约100倍波长内的物体造成的反射，一般认为信号的均值服从瑞利分布；慢衰落是由于地形起伏和人造建筑物引起的慢衰落以及由于电波的空间扩散造成的衰减，一般认为信号的均值服从对数正态分布。另外，对信号造成干扰的除了上述三种乘性干扰外，还始终存在着一种服从高斯分布的加性噪声，其噪声源包括热噪声、雷电噪声等，多用户干扰及来自其它小区的干扰也常被等效为高斯白噪声。
在第二代数字蜂窝移动技术GSM 、CDMA 中，我们已经熟知并广泛应用于工程实际的传播模型有适用于室外型大区制蜂窝结构的Okumura-Hata 、
Cost231-Hata 和适用于微蜂窝结构的Walfish-Ikegami 经验公式等，都是在大量的测试数据中总结出来的信号电平随地理环境变化的衰减的分布规律的经验模式。并且它们都适用于2000MHz 频段，因此也可以应用于3G 网络规划。由于这些模型是在大量的统计数据中总结出的经验数据，并且是从特定的地理区域获得的，它们都具有一些地区适应性，如Okumura-Hata 更适用于准平坦地形情况（类似于东京地形）、Cost231-Hata 适用于中小城市等。下面的章节罗列出了常用的几种传播模型，在实际的工程使用中，要根据不同地区的无线环境情况有选择地使用，并且在当地进行模型校正，模型校正参见《规划软件功能要素研究报告》。
在第三代移动通信技术中，我们所要考虑的不仅有大区制的扇区覆盖、更有小区制以及微小区制的扇区覆盖。因此，在未来的传播预测中，用到的将是一种混合的预测算法。即：在大区制覆盖的地区仍然采用宏蜂窝传播模型经验公式，并且通过实地做连续波测试得到的修正因子来更精确地描述当地无线路径损耗。在以微小区结构为主的密集复杂城区，低于周围建筑物高度的基站和周围建筑物形状及高度、街道宽度、地形等对无线传播的影响都应在我们规划的范围之内，运用可视化技术对覆盖区域环境进行描述及射线跟踪算法来进行精确覆盖模拟。
1.1.1.1 传播模型分类
根据传播模型的获得方式，我们通常可以把它们分类为：经验模式；半经验或半确定性模式；确定性模式。
经验模式是将大量测试的结果经过统计分析得到的反映无线路径损耗的公式。如：Okumura-Hata 、Cost231-Hata 、LEE 模型等。
半经验或半确定模式是把确定性方法用于一般的市区或室内环境导出的公式。还可以根据实验结果对等式进行修正，得到表征天线周围地区规定特性的函数。如：COST Walfish-Ikegami等。
确定性模式是对具体的现场环境应用电磁理论计算的方法。在这种模式中，已使用的几种技术通常基于射线跟踪的电磁方法－几何绕射理论（GTD ）、物理光学（PO ）等。在这种模式中，无线传播与环境特征（如建筑物的高度、棱角、街道宽度、物体表面材质等）有关。
根据移动无线传播环境的不同分为自由空间传播模型和非自由空间传播模型。
自由空间是指充满均匀理想介质的空间，而且不存在地面和障碍物的影响。在自由空间里传播的电波不产生反射、折射、散射、绕射和吸收等现象，只存在因扩散而造成的衰减。自由空间的基本传输损耗是指位于自由空间的发射系统的等效全向辐射功率(EIRP)与接收系统各向同性接收天线所接收到的可用功率之比，在实际系统中只有在视距情况下发射和接收之间才可以采用自由空间传播模型。
实际系统在一般情况下，在基站和移动台之间不存在直射信号，接收的信号是发射信号经过若干次反射、绕射和散射后的叠加，在某些特别空旷地区或基站
天线特别高的地区存在直射传播路径。人们经过理论分析和长期的实际观测，建立了基站与移动台之间的无线信道的统计模型，认为，电波传播的损耗主要由以下三个部分构成，如图所示：
Si distance = 图表1 电波传播路径损耗
传播路径损耗：为某时刻基站和用户之间的距离矢量。表示空间的传播损耗，该损耗主要是由于电波传播的弥散特性造成的。
快衰落（多径衰落）：通常引起多径效应的主要原因是移动台周围半径约100λ内的物体造成的反射。它反映了数十波长内，接收信号电平的均值的变化趋势，此时信号的均值服从瑞利分布。即公式中的项。
慢衰落：在移动无线电环境中，电波传播除了存在多径衰落外，还有由于地形起伏和人造建筑物引起的慢衰落以及由于电波的空间扩散造成的衰减。它反映了数百波长内接收电平均值的变化趋势，此时信号的均值服从对数正态分布。即公式中的项。
AWGN 加性高斯白噪声：对信号造成干扰的除了上述三种乘性干扰外，还始终存在着一种加性噪声，服从高斯分布；其噪声源包括热噪声、雷电噪声等，同时，多用户干扰及来自其它小区的干扰也常被等效为高斯白噪声。
由于移动通信所在环境的多样性，每个传播模型都是适用于某特定类型地区的模型。以下就关于几种在2G 中就已经得到广泛应用、并且可以扩展到2000MHz 频段使用的传播模型加以论述其应用。需要说明的是，每种规划软件都有其推荐
使用的传播模型类型，可能与下述几类不完全相同，但是经过实际工程应用，数据说明其误差在可接受的范围之内的，都属于可用的传播模型。
以下模型中所采用的参数如下：d 是间隔距离(km)，f 是载波频率(MHz)，h BS 是以平均屋顶高度为基准的基站天线高度(m)，h MS 是移动台天线高度(m)，LogF 是标准偏差为10dB 的对数正态分布，α(h MS ) 是移动台天线高度的校正因子，C clutter 是与传播环境区域类型相关的校正因子，计算得到的路径损耗单位均为dB 。
7.1.2.2 自由空间传播模型
L freespace =32. 5+20lg(f ) +20lg(d )
该模型适用于视距(几十米以内) 传输的情况。
1.1.1.3 宏蜂窝的传播模型
这种模型主要应用于一个天线高于平均屋顶高度，而另外一个天线低于平均屋顶高度的情况。其传播模型路径损耗计算公式为：
L m acro =40(1-4⨯10-3h BS ) log 10(d ) -18log 10(h BS ) +21log 10(f ) +80+LogF [dB ]
该模型适用于城市或郊区链路间隔距离从几百米到数公里的情况。
假定h BS 为30米，那么可以得到不考虑LogF 简化后的900MHz 、1800MHz 和2000MHz 路径损耗公式为：
L macro ⎧115. 45+35. 2log 10(d ) ⎪=⎨121. 77+35. 2log 10(d )
⎪122. 73+35. 2log (d ) 10⎩f =900MHz f =1800MHz f =2000MHz
1.1.1.3.1 Okumura-Hata 模型
Okumura-Hata 模型是预测城区信号中使用最广泛的经验模型，一般应用的频率是150～2000MHz 之间，后来利用测试结果又扩展到100~3000MHz的频率上，适用距离在1km 到20km ，天线高度在30m 到200m 之间。
Okumura-Hata 模型以准平坦地形为基准，并按照地形地貌分为开阔地、郊区和城区。
L O kum ura -H ata =A +B lg(f ) -13. 82lg(h BS ) -α(h MS ) +(44. 9-6. 55lg(h MS )) ⋅lg(d ) +C city
其中：
⎧69. 55150MHz ≤f
⎧26. 16150MHz ≤f
⎧(1. 1lg(f ) -0. 7) ⋅h MS -1. 56lg(f ) +0. 8中小城市⎪f ≤200MHz α(h MS ) =⎨8. 29⋅(lg(1. 54⋅h MS ) 2-1. 1大城市⎪3. 2⋅(lg(11. 75⋅h MS ) 2-4. 97f ≥400MHz ⎩
首先对移动台天线高度校正因子进行简化，从下图中可以看出当移动台的天线高度在1.5米（常见值）左右时，不同城市规模下的校正因子值差别很小。
图表2 移动台天线校正因子的比较，中等城市和大城市
假定移动台天线高度为1.5米，那么简化后的校正因子为：
⎧0. 016⎪a (h MS ) =⎨0. 043
⎪0. 047⎩f =900MHz f =1800MHz f =2000MHz
接下来对路径损耗进行简化，假定基站天线高度为30米，简化后的路径损耗公式为：
⎧126. 4+35. 2log 10(R ) +CorrectorF actor f =900MHz ⎪L =⎨136. 2+35. 2log 10(R ) +CorrectorF actor f =1800MHz
⎪137. 7+35. 2log (R ) +CorrectorF actor f =2000MHz 10⎩
城区：指传播路由上集中分布着两层楼或以上的建筑物，或者有茂密的森林。
城区路径损耗的计算公式为：
L 城区=69. 55+26. 16lg(f ) -13. 82lg(h MS ) -α(h MS ) +(44. 9-6. 55lg(h BS )) ⋅lg(d )
开阔地：指传播路由上没有大的障碍物的开阔地带，以及前方数百米内没有任何阻挡的区域。
L 开阔地=L 城区-4. 78(logf ) 2+18. 33log f -40. 94
郊区：在传播路由上分布有少量的不太密集的障碍物以及障碍物的高度比较低的区域。郊区路径损耗的计算公式为
L 郊区=L 城区-2(logf 2) -5. 4 28
为了使Okumura-Hata 模型能适用于一些特殊地区，如丘陵地形、斜坡地和水陆混合地区等，Okumura-Hata 模型定义了基站的有效天线高度，来应用于无线电波传播模式中。
通常在我们使用的各种规划软件中，将该模型进行了修正，使得该模型更能适用于实际工程及更便于计算机进行模拟计算。
因此，使用Okumura-Hata 模型首先需要对所研究的地区进行分类，即把所研究地区按照地物的分布划分为：开阔地、郊区和城区、密集市区等，然后根据不同的地形分类来进行实地连续波测试，再通过模型校正得到关于Okumura-Hata 模型在当地的修正因子。这样就得到比较能够精确反映当地路径损耗的预测结果。
该模型的主要缺点是对城区和郊区快速变化的反映较慢，预测和实测值之间的偏差在10dB 左右, 并且在小区半径1km 之内的偏差较大, 只适用于基站半径较大的宏蜂窝的覆盖预测。
1.1.1.3.2 COST 231-Hata模型
COST 231-Hata模型也是以Okumura 等人的测试结果为依据，通过对高频段的Okumura 传播曲线进行分析，得到所建议的公式：
L CO ST 231-H ata =46. 3+33. 9lg(f ) -13. 82lg(h BS ) +(44. 9-6. 55lg(h BS )) lg(d ) -α(h MS ) +C m [dB ]其中α(hm)是有效移动天线修正因子,
C m= 0dB 密度适中的中等城市和郊区乡镇
3dB 大城市中心
-10dB~-2[log(f/28)]2-5.4(dB) 城郊
-20dB~-4.78[log(f)]2+18.44log(f)-35.94(dB) 农村
COST 231-Hata模型是以中小城市的无线环境为基准，适用于工作频率1500MHz~2000MHz之间，天线高度在30m 到200m ，手持机的天线高度在1m 到10m 之间，适合于基站半径在1km 到20km ，校正后可以适用于100m 以内。
1.1.1.3.3 Lee 模型
Lee 模型的特点是基于特定无线电路径上的实际地形变化，将有效天线高度随移动台位置变化而变化所引起的天线高度增益ΔG考虑在内，从而使预测值的标准偏差限制在2～3dB 内。Lee 模型是可适用于市区和郊区的经验模式。
式中：Pr —接收信号电平；
Pro —接收点(d=r0)的接收信号电平；
γ—路径损耗斜率；
r0—接收点至基站的距离，取r0=1km；
r —预测点至基站的距离，适用于r≥1km；
' h e —有效天线高度；
h1—基站天线高度；
α—发射功率、天线高度、天线增益的校正因子；
h e '' —存在刃形障碍的路径的有效天线高度；
L —绕射损耗。
1.1.1.4 微蜂窝的传播模型
Hata 公式和它的修正式的获得是基于基站天线高度均高出基站附近的建筑物屋顶高度，同时忽略了街道宽度、街道绕射和散射损耗的影响，对于微蜂窝不应该用Hata 公式和它的修正式。
1.1.1.4.1 COST 231-Walfish-Ikegami模型
COST231报告建议的COST 231-Walfish-Ikegami 模型是适用于微蜂窝环境的模型，是经验模式和确定性模式的结合，在使用时引入一些描述市区环境特征的地理化信息参数。包括建筑物高度、街道宽度、建筑物的间隔、阻挡物相对于直达无线电路径的道路方位角度。同时对当固定基站天线等于或低于屋顶高度时的情况进行了一些修正。此模型只有当传播距离大于20米时有效。
COST 231-Walfish-Ikegami模型在应用时要分成两种情况来处理：一种是低天线情况，适用于视距情况；另一种是高基站天线情况，适用于非视距情况，如下图所示。
图表3 COST 231-Walfish-Ikegami模型 低基站天线情况：
基站天线低于周围建筑物的的平均高度的时候，信号是在街道形成的峡谷中传播的，其传播特性与高基站天线的传播特性不同。经过实际测试，得到对街道峡谷内的视距通信情况使用的公式描述如下：
路径损耗 Lb=42.6+26logd(km)+20logf(MHz) 20m≤d≤5km
高基站天线情况：
在这种情况下应用的公式适合于非视通情况的传播路径，可以简单表达如下：
L=Lbf +Lrts +Lmsd
L bf 代表自由空间损耗，代表“最后的屋顶到街道的绕射和散射损耗”，用来计算街道内的绕射和反射；为“多重屏前向绕射损耗”，计算屋顶上方的多次绕射。
1.1.1.4.2 3-D 射线跟踪模型
随着计算机技术及可视化技术的发展，更精确地预测无线信号覆盖的新方法也得以利用。射线跟踪模型可以应用于室外宏蜂窝、室外微蜂窝和室内微蜂窝，它根据几何光学理论，通过模拟光（射线）的传播路径、并考虑了反射、折射和绕射等来确定接收点的场强。
在3-D 射线跟踪模型中，取在移动台所处位置的预测信号为最强的一条射线的信号强度作为接收点电平值。同时为了避免出现难以确定单条射线是否最终为到达某一接收点的情况，通常采用下面两种方法：一种是接收球算法，在接收处如果一条射线和规定半径的接收球相交，则考虑该射线对接收信号的贡献；另一种是发射3-D 发射管，如果接收点落在射线管内，则考虑该射线对接收信号的贡献。3-D 射线跟踪模型如下图所示。
图表4 3-D 射线跟踪模型示意图
简单地描述，3-D 射线跟踪模型在计算路径损耗时主要考虑的因素可用下式表达：
L p = Lr + bLd + Lb
其中：
L r －参考路径损耗值 (dB) ；
L d －衍射损耗(dB)，其计算基于一致性劈绕射理论（UTD －Uniform Theory of Diffraction）的结论；
b －衍射因子，取值0～1；
L b －建筑物穿透损耗 (dB)。
理论计算和实际测量的结果都表明，对短距离传播路径的情况，存在一个断点（突变点），在断点之前，路径损耗曲线的斜率可以认为和自由空间的路径损耗曲线的斜率相等，在断点之后，信号电平随距离的增加损耗加快。断点距离长度一般可以取菲涅耳第一半径，即：
d brk =4（h b *hm ）/λ
其中：
h b －相对于地平面的基站天线高度 (m)；
h m －相对于地平面的手机天线高度(m)；
λ －无线波长 (m)。
因此，参考路径损耗值Lr 可计算如下：
L 0－路径损耗在1m 处的值 (dB)；
d －接收点在沿着射线方向离基站的距离 (m)；
b －断点之后路径损耗曲线的斜率值。
3-D 射线跟踪模型适用于在密集大城市预测无线电波路径损耗，同时需要三维地理化信息数据库，包括：组成建筑物多面体的形状及数目；每个多面体顶点的数目；每个多面体顶点的直角坐标；障碍物的材料类型数据。
3-D 射线跟踪模型的精确度与可靠性最好，因此，在对基站形态比较复杂、仿真结果要求比较高的WCDMA 设计中推荐使用。但是由于所需要的基础数据很多，一般比较难以获得，而且使用这种模型运算量非常大，具体实施比较困难。
1.1.1.5 规划软件使用的通用校正传播模型
通用校正传播模型是一种适合于带宽在150-2000MHz 和超过长距离(1
该模型基于以下公式来计算。
⎛K 1+K 2log(d ) +K 3log(H eff ) +K 4⨯Diffractio n +⎫P R =R TX - K 5log(d ) ⨯log(H eff ) +K 6(H meff ) +K clutter f (clutter ) +K hill , los ⎪⎪
⎝⎭各参数含义:
P R R TX K 1 K 2
received power 接收功率(dBm)
transmitted power 发射功率（EIRP 包括天线增益）(dBm) constant offset 常数(dB)
multiplying factor for log(d) log(d)的相乘因子
distance between the receiver and the transmitter 接收机与发射机的距离
d
K 3
multiplying factor for log(H eff ) log(H eff ) 的相乘因子 effective height of the transmitter antenna 天线的有效高度 multiplying factor for diffraction calculation must be a positive number 衍射计算相乘因子，必须是正数
H eff K 4
Diffractio n
losses due to diffraction over an obstructed path 超过阻碍路径的衍射损耗(dB)
K 5 multiplying factor for log(Heff)log(d) log(Heff)log(d)的相乘因子
K 6
multiplying factor for H meff H meff 的相乘因子 mobile antenna height 手机天线高度（m ）
multiplying factor for f (clutter ) f (clutter ) 的相乘因子 average of weight losses due to clutter 基于地形的加权损耗平均值
H meff K clutter
f (clutter )
K hill , los corrective factor for hilly regions(=0 in case of NLOS) 山区区域的校正因子（当NLOS 时为0）
上述模型的K1~K6参数由具体的传播环境决定，K(clutter)是由不同地物决定的修正系数。不同的地物决定了不同的Kclutter ，这些K 参数是通过CW 测试的数据逐步拟合出来的。获得CW 测试数据后，可以通过K 参数试验法和最小方差法两种途径得到。在通用校正模型的众多K 参数中，每个K 参数对模型的影响程度是不一样的，从对模型的分析可知，K1、K(clutter)是常量，与传播距离、天线高度等因素无关；K6为移动台的高度修正因子，由于移动台的高度变化不大（可定为1.5米左右），因此，K6最终可以归结为最后阶段的微量调整，K2、K3、K5的调整要视具体的测试数据和测试路径而定。 1.1.1.6 室内传播模型
1.1.1.6.1
室内常用传播模型
下面介绍一个非常常用的室内传播模型，可以用公式表示如下：
PL (dB ) =PL (d 0) +10n lg(
其中
PL ：传播损耗(dB)
d
) +X σ+FAF （5） d 0
（dB ） PL (d 0) ：参考损耗（在d 0=1米处的损耗值）
X σ：阴影衰落余量（dB ） n ：距离衰减因子
FAF ：地板衰减因子（dB ）
因为室内建筑物的种类、结构、材质千差万别，所以一般情况下建议在真实环境中测量PL (d 0) 、X σ、n 和FAF 的值。下面介绍一下这些值的测量方法。 1) PL (d 0) ：
PL (d 0) 是室内模传播型中的参考路径损耗，是从室内天线到距离自由空间1m 处的路径损耗值。在测量过程中，接收机可以使用测试手机。测量的具体方法如下：
1．测量室内天线的输出功率； 2．确定测量点（3个）；
3．在每一个点测量CPICH －RSCP 超过20次以上； 4．计算PL (d 0)
PL (d 0) ＝室内天线的发射功率－接收机的接收功率。
图8 PL (d 0) 测量示意图 表14 PL (d 0) 的测量数据处理表格
举例：如果天线的发射功率（EIRP ）是0dBm ，接收机的接收功率是－31dBm ，则
PL (d 0) ＝0dBm －（－31dBm ）＝31（dB ） 距离衰减因子n ：
2) n是距离衰减因子，它是室内传播模型的斜率。测量n 的值可以选择几个点进行。测量内容包括天线的发射功率，CPICH －RSCP 和标准偏差。下面是具体的测量方法：
1．测量室内天线的输出功率； 2．确定测量点（3个以上）；
3．在每一个点测量CPICH －RSCP 超过20次以上； 4．用下面的公式计算n 的值，并求出标准偏差
n =
TxofAntenn a -(CPICH -RSCP ) -PL (d 0)
（6）
10lg(d /d 0)
a n 在上式中，Txo fAn ten 是天线的发射功率，CPICH -RSCP 是导频信号
CPICH 的RSCP 。
图9 距离损耗因子n 测量示意图 表15 距离损耗因子n 的测量数据处理表格
3) FAF：
FAF 是地板损耗因子，表示穿透地板时，电磁波的损耗值。测量FAF 时，通常把发射天线放在上一层的空间内，把接收机放在下一层的空间内，并且确保地板上没有其它物品（如家具等）。具体的测量方法如下： 1．测量室内天线的输出功率； 2．确定测量点（3个）；
3．在每个点测量CPICH －RSCP 超过20次； 4．用下面的公式计算FAF 的值，并求出标准偏差
FAF =PL (dB ) -PL (d 0) -10n l o g d (/d 0) （7）
图10 地板损耗因子FAF 测量示意图
除此之外，还可以附带测量一下的d12、d23以及地板的厚度，记录下地板材质和所使用的频率等等。
表16 地板损耗因子FAF 的测量数据处理表格
下面是一个室内传播模型参数测量的例子。在本例中从20m 到40m 之间，n 的值为3.29，PL (d 0) 的值为39dB 。
图11 室内传播测量实例
1.1.1.6.2
自由空间模型
在室内环境下，用户和天线的距离很近，经常可以看见天线。在体育馆、展览馆这样的建筑物内，基本上没有阻挡物体。在这种情况下，其传输损耗非常接近自由空间的损耗情况，其计算公式为：
⎛4πdf ⎫
PL =() 2= ⎪ （8）
λ⎝c ⎭上式中，d 为传输距离单位为m ，f 为电磁波的频率，单位为Hz ，c 为光速。 用对数表示为：
PL (dB ) =10lg(
4πdf 24π
) =20lg +20lg(f ) +20lg(d ) （9） c c
4πd
2
将f ：1920～2170MHz （取为2GHz ）
c：3⨯108m/s 代入上式可得：
PL (dB ) =38. 46+20lg(d ) （10）
假设天线端口的下行输出功率为10dBm ，则距每个远端天线口１ｍ处所对应的接收电平为：
P (1m ) =10dBm -38. 46dB =-28. 46dBm （11）
若天线在石膏或木质天花板内，考虑衰耗为5dB ，在天线下实际接收电平约为－33.46dBm 。
在室内传播环境中，电磁波要进行多次反射、绕射和穿透过程，则距每个天线20m 处，综合考虑电波传播中建筑结构的衰减，这里取最大值13dB 计算，再考虑5dB 的信号波动值，则对应的接收电平为：
P (20m ) =10dBm -64. 48dB -13dB -5dB =-71. 48dBm （12）
经过实地勘测，可基本确定各分布天线的位置。为了使方案规划更加准确，往往可对这些区域进行场强覆盖预测。具体可以采取以下方法：用信号发生器和室内天线组成发射单元，在分布天线位置发出所设计的相应输出功率，而将测试手机作为接收单元，在相应覆盖区域各点测试场强的大小，观察是否能良好地接收到信号。
1.1.1.6.3
修正的自由传播模型
建筑物内部的电波传播模型也可以使用下面的公式
PL (dB ) =L (σ) +20log d +n f a f +n w a w （13） 上式中，L (σ) 是方差为σ的对数正态分布的均值，并且包括人、设备、家具等地物损耗，具体的值可以通过测试得到。 d 是天线和移动台之间的直线距离，
a f 和a w 分别是一层地板和一层墙的衰耗，n f 和n w 分别是沿线d 的地板和墙的数目。
如果室内天线和手机的直线距离为20m ，中间经过3层隔墙和1层地板。假设L (σ) 为10dB ，a f 为20dB ，a w 为7dB ，那么传播损耗为
PL (20m ) =10dB +26dB +20dB +21dB =77dB （14）
如果发射天线端口处的电平为－10dBm ，则20m 处接收到的电平为 P (20m ) =-10dBm -77dB =-87d B m （15） 下表是根据有关资料得到的在2GHz 不同材料的墙体和地板的穿透损耗值
表17 2GHz 不同材料的墙体和地板的穿透损耗值
表18 不同材料的穿透损耗(2200MHz)
1.1.1.6.4
适用于多层楼的传播模型
下面的模型适用于典型的室内环境，它需要很少的环境路径损耗信息。这里的模型计算穿过多层楼层的损耗，以应用于频率在楼层间复用的的情况。此模型用公式表示如下：
PL (dB ) =20log(f ) +N ⋅log(d ) +Lf (n ) -28 （16）
N ：距离损耗系数 f ： 频率（MHz ） d ： Bs 和Ms 间的距离 Lf ：楼层穿透损耗（dB ） n ： Bs 和Ms 间的楼层数
表19 距离损耗系数―N
表20 楼层穿透损耗―Lf，n 是楼层数目
1.1.1.6.5
三维电磁波传播模型研究现状
由于微蜂窝和室内环境的复杂性，基于有限测量数据总结出来的经验或半经验公式难以满足实际工程的需要。因此，考虑建筑物的布局建立更精确的模型，进行场强预测的方法是很有吸引力的。理论方法建立的模型大多基于几何光学的射线跟踪且利用了镜面反射和绕射理论。目前二维的方法可有效用于研究电波传播问题，但大多数情况下需要三维传播模型，三维模型可以相对精确地给出无线信道特性。建立一个复杂环境下较准确的传播预测模型较流行的方法是综合几何光学理论和几何绕射理论(或一致性绕射理论) 并采用有效的射线跟踪算法。
在3G 系统中，采用频率为2GHz 左右的电波频段，传播环境中建筑物尺寸远大于电波波长，这使得利用射线光学传播理论用于分析环境传播特性成为可能，并且可以利用建筑物数据，对特定环境的传播特性进行定性分析。基于射线光学理论分析传播特性将考虑到直射线、反射线、透射线和绕射线。八十年代后期把射线方法用于研究移动通信环境传播特性显得非常活跃，并基于射线光学近似提出各种方法，比如镜像射线方法、射线跟踪方法等。
射线跟踪算法主要有两种：第一种射线跟踪方法就是只考虑沿发射机到接收机的一条路径的射线。第二种射线跟踪方法就是考虑一束射线，从发射机源发射的射线均被跟踪直至其场强低于某阈值或超过反射和透射最大数目。原则上，刃峰绕射和扩散散射均可以用在这两种算法中。第一种方法的主要缺点是计算时间，第二种算法面临着当射线束离开发射机时降低空间分辨率的问题。
目前在这些理论分析方法中，大量的射线跟踪方法都是二维和三维的混合模型。他们假设墙是垂直的或等高的，屋顶和天花板是水平的，并且地是平的，这些假设是不准确的。从已研究的成果可看出，对于复杂的微蜂窝和室内环境，快速、准确的三维射线跟踪方法仍是一个需要研究的问题。 1.1.1.7 传播模型校正
上面所介绍的传播模型大都是基于大量测量数据的统计模型，但统计模型先天的最大弱点是因为每一个模型的提出都与提出者所在的地区有关系，每个模型都只是客观上反映了进行模型修正的这些地区，而事实上由于各个地区，各个不同的城市，其地物地貌有着很大的不同，特别在我国，地域广阔，地理类型多样，各地的地形地面千差万别，这就决定了当要把一个模型应用到其它地区时，必须对模型的一些参数进行修改，也就是模型校正工作。
3G 网络采用的2GHz 左右的频段，与目前GSM 采用的900MHz 频段相比，波长更短、信号的穿透能力差，传播损耗更大，相应传播距离也就更短。因此，在3G 网络的频段上开展传播模型的校正工作就成为必不可少的一步。
在实际工程中，一个没有经过修正的模型应用在其它地区，将导致高达20dB 以上的均方根误差和高达-30～-40dB 的平均误差，显然，这样得到的规划结果是不正确而且也没有实际意义的。例如在某个城市，如果使用没有校正的通用校正传播模型对该地区的商业街进行预测（模型参数K1~K7取默认值），预测误差如下图所示：
图表5 未校正传播模型的预测误差图
显然，相当多的位置的预测误差大于10dB ，甚至高达20dB 。因此必须进行CW 测试等路测手段，并用规划工具进行校正。通过这些方法对传播模型进行校正后，同样区域的各个位置的预测误差大大减小，如下图所示。
图表6 校正后预测误差图
从上面的分析对比可以看出，利用WCDMA 网络规划工具对传播模型进行校正的功能是非常有意义，而且也是非常重要的，详细分析可参见分报告《WCDMA 无线网络规划工具功能要求》。
图表7 传播模型校正流程图
传播模型校正是一个系统的工程，除了拥有先进专业的测试设备，高素质的专业人才外，还必须有一套完善的质量保障体系和工程实施计划。传播模型校正的工作流程如下，参见上图：
首先是工程前期的设备准备工作；
其次是站点选择和测试路线确定工作；
三是站点架设及数据采集工作；
根据慢衰落变化规律，信号在几十个波长的距离上经历慢的随机变化，其统计规律服从对数正态分布。当我们在40个波长的空间距离上取平均的话，就可以得到其均值包络，这个量通常称作局部均值，其和特定地点上的平均值相对应。传播模型校正的原理和方法就是通过CW 测试来获取特定长度上的局部均值，从而利用这些局部均值来对该区域的传播模型进行校正，得到本区域内信号传播的慢衰落变化特性。
根据著名的李建业定理，在移动通信中，当平均采样区间长度即本征长度取40个波长，采样点为30～50个时，能有效地达到“消除快衰落、保留慢衰落”的目的。因此，要求在CW 测试必须达到李氏定理所要求的测试密度，才能使得测试数据与实际局部均值之差最小。
四是对采集回来的数据进行预处理和地理平均工作；
数据预处理主要完成不合理数据的过滤，数据的离散、以及格式转换操作。地理平均通常将测试路线分段，每段取6米，将该6米内的数据取均值，并将取得的均值作为该路段中心点的场强值。
五是利用模型校正软件完成模型调校，生成模型结果；
在获得路测数据之后，利用规划工具针对前面给出的通用校正传播模型进行传播模型校正。首先设置各参数值K1～K7值，通常可选择该频率上的缺省值进行设置，也可以是其它地方类似地形的校正参数，然后以该模型进行无线传播预测，并将预测值与路测数据作比较，得到一个差值，再根据所得差值的统计结果反过来修改模型参数，经过不断的迭代处理，直到预测值与路测数据的均方差及标准差达到最小，则此时得到的模型各参数值即为所需的校正值。
最后是对整个工程进行充分的总结分析，产生最终的工程报告书。
1.1.1 无线环境传播模型
在移动无线电环境中，传播环境的复杂多变和移动台的不断移动导致无线链路呈现出复杂多变的特征，影响着无线电信号的传输质量。同时由于在实际的工程设计中，由链路预算得到的最大路径损耗必须依靠无线环境的传播模型才能转换成为小区半径。因此，研究无线通信和无线网络规划的首要问题就是研究无线传播环境对信号的传输质量的影响，也就是研究无线电信号在空中所经历的电波传播损耗，这就需要建立传播模型来模拟电信号在无线环境中的衰减情况，估算出尽可能接近实际的接收点的信号场强中值，从而进行合理的小区规划，既满足用户需求的同时又可以节约投资。
人们经过理论分析和长期的实际观测，通过建立了基站与移动台之间的无线链路的统计模型，发现电波传播的损耗主要由传播路径损耗、多径衰落和慢衰落三个部分构成。其中，传播路径损耗主要是由于电波传播的弥散特性造成的；多径衰落通常是由移动台周围半径约100倍波长内的物体造成的反射，一般认为信号的均值服从瑞利分布；慢衰落是由于地形起伏和人造建筑物引起的慢衰落以及由于电波的空间扩散造成的衰减，一般认为信号的均值服从对数正态分布。另外，对信号造成干扰的除了上述三种乘性干扰外，还始终存在着一种服从高斯分布的加性噪声，其噪声源包括热噪声、雷电噪声等，多用户干扰及来自其它小区的干扰也常被等效为高斯白噪声。
在第二代数字蜂窝移动技术GSM 、CDMA 中，我们已经熟知并广泛应用于工程实际的传播模型有适用于室外型大区制蜂窝结构的Okumura-Hata 、
Cost231-Hata 和适用于微蜂窝结构的Walfish-Ikegami 经验公式等，都是在大量的测试数据中总结出来的信号电平随地理环境变化的衰减的分布规律的经验模式。并且它们都适用于2000MHz 频段，因此也可以应用于3G 网络规划。由于这些模型是在大量的统计数据中总结出的经验数据，并且是从特定的地理区域获得的，它们都具有一些地区适应性，如Okumura-Hata 更适用于准平坦地形情况（类似于东京地形）、Cost231-Hata 适用于中小城市等。下面的章节罗列出了常用的几种传播模型，在实际的工程使用中，要根据不同地区的无线环境情况有选择地使用，并且在当地进行模型校正，模型校正参见《规划软件功能要素研究报告》。
在第三代移动通信技术中，我们所要考虑的不仅有大区制的扇区覆盖、更有小区制以及微小区制的扇区覆盖。因此，在未来的传播预测中，用到的将是一种混合的预测算法。即：在大区制覆盖的地区仍然采用宏蜂窝传播模型经验公式，并且通过实地做连续波测试得到的修正因子来更精确地描述当地无线路径损耗。在以微小区结构为主的密集复杂城区，低于周围建筑物高度的基站和周围建筑物形状及高度、街道宽度、地形等对无线传播的影响都应在我们规划的范围之内，运用可视化技术对覆盖区域环境进行描述及射线跟踪算法来进行精确覆盖模拟。
1.1.1.1 传播模型分类
根据传播模型的获得方式，我们通常可以把它们分类为：经验模式；半经验或半确定性模式；确定性模式。
经验模式是将大量测试的结果经过统计分析得到的反映无线路径损耗的公式。如：Okumura-Hata 、Cost231-Hata 、LEE 模型等。
半经验或半确定模式是把确定性方法用于一般的市区或室内环境导出的公式。还可以根据实验结果对等式进行修正，得到表征天线周围地区规定特性的函数。如：COST Walfish-Ikegami等。
确定性模式是对具体的现场环境应用电磁理论计算的方法。在这种模式中，已使用的几种技术通常基于射线跟踪的电磁方法－几何绕射理论（GTD ）、物理光学（PO ）等。在这种模式中，无线传播与环境特征（如建筑物的高度、棱角、街道宽度、物体表面材质等）有关。
根据移动无线传播环境的不同分为自由空间传播模型和非自由空间传播模型。
自由空间是指充满均匀理想介质的空间，而且不存在地面和障碍物的影响。在自由空间里传播的电波不产生反射、折射、散射、绕射和吸收等现象，只存在因扩散而造成的衰减。自由空间的基本传输损耗是指位于自由空间的发射系统的等效全向辐射功率(EIRP)与接收系统各向同性接收天线所接收到的可用功率之比，在实际系统中只有在视距情况下发射和接收之间才可以采用自由空间传播模型。
实际系统在一般情况下，在基站和移动台之间不存在直射信号，接收的信号是发射信号经过若干次反射、绕射和散射后的叠加，在某些特别空旷地区或基站
天线特别高的地区存在直射传播路径。人们经过理论分析和长期的实际观测，建立了基站与移动台之间的无线信道的统计模型，认为，电波传播的损耗主要由以下三个部分构成，如图所示：
Si distance = 图表1 电波传播路径损耗
传播路径损耗：为某时刻基站和用户之间的距离矢量。表示空间的传播损耗，该损耗主要是由于电波传播的弥散特性造成的。
快衰落（多径衰落）：通常引起多径效应的主要原因是移动台周围半径约100λ内的物体造成的反射。它反映了数十波长内，接收信号电平的均值的变化趋势，此时信号的均值服从瑞利分布。即公式中的项。
慢衰落：在移动无线电环境中，电波传播除了存在多径衰落外，还有由于地形起伏和人造建筑物引起的慢衰落以及由于电波的空间扩散造成的衰减。它反映了数百波长内接收电平均值的变化趋势，此时信号的均值服从对数正态分布。即公式中的项。
AWGN 加性高斯白噪声：对信号造成干扰的除了上述三种乘性干扰外，还始终存在着一种加性噪声，服从高斯分布；其噪声源包括热噪声、雷电噪声等，同时，多用户干扰及来自其它小区的干扰也常被等效为高斯白噪声。
由于移动通信所在环境的多样性，每个传播模型都是适用于某特定类型地区的模型。以下就关于几种在2G 中就已经得到广泛应用、并且可以扩展到2000MHz 频段使用的传播模型加以论述其应用。需要说明的是，每种规划软件都有其推荐
使用的传播模型类型，可能与下述几类不完全相同，但是经过实际工程应用，数据说明其误差在可接受的范围之内的，都属于可用的传播模型。
以下模型中所采用的参数如下：d 是间隔距离(km)，f 是载波频率(MHz)，h BS 是以平均屋顶高度为基准的基站天线高度(m)，h MS 是移动台天线高度(m)，LogF 是标准偏差为10dB 的对数正态分布，α(h MS ) 是移动台天线高度的校正因子，C clutter 是与传播环境区域类型相关的校正因子，计算得到的路径损耗单位均为dB 。
7.1.2.2 自由空间传播模型
L freespace =32. 5+20lg(f ) +20lg(d )
该模型适用于视距(几十米以内) 传输的情况。
1.1.1.3 宏蜂窝的传播模型
这种模型主要应用于一个天线高于平均屋顶高度，而另外一个天线低于平均屋顶高度的情况。其传播模型路径损耗计算公式为：
L m acro =40(1-4⨯10-3h BS ) log 10(d ) -18log 10(h BS ) +21log 10(f ) +80+LogF [dB ]
该模型适用于城市或郊区链路间隔距离从几百米到数公里的情况。
假定h BS 为30米，那么可以得到不考虑LogF 简化后的900MHz 、1800MHz 和2000MHz 路径损耗公式为：
L macro ⎧115. 45+35. 2log 10(d ) ⎪=⎨121. 77+35. 2log 10(d )
⎪122. 73+35. 2log (d ) 10⎩f =900MHz f =1800MHz f =2000MHz
1.1.1.3.1 Okumura-Hata 模型
Okumura-Hata 模型是预测城区信号中使用最广泛的经验模型，一般应用的频率是150～2000MHz 之间，后来利用测试结果又扩展到100~3000MHz的频率上，适用距离在1km 到20km ，天线高度在30m 到200m 之间。
Okumura-Hata 模型以准平坦地形为基准，并按照地形地貌分为开阔地、郊区和城区。
L O kum ura -H ata =A +B lg(f ) -13. 82lg(h BS ) -α(h MS ) +(44. 9-6. 55lg(h MS )) ⋅lg(d ) +C city
其中：
⎧69. 55150MHz ≤f
⎧26. 16150MHz ≤f
⎧(1. 1lg(f ) -0. 7) ⋅h MS -1. 56lg(f ) +0. 8中小城市⎪f ≤200MHz α(h MS ) =⎨8. 29⋅(lg(1. 54⋅h MS ) 2-1. 1大城市⎪3. 2⋅(lg(11. 75⋅h MS ) 2-4. 97f ≥400MHz ⎩
首先对移动台天线高度校正因子进行简化，从下图中可以看出当移动台的天线高度在1.5米（常见值）左右时，不同城市规模下的校正因子值差别很小。
图表2 移动台天线校正因子的比较，中等城市和大城市
假定移动台天线高度为1.5米，那么简化后的校正因子为：
⎧0. 016⎪a (h MS ) =⎨0. 043
⎪0. 047⎩f =900MHz f =1800MHz f =2000MHz
接下来对路径损耗进行简化，假定基站天线高度为30米，简化后的路径损耗公式为：
⎧126. 4+35. 2log 10(R ) +CorrectorF actor f =900MHz ⎪L =⎨136. 2+35. 2log 10(R ) +CorrectorF actor f =1800MHz
⎪137. 7+35. 2log (R ) +CorrectorF actor f =2000MHz 10⎩
城区：指传播路由上集中分布着两层楼或以上的建筑物，或者有茂密的森林。
城区路径损耗的计算公式为：
L 城区=69. 55+26. 16lg(f ) -13. 82lg(h MS ) -α(h MS ) +(44. 9-6. 55lg(h BS )) ⋅lg(d )
开阔地：指传播路由上没有大的障碍物的开阔地带，以及前方数百米内没有任何阻挡的区域。
L 开阔地=L 城区-4. 78(logf ) 2+18. 33log f -40. 94
郊区：在传播路由上分布有少量的不太密集的障碍物以及障碍物的高度比较低的区域。郊区路径损耗的计算公式为
L 郊区=L 城区-2(logf 2) -5. 4 28
为了使Okumura-Hata 模型能适用于一些特殊地区，如丘陵地形、斜坡地和水陆混合地区等，Okumura-Hata 模型定义了基站的有效天线高度，来应用于无线电波传播模式中。
通常在我们使用的各种规划软件中，将该模型进行了修正，使得该模型更能适用于实际工程及更便于计算机进行模拟计算。
因此，使用Okumura-Hata 模型首先需要对所研究的地区进行分类，即把所研究地区按照地物的分布划分为：开阔地、郊区和城区、密集市区等，然后根据不同的地形分类来进行实地连续波测试，再通过模型校正得到关于Okumura-Hata 模型在当地的修正因子。这样就得到比较能够精确反映当地路径损耗的预测结果。
该模型的主要缺点是对城区和郊区快速变化的反映较慢，预测和实测值之间的偏差在10dB 左右, 并且在小区半径1km 之内的偏差较大, 只适用于基站半径较大的宏蜂窝的覆盖预测。
1.1.1.3.2 COST 231-Hata模型
COST 231-Hata模型也是以Okumura 等人的测试结果为依据，通过对高频段的Okumura 传播曲线进行分析，得到所建议的公式：
L CO ST 231-H ata =46. 3+33. 9lg(f ) -13. 82lg(h BS ) +(44. 9-6. 55lg(h BS )) lg(d ) -α(h MS ) +C m [dB ]其中α(hm)是有效移动天线修正因子,
C m= 0dB 密度适中的中等城市和郊区乡镇
3dB 大城市中心
-10dB~-2[log(f/28)]2-5.4(dB) 城郊
-20dB~-4.78[log(f)]2+18.44log(f)-35.94(dB) 农村
COST 231-Hata模型是以中小城市的无线环境为基准，适用于工作频率1500MHz~2000MHz之间，天线高度在30m 到200m ，手持机的天线高度在1m 到10m 之间，适合于基站半径在1km 到20km ，校正后可以适用于100m 以内。
1.1.1.3.3 Lee 模型
Lee 模型的特点是基于特定无线电路径上的实际地形变化，将有效天线高度随移动台位置变化而变化所引起的天线高度增益ΔG考虑在内，从而使预测值的标准偏差限制在2～3dB 内。Lee 模型是可适用于市区和郊区的经验模式。
式中：Pr —接收信号电平；
Pro —接收点(d=r0)的接收信号电平；
γ—路径损耗斜率；
r0—接收点至基站的距离，取r0=1km；
r —预测点至基站的距离，适用于r≥1km；
' h e —有效天线高度；
h1—基站天线高度；
α—发射功率、天线高度、天线增益的校正因子；
h e '' —存在刃形障碍的路径的有效天线高度；
L —绕射损耗。
1.1.1.4 微蜂窝的传播模型
Hata 公式和它的修正式的获得是基于基站天线高度均高出基站附近的建筑物屋顶高度，同时忽略了街道宽度、街道绕射和散射损耗的影响，对于微蜂窝不应该用Hata 公式和它的修正式。
1.1.1.4.1 COST 231-Walfish-Ikegami模型
COST231报告建议的COST 231-Walfish-Ikegami 模型是适用于微蜂窝环境的模型，是经验模式和确定性模式的结合，在使用时引入一些描述市区环境特征的地理化信息参数。包括建筑物高度、街道宽度、建筑物的间隔、阻挡物相对于直达无线电路径的道路方位角度。同时对当固定基站天线等于或低于屋顶高度时的情况进行了一些修正。此模型只有当传播距离大于20米时有效。
COST 231-Walfish-Ikegami模型在应用时要分成两种情况来处理：一种是低天线情况，适用于视距情况；另一种是高基站天线情况，适用于非视距情况，如下图所示。
图表3 COST 231-Walfish-Ikegami模型 低基站天线情况：
基站天线低于周围建筑物的的平均高度的时候，信号是在街道形成的峡谷中传播的，其传播特性与高基站天线的传播特性不同。经过实际测试，得到对街道峡谷内的视距通信情况使用的公式描述如下：
路径损耗 Lb=42.6+26logd(km)+20logf(MHz) 20m≤d≤5km
高基站天线情况：
在这种情况下应用的公式适合于非视通情况的传播路径，可以简单表达如下：
L=Lbf +Lrts +Lmsd
L bf 代表自由空间损耗，代表“最后的屋顶到街道的绕射和散射损耗”，用来计算街道内的绕射和反射；为“多重屏前向绕射损耗”，计算屋顶上方的多次绕射。
1.1.1.4.2 3-D 射线跟踪模型
随着计算机技术及可视化技术的发展，更精确地预测无线信号覆盖的新方法也得以利用。射线跟踪模型可以应用于室外宏蜂窝、室外微蜂窝和室内微蜂窝，它根据几何光学理论，通过模拟光（射线）的传播路径、并考虑了反射、折射和绕射等来确定接收点的场强。
在3-D 射线跟踪模型中，取在移动台所处位置的预测信号为最强的一条射线的信号强度作为接收点电平值。同时为了避免出现难以确定单条射线是否最终为到达某一接收点的情况，通常采用下面两种方法：一种是接收球算法，在接收处如果一条射线和规定半径的接收球相交，则考虑该射线对接收信号的贡献；另一种是发射3-D 发射管，如果接收点落在射线管内，则考虑该射线对接收信号的贡献。3-D 射线跟踪模型如下图所示。
图表4 3-D 射线跟踪模型示意图
简单地描述，3-D 射线跟踪模型在计算路径损耗时主要考虑的因素可用下式表达：
L p = Lr + bLd + Lb
其中：
L r －参考路径损耗值 (dB) ；
L d －衍射损耗(dB)，其计算基于一致性劈绕射理论（UTD －Uniform Theory of Diffraction）的结论；
b －衍射因子，取值0～1；
L b －建筑物穿透损耗 (dB)。
理论计算和实际测量的结果都表明，对短距离传播路径的情况，存在一个断点（突变点），在断点之前，路径损耗曲线的斜率可以认为和自由空间的路径损耗曲线的斜率相等，在断点之后，信号电平随距离的增加损耗加快。断点距离长度一般可以取菲涅耳第一半径，即：
d brk =4（h b *hm ）/λ
其中：
h b －相对于地平面的基站天线高度 (m)；
h m －相对于地平面的手机天线高度(m)；
λ －无线波长 (m)。
因此，参考路径损耗值Lr 可计算如下：
L 0－路径损耗在1m 处的值 (dB)；
d －接收点在沿着射线方向离基站的距离 (m)；
b －断点之后路径损耗曲线的斜率值。
3-D 射线跟踪模型适用于在密集大城市预测无线电波路径损耗，同时需要三维地理化信息数据库，包括：组成建筑物多面体的形状及数目；每个多面体顶点的数目；每个多面体顶点的直角坐标；障碍物的材料类型数据。
3-D 射线跟踪模型的精确度与可靠性最好，因此，在对基站形态比较复杂、仿真结果要求比较高的WCDMA 设计中推荐使用。但是由于所需要的基础数据很多，一般比较难以获得，而且使用这种模型运算量非常大，具体实施比较困难。
1.1.1.5 规划软件使用的通用校正传播模型
通用校正传播模型是一种适合于带宽在150-2000MHz 和超过长距离(1
该模型基于以下公式来计算。
⎛K 1+K 2log(d ) +K 3log(H eff ) +K 4⨯Diffractio n +⎫P R =R TX - K 5log(d ) ⨯log(H eff ) +K 6(H meff ) +K clutter f (clutter ) +K hill , los ⎪⎪
⎝⎭各参数含义:
P R R TX K 1 K 2
received power 接收功率(dBm)
transmitted power 发射功率（EIRP 包括天线增益）(dBm) constant offset 常数(dB)
multiplying factor for log(d) log(d)的相乘因子
distance between the receiver and the transmitter 接收机与发射机的距离
d
K 3
multiplying factor for log(H eff ) log(H eff ) 的相乘因子 effective height of the transmitter antenna 天线的有效高度 multiplying factor for diffraction calculation must be a positive number 衍射计算相乘因子，必须是正数
H eff K 4
Diffractio n
losses due to diffraction over an obstructed path 超过阻碍路径的衍射损耗(dB)
K 5 multiplying factor for log(Heff)log(d) log(Heff)log(d)的相乘因子
K 6
multiplying factor for H meff H meff 的相乘因子 mobile antenna height 手机天线高度（m ）
multiplying factor for f (clutter ) f (clutter ) 的相乘因子 average of weight losses due to clutter 基于地形的加权损耗平均值
H meff K clutter
f (clutter )
K hill , los corrective factor for hilly regions(=0 in case of NLOS) 山区区域的校正因子（当NLOS 时为0）
上述模型的K1~K6参数由具体的传播环境决定，K(clutter)是由不同地物决定的修正系数。不同的地物决定了不同的Kclutter ，这些K 参数是通过CW 测试的数据逐步拟合出来的。获得CW 测试数据后，可以通过K 参数试验法和最小方差法两种途径得到。在通用校正模型的众多K 参数中，每个K 参数对模型的影响程度是不一样的，从对模型的分析可知，K1、K(clutter)是常量，与传播距离、天线高度等因素无关；K6为移动台的高度修正因子，由于移动台的高度变化不大（可定为1.5米左右），因此，K6最终可以归结为最后阶段的微量调整，K2、K3、K5的调整要视具体的测试数据和测试路径而定。 1.1.1.6 室内传播模型
1.1.1.6.1
室内常用传播模型
下面介绍一个非常常用的室内传播模型，可以用公式表示如下：
PL (dB ) =PL (d 0) +10n lg(
其中
PL ：传播损耗(dB)
d
) +X σ+FAF （5） d 0
（dB ） PL (d 0) ：参考损耗（在d 0=1米处的损耗值）
X σ：阴影衰落余量（dB ） n ：距离衰减因子
FAF ：地板衰减因子（dB ）
因为室内建筑物的种类、结构、材质千差万别，所以一般情况下建议在真实环境中测量PL (d 0) 、X σ、n 和FAF 的值。下面介绍一下这些值的测量方法。 1) PL (d 0) ：
PL (d 0) 是室内模传播型中的参考路径损耗，是从室内天线到距离自由空间1m 处的路径损耗值。在测量过程中，接收机可以使用测试手机。测量的具体方法如下：
1．测量室内天线的输出功率； 2．确定测量点（3个）；
3．在每一个点测量CPICH －RSCP 超过20次以上； 4．计算PL (d 0)
PL (d 0) ＝室内天线的发射功率－接收机的接收功率。
图8 PL (d 0) 测量示意图 表14 PL (d 0) 的测量数据处理表格
举例：如果天线的发射功率（EIRP ）是0dBm ，接收机的接收功率是－31dBm ，则
PL (d 0) ＝0dBm －（－31dBm ）＝31（dB ） 距离衰减因子n ：
2) n是距离衰减因子，它是室内传播模型的斜率。测量n 的值可以选择几个点进行。测量内容包括天线的发射功率，CPICH －RSCP 和标准偏差。下面是具体的测量方法：
1．测量室内天线的输出功率； 2．确定测量点（3个以上）；
3．在每一个点测量CPICH －RSCP 超过20次以上； 4．用下面的公式计算n 的值，并求出标准偏差
n =
TxofAntenn a -(CPICH -RSCP ) -PL (d 0)
（6）
10lg(d /d 0)
a n 在上式中，Txo fAn ten 是天线的发射功率，CPICH -RSCP 是导频信号
CPICH 的RSCP 。
图9 距离损耗因子n 测量示意图 表15 距离损耗因子n 的测量数据处理表格
3) FAF：
FAF 是地板损耗因子，表示穿透地板时，电磁波的损耗值。测量FAF 时，通常把发射天线放在上一层的空间内，把接收机放在下一层的空间内，并且确保地板上没有其它物品（如家具等）。具体的测量方法如下： 1．测量室内天线的输出功率； 2．确定测量点（3个）；
3．在每个点测量CPICH －RSCP 超过20次； 4．用下面的公式计算FAF 的值，并求出标准偏差
FAF =PL (dB ) -PL (d 0) -10n l o g d (/d 0) （7）
图10 地板损耗因子FAF 测量示意图
除此之外，还可以附带测量一下的d12、d23以及地板的厚度，记录下地板材质和所使用的频率等等。
表16 地板损耗因子FAF 的测量数据处理表格
下面是一个室内传播模型参数测量的例子。在本例中从20m 到40m 之间，n 的值为3.29，PL (d 0) 的值为39dB 。
图11 室内传播测量实例
1.1.1.6.2
自由空间模型
在室内环境下，用户和天线的距离很近，经常可以看见天线。在体育馆、展览馆这样的建筑物内，基本上没有阻挡物体。在这种情况下，其传输损耗非常接近自由空间的损耗情况，其计算公式为：
⎛4πdf ⎫
PL =() 2= ⎪ （8）
λ⎝c ⎭上式中，d 为传输距离单位为m ，f 为电磁波的频率，单位为Hz ，c 为光速。 用对数表示为：
PL (dB ) =10lg(
4πdf 24π
) =20lg +20lg(f ) +20lg(d ) （9） c c
4πd
2
将f ：1920～2170MHz （取为2GHz ）
c：3⨯108m/s 代入上式可得：
PL (dB ) =38. 46+20lg(d ) （10）
假设天线端口的下行输出功率为10dBm ，则距每个远端天线口１ｍ处所对应的接收电平为：
P (1m ) =10dBm -38. 46dB =-28. 46dBm （11）
若天线在石膏或木质天花板内，考虑衰耗为5dB ，在天线下实际接收电平约为－33.46dBm 。
在室内传播环境中，电磁波要进行多次反射、绕射和穿透过程，则距每个天线20m 处，综合考虑电波传播中建筑结构的衰减，这里取最大值13dB 计算，再考虑5dB 的信号波动值，则对应的接收电平为：
P (20m ) =10dBm -64. 48dB -13dB -5dB =-71. 48dBm （12）
经过实地勘测，可基本确定各分布天线的位置。为了使方案规划更加准确，往往可对这些区域进行场强覆盖预测。具体可以采取以下方法：用信号发生器和室内天线组成发射单元，在分布天线位置发出所设计的相应输出功率，而将测试手机作为接收单元，在相应覆盖区域各点测试场强的大小，观察是否能良好地接收到信号。
1.1.1.6.3
修正的自由传播模型
建筑物内部的电波传播模型也可以使用下面的公式
PL (dB ) =L (σ) +20log d +n f a f +n w a w （13） 上式中，L (σ) 是方差为σ的对数正态分布的均值，并且包括人、设备、家具等地物损耗，具体的值可以通过测试得到。 d 是天线和移动台之间的直线距离，
a f 和a w 分别是一层地板和一层墙的衰耗，n f 和n w 分别是沿线d 的地板和墙的数目。
如果室内天线和手机的直线距离为20m ，中间经过3层隔墙和1层地板。假设L (σ) 为10dB ，a f 为20dB ，a w 为7dB ，那么传播损耗为
PL (20m ) =10dB +26dB +20dB +21dB =77dB （14）
如果发射天线端口处的电平为－10dBm ，则20m 处接收到的电平为 P (20m ) =-10dBm -77dB =-87d B m （15） 下表是根据有关资料得到的在2GHz 不同材料的墙体和地板的穿透损耗值
表17 2GHz 不同材料的墙体和地板的穿透损耗值
表18 不同材料的穿透损耗(2200MHz)
1.1.1.6.4
适用于多层楼的传播模型
下面的模型适用于典型的室内环境，它需要很少的环境路径损耗信息。这里的模型计算穿过多层楼层的损耗，以应用于频率在楼层间复用的的情况。此模型用公式表示如下：
PL (dB ) =20log(f ) +N ⋅log(d ) +Lf (n ) -28 （16）
N ：距离损耗系数 f ： 频率（MHz ） d ： Bs 和Ms 间的距离 Lf ：楼层穿透损耗（dB ） n ： Bs 和Ms 间的楼层数
表19 距离损耗系数―N
表20 楼层穿透损耗―Lf，n 是楼层数目
1.1.1.6.5
三维电磁波传播模型研究现状
由于微蜂窝和室内环境的复杂性，基于有限测量数据总结出来的经验或半经验公式难以满足实际工程的需要。因此，考虑建筑物的布局建立更精确的模型，进行场强预测的方法是很有吸引力的。理论方法建立的模型大多基于几何光学的射线跟踪且利用了镜面反射和绕射理论。目前二维的方法可有效用于研究电波传播问题，但大多数情况下需要三维传播模型，三维模型可以相对精确地给出无线信道特性。建立一个复杂环境下较准确的传播预测模型较流行的方法是综合几何光学理论和几何绕射理论(或一致性绕射理论) 并采用有效的射线跟踪算法。
在3G 系统中，采用频率为2GHz 左右的电波频段，传播环境中建筑物尺寸远大于电波波长，这使得利用射线光学传播理论用于分析环境传播特性成为可能，并且可以利用建筑物数据，对特定环境的传播特性进行定性分析。基于射线光学理论分析传播特性将考虑到直射线、反射线、透射线和绕射线。八十年代后期把射线方法用于研究移动通信环境传播特性显得非常活跃，并基于射线光学近似提出各种方法，比如镜像射线方法、射线跟踪方法等。
射线跟踪算法主要有两种：第一种射线跟踪方法就是只考虑沿发射机到接收机的一条路径的射线。第二种射线跟踪方法就是考虑一束射线，从发射机源发射的射线均被跟踪直至其场强低于某阈值或超过反射和透射最大数目。原则上，刃峰绕射和扩散散射均可以用在这两种算法中。第一种方法的主要缺点是计算时间，第二种算法面临着当射线束离开发射机时降低空间分辨率的问题。
目前在这些理论分析方法中，大量的射线跟踪方法都是二维和三维的混合模型。他们假设墙是垂直的或等高的，屋顶和天花板是水平的，并且地是平的，这些假设是不准确的。从已研究的成果可看出，对于复杂的微蜂窝和室内环境，快速、准确的三维射线跟踪方法仍是一个需要研究的问题。 1.1.1.7 传播模型校正
上面所介绍的传播模型大都是基于大量测量数据的统计模型，但统计模型先天的最大弱点是因为每一个模型的提出都与提出者所在的地区有关系，每个模型都只是客观上反映了进行模型修正的这些地区，而事实上由于各个地区，各个不同的城市，其地物地貌有着很大的不同，特别在我国，地域广阔，地理类型多样，各地的地形地面千差万别，这就决定了当要把一个模型应用到其它地区时，必须对模型的一些参数进行修改，也就是模型校正工作。
3G 网络采用的2GHz 左右的频段，与目前GSM 采用的900MHz 频段相比，波长更短、信号的穿透能力差，传播损耗更大，相应传播距离也就更短。因此，在3G 网络的频段上开展传播模型的校正工作就成为必不可少的一步。
在实际工程中，一个没有经过修正的模型应用在其它地区，将导致高达20dB 以上的均方根误差和高达-30～-40dB 的平均误差，显然，这样得到的规划结果是不正确而且也没有实际意义的。例如在某个城市，如果使用没有校正的通用校正传播模型对该地区的商业街进行预测（模型参数K1~K7取默认值），预测误差如下图所示：
图表5 未校正传播模型的预测误差图
显然，相当多的位置的预测误差大于10dB ，甚至高达20dB 。因此必须进行CW 测试等路测手段，并用规划工具进行校正。通过这些方法对传播模型进行校正后，同样区域的各个位置的预测误差大大减小，如下图所示。
图表6 校正后预测误差图
从上面的分析对比可以看出，利用WCDMA 网络规划工具对传播模型进行校正的功能是非常有意义，而且也是非常重要的，详细分析可参见分报告《WCDMA 无线网络规划工具功能要求》。
图表7 传播模型校正流程图
传播模型校正是一个系统的工程，除了拥有先进专业的测试设备，高素质的专业人才外，还必须有一套完善的质量保障体系和工程实施计划。传播模型校正的工作流程如下，参见上图：
首先是工程前期的设备准备工作；
其次是站点选择和测试路线确定工作；
三是站点架设及数据采集工作；
根据慢衰落变化规律，信号在几十个波长的距离上经历慢的随机变化，其统计规律服从对数正态分布。当我们在40个波长的空间距离上取平均的话，就可以得到其均值包络，这个量通常称作局部均值，其和特定地点上的平均值相对应。传播模型校正的原理和方法就是通过CW 测试来获取特定长度上的局部均值，从而利用这些局部均值来对该区域的传播模型进行校正，得到本区域内信号传播的慢衰落变化特性。
根据著名的李建业定理，在移动通信中，当平均采样区间长度即本征长度取40个波长，采样点为30～50个时，能有效地达到“消除快衰落、保留慢衰落”的目的。因此，要求在CW 测试必须达到李氏定理所要求的测试密度，才能使得测试数据与实际局部均值之差最小。
四是对采集回来的数据进行预处理和地理平均工作；
数据预处理主要完成不合理数据的过滤，数据的离散、以及格式转换操作。地理平均通常将测试路线分段，每段取6米，将该6米内的数据取均值，并将取得的均值作为该路段中心点的场强值。
五是利用模型校正软件完成模型调校，生成模型结果；
在获得路测数据之后，利用规划工具针对前面给出的通用校正传播模型进行传播模型校正。首先设置各参数值K1～K7值，通常可选择该频率上的缺省值进行设置，也可以是其它地方类似地形的校正参数，然后以该模型进行无线传播预测，并将预测值与路测数据作比较，得到一个差值，再根据所得差值的统计结果反过来修改模型参数，经过不断的迭代处理，直到预测值与路测数据的均方差及标准差达到最小，则此时得到的模型各参数值即为所需的校正值。
最后是对整个工程进行充分的总结分析，产生最终的工程报告书。