自由空间传播模型的优化方案

在浩瀚的太空中，太阳、一个炙热的球体向外辐射着光和热。和无边无际的宇宙相比，太阳只能算一个点，称为点源。这个点源辐射的能量以球面的形式向外扩张，越往远处，能量分布的球面越大，单位面积上的能量分布越小。等到了地球上，接收到的光和热已经是太阳辐射的能量的亿万分之一了。但没关系，这点光和热足以照亮人间、温暖大地。

一个理想点源以球面的形式向外发射无线电波，发射功率为P_t（W），距离点源d（m）处单位面积的功率，如下式：

接收天线的有效接收面积为S，它的大小和无线电波的波长λ有直接的关系，如下式：

则接收端接收到的功率P_r为：

于是自由空间中路损L如下：

经过整理，自由空间传播模型如下：

L=32.45+20lgd+20lgf （5-5）(www.xing528.com)

式中，L的单位为dB；d的单位为km；f的单位为MHz

给定无线制式的频率，自由空间中传播损耗就只和距离d有关系了。当然，距离d用不同的单位表示，上式的数值关系会有所不同，如下：

当f=900 MHz时，L=31.55+20lgd（d的单位为m），L=91.55+20lgd（d的单位为km）；当f=1800 MHz时，L=37.55+20lgd（d的单位为m），L=97.55+20lgd（d的单位为km）；当f=2000 MHz时，L=38.45+20lgd（d的单位为m），L=98.45+20lgd（d的单位为km）；当f=2400 MHz时，L=40.05+20lgd（d的单位为m），L=100.05+20lgd（d的单位为km）。

由以上内容可以得出以下几点：

1）在自由空间中，无线制式的频率增加1倍，路径传播损耗将增加6 dB。

2）在自由空间中，距离增加1倍，传播损耗增加6 dB。

3）在自由空间中，距发射源1m处、10m处和100m处的传播损耗如表5-1所示。

表5-1 自由空间传播损耗参考表

在现实中，无线环境的传播模型都是以自由空间传播模型为理论基础发展起来的，下面分别进行介绍。