LTE基础:无线传播模型之Okumura-Hata模型介绍

  20世纪60年代，奥村（Okumura）等人在东京近郊，采用很宽范围的频率，测量多种基站天线高度，多种移动台天线高度，以及在各种各样不规则地形和环境地物条件下测量信号强度。然后形成一系列曲线图表，这些曲线图表显示的是不同频率上的场强和距离的关系，基站天线的高度作为曲线的参量。接着产生出各种环境中的结果，包括在开阔地和市区中值场强对距离的依赖关系、市区中值场强对频率的依赖关系以及市区和郊区的差别，给出郊区修正因子的曲线、信号强度随基站天线高度变化的曲线以及移动台天线高度对信号强度相互关系的曲线等。另外，给出了各种地形的修正。

  由于使用Okumura模型，需要查找其给出的各种曲线，不利于计算机预测。Hata模型是在Okumura大量测试数据的基础上用公式拟合得到的，叫做Okumura-Hata模型。

  为了简化，Okumura-Hata模型做了三点假设：

● 作为两个全向天线之间的传播损耗处理；

● 作为准平滑地形而不是不规则地形处理；

● 以城市市区的传播损耗公式作为标准，其他地区采用校正公式进行修正。

1.   Okumura-Hata模型的适用条件：

  f为150~1500MHz；

  基站天线有效高度hb为30~200米；

  移动台天线高度hm为1~10米；

  通信距离为1~35km；

2.   基本传播损耗中值公式

其中：

         d的单位为km，f的单位为MHz；

       Lb城为城市市区的基本传播损耗中值；

       hb、hm——基站、移动台天线有效高度，单位为米。

       基站天线有效高度计算：设基站天线离地面的高度为hs，基站地面的海拔高度为hg，移动台天线离地面的高度为hm，移动台所在位置的地面海拔高度为hmg。则基站天线的有效高度hb=hs+hg-hmg，移动台天线的有效高度为hm。

       需要说明的是，基站天线有效高度计算有多种方法，如：基站周围5~10公里的范围内的地面海拔高度的平均；基站周围5~10公里的范围内的地面海拔高度的地形拟合线；等等；不同的计算方法一方面与所使用的传播模型有关，另外也与计算精度要求有关。

       a(hm)——移动台天线高度修正因子

3. 其他各种修正因子：

    Kstreet——街道校正因子

       一般资料上只给出了与传播方向成水平或垂直的损耗修正曲线，为了便于计算，下面给出了任意角度的拟合公式。

       设传播方向与街道的夹角为θ，则：

  实际上，街道效应一般在8~10km后将会消失，故只考虑10km之内。

    Kmr——郊区校正因子

则

Qo——开阔地校正因子

则

Qr——准开阔地校正因子

    Ru——农村校正因子

    Kh——丘陵地校正因子

       ⊿h——地形起伏高度

       如图所示，由移动台算起，向基站方向延伸10km（不足10km，则以实际距离计算），在此范围内计算地形起伏高度的10%到90%之间的差值（适用于多次起伏的情况，起伏次数>3）。

，其中 为计算剖面上⊿h的最小地形高度；

Ksp——一般倾斜地形校正因子

  如图所示，斜坡地形有可能产生第二次地面反射。在水平距离d2>d1时，图中正负斜坡都有可能产生第二次地面反射。

  近似归纳斜坡地修正因子为：

θm以毫弧度为单位，d的单位为km

θm为移动台与基站连线的剖面上，移动台前后一公里内地形高度的平均倾角（用最小二乘法）

    Kim—— 孤立山峰校正因子

  这里使用刀刃绕射损耗来计算，虽然计算量稍大，但要准确一些；绕射损耗计算如图所示：

  先求出单个刀刃的4个参数，即r1，r2，hp，工作波长λ；