los[無線通信視距]

我們通常將無線通信系統的傳播條件分成視距(LOS)和非視距(NLOS)兩種環境。視距條件下，無線信號無遮擋地在發信端與接收端之間直線傳播，這要求在第一菲涅爾區(First Fresnel zone)內沒有對無線電波造成遮擋的物體，如果條件不滿足，信號強度就會明顯下降。菲涅爾區的大小取決於無線電波的頻率及收發信機間距離。利用以視距傳播方式的無線電波進行信息傳輸的通信，即為視距通信。電波在以視距傳播方式進行傳播時，會受到地面和地面物對電波的繞射、反射和散射，大氣層對電波的折射、反射、吸收和散射，以及由其引起的信號幅度衰落、多經延時、到達角起伏和去極化現象。

背景

1.視距和非視距

無線電波頻率越高，波長越短，波的繞射能力越弱，遇到障礙物的時候就容易被阻隔，所以只能靠直線傳播。

10GHz-66GHz是視距，2-11GHz是非視距。802.16d可支持10GHz-66GHz的視距傳播頻段以及11GHz以下的非視距傳播頻段。對於10GHz-66GHz的視距傳播頻段，由於其終端要有室外天線，其套用主要為中小企業提供Backhaul的無線傳輸，對於11GHz以下的非視距傳播頻段，由於能實現室內覆蓋，其套用主要集中在為個人用戶提供寬頻數據業務。除此之外，802.16d還可以實現企業wi-fi熱點區域的傳輸功能，以及區域網路互聯，數據專線、寬頻業務和基站互聯等。

視距傳播是人們最早認識並利用的電波傳播方式。第二次世界大戰前，視距傳播僅用於超短波以下頻率。戰時，厘米波雷達和地面微波中繼通信得到發展，戰後發展尤為迅速。利用視距傳播的微波中繼通信和衛星通信電路已遍世界各地，成為遠距離大容量通信的主要方式。

視距傳播原理

自由空間傳播的菲涅爾區

理論和實踐都已證明，可以把電波傳播所經歷的空間區域分成重要的空間區域和非重要的空間區域。前者是指對傳播到接收點的能量起主要作用的部分空間，而後者是指其餘的空間區域，它對電波傳播的影響不明顯。因此，只要前一種區域符合自由空間的條件，就可以認為電波是在自由空間內傳播。

而工程實踐中常常把第一菲涅爾區和最小菲涅爾區當作對電波傳播最主要作用的空間區域，只要它們不被阻擋，就可獲得近似自由空間傳播的條件。

最小菲涅爾區的計算公式為

$F_1=\sqrt{\frac{λd_1d_2}{3d}}$

式中，d為收發兩點的距離。

d1和d2分別為計算點到收發兩點的距離。

視距距離

由於地球是球形的，凸起的地表面會擋住視線。視線所能達到的最遠距離就稱為視線距離d0。

los[無線通信視距]

式中，h1和h2分別為收發天線的高度。

實際上，直射電波傳播所能達到的距離應考慮到大氣的不均勻性對電波傳播軌跡的影響，求視距距離的公式應考慮到氣象因子的影響，公式修正為

los[無線通信視距]

式中，k為氣象因子。

視距通信應保證第一菲涅爾區0.6倍焦距內無障礙物。如下圖1所示。

圖1. 視距傳播距離與第一菲涅爾區關係

而在有障礙物的情況下，無線信號只能通過反射，散射和衍射方式到達接收端，我們稱之為非視距通信。此時的無線信號通過多種途徑被接收，而多徑效應會帶來時延不同步、信號衰減、極化改變、鏈路不穩定等一系列問題。如圖2所示，為非視距通信。

圖2. 非視距傳播

視距傳播 的基本模型

按照第一菲涅爾區是否被地形、地物遮擋來考慮地形對電波的影響，可將視距傳播模型劃分為：

（1）第一菲涅爾區完全沒有被遮擋

此時收發兩點之間的距離一般滿足d<0.7d0。即處於亮區當中。傳播的衰減中值除了自由空間傳播衰減外，主要考慮地面反射波的干涉衰減Ai。

（2）第一菲涅爾區部分被遮擋

此時收發兩點之間的距離一般你滿足0.7d0<d<1.7d0。即處於半陰影區內。這時直射傳播的第一菲涅爾區部分被遮擋，地面發射波的第一菲涅爾區被遮擋的情況更嚴重，傳播的衰減中值除了自由空間傳播衰減外，主要考慮視距電路中的繞射衰減Ad。

（3）第一菲涅爾區完全被遮擋

此種情況一般是因為天線架設高度不夠高，或通信距離較遠，接收點落到了陰影區里。此時傳播主要以繞射為主，具體計算很複雜，地形對其的影響還要根據具體的實際情況進行分析。

視距傳播的研究內容

視距傳播研究的主要內容有：地面和地物對電波的繞射、反射和散射；大氣層，特別是近地對流層（包括層結）對電波的折射、反射、吸收和散射；大氣層水汽凝結體（雨、霧、雲、雪、雹等）和沙暴、塵埃、鳥群等懸浮物對電波的吸收和散射；以及由上述傳播機理所引起的信號幅度衰落、多徑時延、到達角起伏和去極化現象。

大氣折射率梯度的隨機變化引起電路空隙的隨機變化,從而導致接收信號的隨機變化,形成障礙衰落。克服障礙衰落的辦法是保證在極端負折射的情況（一般相應於K=2/3或大氣折射率梯度為78.5N單位/公里）下射線有足夠的空隙。

大氣折射是影響視距傳播效果的主要因素。在10吉赫以上的頻率上，大氣、大氣層中水汽凝結體和懸浮物的吸收和散射是重要的。

廣義說來，地-空和空-空傳播也屬視距傳播。在這些傳播方式中，主要考慮大氣和大氣層中沉降物的影響，地面、地物和近地對流層的影響比地面視距傳播的小，有時甚至可以忽略不計。

視距通信分類

按傳播方式不同，視距傳播可分為以下 2 類：

第一類是直射波傳播，由發射天線輻射的電波，像光線一樣按直線行進，直接傳到接收點的傳播方式。

第二類是大地反射波傳播，由發射天線發射、經地面反射到達接收點的傳播方式。

視距傳播是上述兩種傳播方式的統稱，在接收點接收的電波一般是直射波與大地反射波的合成。

按照收、發兩端所處的空間位置不同，視距傳播情況大體上可分為 3 類：

第一類是指地面上的視距傳播，例如無線電中繼通信、電視廣播以及地面上移動通信等；

第二類是指地面與空中目標如飛機、通信衛星之間的視距傳播；

第三類是指空間通信系統之間的視距通信，如飛機之間、宇宙飛行器之間等。