传播模型与链路预算：自由空间传播模型、Okumura-Hata模型、链路预算计算、覆盖半径估算
各位好，我是老张。今天咱们聊聊无线网络规划里最基础、也最绕不开的两个东西——传播模型和链路预算。说白了，你建一个基站，信号能打多远？用户能不能稳定上网？这些问题的答案，都藏在这两个概念里。
我刚开始做规划那会儿，总觉得这些模型是纸上谈兵。直到有一次在山区做覆盖优化，实测数据和理论值差了将近20dB，我才意识到——模型选不对，后面全白费。嗯，咱们今天就把这块彻底讲透。
一、自由空间传播模型——最理想的“真空”环境
自由空间传播模型，是所有传播模型的基础。它假设发射机和接收机之间没有任何遮挡，信号在真空中直线传播。现实中当然不存在这种环境，但它是我们理解路径损耗的起点。
公式很简单：
L_fs = 32.45 + 20 * log10(f) + 20 * log10(d)其中：
- L_fs：自由空间路径损耗（dB）
- f：工作频率（MHz）
- d：收发距离（km）
举个例子。假设你在2.4GHz频段做WiFi覆盖，距离100米：
L_fs = 32.45 + 20 * log10(2400) + 20 * log10(0.1)
= 32.45 + 20 * 3.38 + 20 * (-1)
= 32.45 + 67.6 - 20
= 80.05 dB也就是说，信号从发射机到100米外的接收机，光路径损耗就掉了80dB。你想想看，如果发射功率只有20dBm，那接收端信号强度就是-60dBm左右。这个值在WiFi场景下还算能接受，但如果是4G/5G基站，覆盖半径动辄几百米到几公里，自由空间损耗会更大。
重要提示：自由空间模型只适用于视距传播场景，比如微波中继、卫星通信、或者开阔地带的点对点链路。在城区、室内等复杂环境下，千万别直接用这个模型算覆盖半径，否则你会被实测数据狠狠打脸。
二、Okumura-Hata模型——城区覆盖的“老大哥”
Okumura-Hata模型，是我个人在项目里用得最多的模型之一。它基于大量实测数据总结而来，专门针对城区、郊区、开阔地等场景。频率范围150MHz到1500MHz，距离1km到20km，基站天线高度30m到200m，终端天线高度1m到10m。
公式分三种场景：
1. 城区（Urban）
L_urban = 69.55 + 26.16 * log10(f) - 13.82 * log10(hb) - a(hm) + (44.9 - 6.55 * log10(hb)) * log10(d)其中a(hm)是终端天线高度修正因子：
- 中小城市：a(hm) = (1.1 * log10(f) - 0.7) * hm - (1.56 * log10(f) - 0.8)
- 大城市：a(hm) = 3.2 * (log10(11.75 * hm))^2 - 4.97（f ≥ 400MHz）
2. 郊区（Suburban）
L_suburban = L_urban - 2 * (log10(f/28))^2 - 5.43. 开阔地（Open Area）
L_open = L_urban - 4.78 * (log10(f))^2 + 18.33 * log10(f) - 40.94我记得有一次在南方某城市做4G覆盖规划，用的是800MHz频段。按照Okumura-Hata城区模型算出来，基站覆盖半径大概1.2公里。结果实测下来，有些区域只有800米。后来发现是建筑密度太高，而且有很多玻璃幕墙大楼，信号反射和吸收都很严重。从那以后，我每次用这个模型都会加一个“环境修正因子”，根据实际建筑密度调整。
个人经验：Okumura-Hata模型在1km以内误差较大，建议配合实测数据校正。我一般会在规划阶段先用模型算个大概，然后选3-5个典型点位做路测，用实测值反推修正因子。这样算出来的覆盖半径，误差能控制在3dB以内。
三、链路预算计算——从发射到接收的“账本”
链路预算，说白了就是算一笔账：发射端发出多少功率，经过各种损耗和增益，最后接收端能收到多少。公式如下：
Pr = Pt + Gt + Gr - Lf - Lb - Lm其中：
- Pr：接收功率（dBm）
- Pt：发射功率（dBm）
- Gt：发射天线增益（dBi）
- Gr：接收天线增益（dBi）
- Lf：馈线损耗（dB）
- Lb：路径损耗（dB）——由传播模型计算
- Lm：其他损耗（dB）——包括人体损耗、穿透损耗、衰落余量等
举个例子，一个典型的4G宏基站链路预算：
| 参数 | 数值 | 说明 |
|---|---|---|
| 发射功率（Pt） | 43 dBm | 20W，典型宏基站 |
| 发射天线增益（Gt） | 18 dBi | 定向天线 |
| 馈线损耗（Lf） | 2 dB | 含跳线、接头 |
| 路径损耗（Lb） | 140 dB | Okumura-Hata城区模型，2km |
| 人体损耗 | 3 dB | 手机靠近头部 |
| 穿透损耗 | 15 dB | 砖混墙体 |
| 衰落余量 | 10 dB | 阴影衰落 |
| 接收天线增益（Gr） | 0 dBi | 手机内置天线 |
| 接收功率（Pr） | -109 dBm | 计算结果 |
你算一下：43 + 18 + 0 - 2 - 140 - 3 - 15 - 10 = -109 dBm。这个值刚好在4G LTE的接收灵敏度附近（通常-110dBm左右）。也就是说，这个基站在2公里处，信号刚好够用，但余量不大。
避坑指南：我曾经在做一个室内分布系统时，只算了路径损耗和穿透损耗，忘了加人体损耗和衰落余量。结果交付后用户投诉说“信号满格但网速慢”。后来一查，接收功率虽然够了，但信噪比太低，因为没留余量。从那以后，我每次做链路预算都会把“余量”单独列一行，至少留10dB。
四、覆盖半径估算——从理论到实战
覆盖半径估算，其实就是把链路预算倒过来用。已知接收灵敏度，反推最大路径损耗，再用传播模型算出距离。
步骤很简单：
- 确定接收灵敏度（比如-110dBm）
- 计算最大允许路径损耗：Lb_max = Pt + Gt + Gr - Lf - Lm - Pr_sens
- 代入传播模型，反解距离d
还是用上面的例子：
Lb_max = 43 + 18 + 0 - 2 - 3 - 15 - 10 - (-110)
= 43 + 18 - 2 - 3 - 15 - 10 + 110
= 141 dB然后代入Okumura-Hata城区模型（假设f=800MHz, hb=30m, hm=1.5m）：
141 = 69.55 + 26.16*log10(800) - 13.82*log10(30) - a(1.5) + (44.9 - 6.55*log10(30))*log10(d)算出来d ≈ 2.3公里。也就是说，这个基站在城区环境下，覆盖半径大约2.3公里。
你可能会问：为什么实际中很多基站覆盖半径只有几百米？嗯，这里要注意，我上面算的是“极限覆盖”，也就是用户在最边缘还能勉强连上。但实际运营中，我们还要考虑业务需求——比如用户要刷视频、打游戏，需要的信噪比更高，覆盖半径自然就缩水了。
核心要点：覆盖半径估算不是算出一个数就完事了。我建议你至少算三个值：
- 极限覆盖半径：仅保证能接入
- 业务覆盖半径：保证基本数据业务（如微信、网页）
- 优质覆盖半径：保证高清视频、在线游戏等
三个值对应不同的链路余量，一般相差20%-40%。
五、知识体系总览
为了让你更直观地理解本章内容，我画了一张图，把传播模型和链路预算的核心逻辑串起来：
这张图把整个流程串起来了。你从左边输入参数开始，中间选择传播模型算出路径损耗，右边做链路预算验证，最后输出覆盖半径。每一步都环环相扣，缺一不可。
好了，这一章的内容就到这里。传播模型和链路预算，是无线网络规划的“基本功”。你把这些搞透了，后面做容量规划、干扰分析、优化调整，都会顺手很多。下一章咱们聊聊天线选型和分集技术，到时候见。
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