78 移动传播环境 (2) 位置参数表示地面或者环境造成的不同径之间差异的统计特性。它也同样用0.1%~99.9%来表示。该值反映了实际接收场强在多长的一段时间内等于或大于计算得到的平均场强。
(3) 情景参数包括了一些在相同的系统参数和环境参数情况下，由其他因素造成的差异，如人工读取场强数值时的精确度差异。在大量统计的情况下，这个参数可以被忽略。在本模型的程序中，该参数仍然用0.1%~99.9%来表示，这个值反映了实际接收场强在多长的一段时间内等于或大于计算得到的平均场强。
Longley-Rice模型有很多改进和修正方式，其中一个重要改进就是城区的无线传播模式。该模式增加了一个额外项，用于补偿当移动台靠近接收天线时杂波造成的额外衰减。另外，选择适当的参数也可以改善该模型的精确度，如：
1 输入一个较小的基站天线高度，因为Longley-Rice模型将基站所处位置的高度与天线高度之和作为有效的天线高度。
2 输入一个较大的不规则地形参数?h，以模拟建筑物和山峰的衍射影响。
Longley-Rice模型的缺点在于没有考虑接收机附近的环境因素，也没有考虑多径的影响。
4.2.2 Durkin模型
Durkin模型由Edwards、Durkin和Dadson提出，描述了不规则地形的场强预测方法[1]。该模型预测了大尺度路径损耗，同时也提供了不规则阻挡物体损耗的预测方法。
Durkin模型仿真器包括两部分。第一部分是访问传播路径中的地形数据库，并根据所得数据重构地形地貌信息。本部分假设只有视距传播和阻挡体沿径向绕射两种传播模式，没有考虑周围其他物体反射和散射的影响。因此，本模型不适合“峡谷”地区。仿真算法的第二部分计算了径向方向上的路径损耗。这样，仿真的接收机可以被放置到小区的不同位置，以测试信号在各点的场强。
Durkin模型中的地形数据库是一个二维矩阵。矩阵中的每一个元素都代表着传播路径上的一个点，元素值即该点的海拔高度。由于所得到的是一系列离散的取值，因此为了得到完整、连续的地形数据，必须进行线性内插的方法。为了增加精度，线性内插重构由3条插值路线决定，如图4-2-1所示:
b1b2b3Rx
d1d2d3Tx图4-2-1 发射机和接收机之间的重构地形图
第4章 室外传播模型 79
在图4-2-1中，每个点的高度是对角线、垂直方向和水平方向由线性插值得到的高度的平均值。从图中可以得到距离矩阵和相应的径向高度，使得地形计算变成了一维的点到点的链路计算。这样我们就可以利用上面已经讨论过的刃形绕射技术计算路径损耗了。
在利用Durkin模型计算路径损耗时，首先必须确定发射机和接收机之间是否有视距传播。因此，应当首先计算发射机和接收机之间的高度差?j。在图4-2-2中，如果任意点的?j均为正值，则视距传播路径不存在。若?j存在负值，则我们认为视距传播路径是存在的。若视距传播路径存在，则本算法可以检测能否获得无阻挡的第一菲涅尔区。如果第一菲涅尔区不存在，那么空间传播的损耗近似于自由空间损耗。若阻挡体刚好接触到发射机与接收机之间的连线，则空间传播的损耗与自由空间损耗相比大6dB，显然损耗的增大和场强的减小是阻挡物造成的。
?jxjb1b2bjbnRxd1d2djdnTx
图4-2-2 视距传播图
为了确定是否存在无阻挡的第一菲涅尔区，首先应根据式(4-2-3)计算每个路径元素的菲涅
尔绕射系数v
2(d1?d2） v?h(4-2-3)
?d1d2若对任意路径j，始终有vj??0.8，则空间传播损耗近似于自由空间损耗。此时接收功率为自由空间传播的接收功率：
(4-2-4)
(4π)2d2L如果存在j，使vj??0.8成立，则可能是非视距传播，也可能是非无阻挡第一菲涅尔区的
Pr?PtGtGr?2
视距传播。
对于非无阻挡第一菲涅尔区的视距传播，首先要用式(4-2-4)计算自由空间传播功率，然后利用平地传播公式
ht2hr2Pr?PtGtGr (4-2-5)
d4计算接收场强，式中ht是发射机高度，hr是接收机高度。最后，将式(4-2-4)和式(4-2-5)进行比较，其中较小者为接收功率。
对于非视距传播的情况，可能是单绕射边、双绕射边、三绕射边或多绕射边。可以通过
80 移动传播环境 计算发射和接收机之间连线与接收天线到重构地貌点间连线的角度来测算绕射边的数量。这里将角度最大的点标记为(di,hi)，然后在(dj,hj)中找到角度最大的点。如果dj?di，则该地形为单绕射边。
如果不满足单绕射边的条件，可检验该地形是否为双绕射边。测试方法与单绕射边相同，只是需要寻找彼此可见的两边，如图4-2-3所示。其中双绕射边的损耗是两条边的损耗之和。其中第一损耗是以发射机为源点的由第一绕射边造成的第二绕射边的损耗，第二损耗则是以第一绕射边为源点、第二绕射边造成的接收机处的损耗。由阻挡体造成的损耗取两者中较大的一个，加到自由空间损耗或者平地损耗上。
图4-2-3 双绕射边模型
在三绕射边的情况中，外面的绕射边中包含着单绕射边。若两个外绕射边之间的阻挡体穿过外绕射边间的连线，则第三绕射边存在，如图4-2-4所示。对多于三绕射边的情况，外面两个阻挡体之间的地貌可以由单个虚拟刃形近似。
图4-2-4 三绕射边模型
Durkin模型可以产生信号场强轮廓，在几个dB范围内十分有效。但是该模型不能精确预测由于树叶、建筑物或其他人造结构造成的传播效应，而且不能消除地面反射之外的多径传播，因此经常要增加附加损耗因子。
4.2.3 Okumura模型
Okumura模型是Okumura 根据日本大量测试数据统计出的以曲线图表示的传播模型[1]。
第4章 室外传播模型 81
该模型是预测城区信号时使用最广泛的模型。它以准平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗作为参考，对其他传播环境和地形条件等因素分别以校正因子的形式进行修正。Okumura模型的最初数据是Okumura及其测试组在东京等地测量得到的，当时的测量频率为UHF(Ultra High Frequency，超高频)中从450MHz到2000MHz的四个频段。
Okumura开发了一套在准平滑城区、基站天线高度hte为200m、移动台高度hre为3m的自由空间中值损耗Amu曲线，其中移动台和基站的天线均为垂直全方向天线。该模型给出的是统计结果，在运用时必须考虑地形因子。它给出的测试结果显示郊区的损耗变化率较大，当接收天线较低时这一点更为明显。另外，由于在日本很少有大面积的开阔地，因此用东京等市区测量得到的统计结果并不适用于所有地形。
使用Okumura模型时[8]，首先确定自由空间路径损耗，然后从所给曲线中读出中值损耗值，并加入代表地形的修正因子：
(4-2-6) L50(dB)?LF?Amu(f,d)?G(hte)?G(hre)?GAREA
式中，L50代表路径损耗的中值，LF是自由空间传播损耗，G(hte)是基站天线高度增益因子，G(hre)是移动台天线高度增益因子，GAREA是环境增益。天线高度增益与天线的类型和
形状无关。
图4-2-5和图4-2-6分别显示了Amu和GAREA的值。
7010080607060504030201052150A40302010100200300500700100020003000 f (MHz)
图4-2-5 在准平滑地域上的自由空间中值损耗