【正文】 (TU)、典型山區(qū) (HT)等情況下的多徑模型。 COST207模型中給出了四種典型環(huán)境下的 PDP 或抽頭權(quán)重和多普勒頻譜。 (c)BU。信道性能的 好壞直接決定著人們通信的質(zhì)量，因此要想在有限的頻譜資源上盡可能地高質(zhì)量、大容量傳輸有用的信息就要求我們必須十分清楚地了解信道的特性。本 章 主要研究了幾種常用的無線信道 傳播模型，對 自由空間模型、 經(jīng)驗模型 OkumuraHata模型、 COST231 Hata模型以及 COST231WI 模型進行了具體地分析和說明， 并將其進行 Matlab 仿真和仿真結(jié)果的分析 。適應(yīng)科技專業(yè)人員的思維方式和書寫習慣，使得編程和調(diào)試效率大大提高。學習掌握 MATLAB，也可以說是在科學計算工具上與國際接軌。 對應(yīng)于文件中的 文件： 當 f=900MHz， f=1800MHz 時的仿真圖如下： （ a） （ b） 圖 31 自由空間模型仿真圖 （ a） f=900MHz （ b） =1800MHz 結(jié)果分析 對于自由空間傳播模型，我只是假設(shè)沒有遮擋物，在實際當中，這種情況是不存在 的，32 自由空間的傳播是電波傳播最基本也是最簡單的一種理想情況，這種假設(shè)也是為了研究復雜損耗的方便 。 因此可以這么說頻率越大，在自由空間傳播過程中的損耗也就越大 。 作用距離從 1km 到 20km 經(jīng)擴展可延伸至 100km。它以市區(qū)路徑傳播損耗為基準 , 在此基礎(chǔ)上對其他地區(qū)進行修正。 所 用 的 仿 真 過 程 為 Simulink_wire 33 中，仿真參數(shù)為， 表 31 OkumuraHata模型仿真參數(shù) 地物類型 城區(qū) 郊區(qū) 農(nóng)村 基站高度 (m) 50 100 100 移動臺高度 (m) 頻率 (MHz) 900(450) 900(450) 900(450) 仿真結(jié)果如下： （ a） （ b） 圖 32 OkumuraHata模型仿真圖 (a)f=900MHz (b)f=450NHz 結(jié)果分析 從仿真結(jié)果中可以看出，中小城市和大城市地形地物基本上差 別不大，而移動臺高度、頻率、基站高度一定的情況 下，損耗曲線基本上是重合的 。 OkumuraHata模型的建模 不僅為蜂窩移動和陸地無線信道傳播損耗的預測提供了方便實用的可視化解決方案 , 而且解決了在無線信道建模中存在的人機交互性差 , 對模型進行參數(shù)分析、綜合計算及全過程演示困難的問題。對于農(nóng)村地區(qū)的傳播環(huán)境，主要可以分為丘陵地區(qū)和開闊區(qū)，其修正值如下表所示。其適用頻率范圍是 1500～2300MHz，基站有效天線高度在 30～ 200m 之間，移動臺有效天線高度在 1~10m 之間， d 的范圍在 1～ 20km 之間。 35 函數(shù)為 ，所用的仿真過程為 Simulink_ wire 中，仿真參數(shù)為 ： 表 35 COST231 Hata模型仿真參數(shù) 地物類型 城區(qū) 郊區(qū) 農(nóng)村 基站高度 (m) 40 100 100 移動臺高度 (m) 頻率 (MHz) 1800 1800 1800 仿真結(jié)果如下： (a) (b) 圖 33 COST231 Hata模型仿真圖 (a)f=1800MHz (b)f=2299MHz 仿真前對仿真條件包括基站高度，移動臺高度和仿真頻率進行了限定。 COST231 Hata 模型的頻率衰減因子為 ，而OkumuraHata 模型的頻率衰減因子為 。這個模型也考慮了自由空間損耗、從建筑物頂?shù)浇置娴膿p耗以及受街道方向影響的損耗。對于視距 (LOS)傳播環(huán)境，其路徑損耗為： dfL L O S ??? （ 38） 其中， d 的單位為 km； f的單位為 MHz。 COST 231WalfischIkegami 模型使用的有效范圍是M H zfM H z 2 0 0 0800 ?? ， mhm B 504 ?? ， mhm m 31 ?? ， kmdkm ?? 。 COST231WI 模型 仿真及結(jié)果分析 1. COST231WI模型仿真 COST 231WalfischIkegami 模型基于 WalfischBertoni 模型和 Ikegami 模型，廣泛地用于建筑物高度近似一致的郊區(qū)和城區(qū)環(huán)境，經(jīng)常在移動通信系統(tǒng)（ GSM/PCS/DECT/DCS）的設(shè)計中使用。衰減最大的是中小城市地區(qū)，然后是大城市地區(qū)，大城市和中小城市的衰減趨勢較為接近，接下來是郊區(qū)地區(qū)，最后是農(nóng)村地區(qū)，當然隨著頻率的不同，衰減也有所變化，頻率越大，衰減越快。 CM 為大城市中心校正因子。 表 34 衰落類型不同對 Lm的修正 衰落類型 余量儲備 /dB 瑞利衰落 0～ 8 正態(tài)衰落 6 COST231 Hata 模型 仿真及結(jié)果分析 1. COST231 Hata 模型仿真 在不少城市的高密度區(qū)，經(jīng)過小區(qū)分裂站距已縮到數(shù)百米。另外，用戶終端天線的安裝位置也會對計算路徑損耗有很大影響。此外，我也驗證了在其他條件不變的情況下，頻率越大，衰減也就越大。損耗單位為 dB，在 市區(qū)， OkumuraHata 經(jīng)驗公式如下： dHHaHfL bmbm lg)()( ??????? （ 32） 其中假設(shè)收發(fā)天線之間的距離為 d(km)，發(fā)射頻率為 f(MHz)，移動臺高度 mH (m)， 基站高度bH (m)； )( mHa 為移動天線修正因子。移動臺天線高度從 1m 到 10m。它基于測試數(shù)據(jù)所作的圖表 , 不提供 任何的分析解釋。 從圖中可以看到在0~10km 范圍內(nèi)衰減最為嚴重， 10km 之后衰減平緩且成上升趨勢 .從 式 31 中看出，在距離一定的情況下，影響空間損耗的就是頻率了，頻率不同，損耗也不同。 路徑損耗 模型 仿真及結(jié)果分析 自由空間模型 仿 真 及結(jié)果分析 假設(shè)無線電波是在完全無阻擋的視距內(nèi)傳播，沒有反射、繞射和散射，這種理想的情形叫做自由空間的傳播。特別是它可適用多種平臺，并且，隨計算機硬軟件的更新及時升級。 MATLAB 是“矩陣實驗室”（ MATrix LABoratoy）的縮寫，它是一種以矩陣運算為基礎(chǔ)的交互式程序語言 ,專門針對科學，工程計算及繪圖的需求。 電磁波在空間傳播時，信號的強度會受到各種因素的影響而產(chǎn)生衰減，通常用路徑損耗的概念來衡量衰減的大小 ，這也是研究無線信道建模最主要的特性 。 其不同環(huán)境下多普勒譜的形式如表 211 到 213所示。 這四種典型環(huán)境是 (如圖 336所示 )： 27 圖 222 COST207功率延遲譜 (a)RA。表中給出了兩組等效的參數(shù)（ 1）和（ 2）；表 24和 26 由 6 條多徑組成，表 25由 12條多徑組成，對于每一條多徑給出了它的相對時間、平均相對功率和其多普勒譜的類型，它們主要由萊斯頻譜和典型譜組成。首先產(chǎn)生獨立的復高斯噪聲的樣本，并經(jīng)過 FFT 后形成頻域的樣本，然后與 S(f)開方后的值相乘，經(jīng) IFFT 后變換成時域波形，再經(jīng)過平方，將兩路的信號相加和開方運算后，形成瑞利衰落的信號。設(shè)最大多普勒頻率為 mf 。 表 23 對損耗分類的加權(quán)平均 損耗類型 說明 因子 /dB fL 典型的樓層結(jié)構(gòu)（即辦公室） — 空心墻磚； — 加鋼筋的混凝土； — 厚度 30cm 1wL 輕型內(nèi)墻 — 灰泥板； — 有大量孔洞的墻（如窗戶） 2wL 內(nèi)墻 — 混凝土、磚 — 最小數(shù)量的孔洞 24 室內(nèi)路徑損耗 (dB)模型可用下面的簡化形式表示 : ?????? ?????? nnndL （ 266） 式中， d 為收發(fā)信機的距離間隔 (m)， n 為在傳播路徑中樓層的數(shù)目。 23 假定 f=880MHz， mh =， bh =30m， rofh =30m， 平頂建筑， φ =90176。 應(yīng)該說明，當基站天線高度與其附近的屋頂高度大致在同一水平時，其高度差的微小變化將引起路徑損耗的急劇變化，此時采用 COST231 模型進行場強預測誤差較大。 (3) 多重屏障的繞射損耗 (基于 Walfish 模型 )的計算公式為 ??? ? ????? 00 lg9lglgm s dfdab s hm s d L bfKdKKLL (258) 式中， b 為沿傳播路徑建筑物之間的 距離 (m)； bshL 和 aK 表示由于基站天線高度降低而增加的路徑損耗； dK 和 fK 為 msdL 與距離 d 和頻率 f 相關(guān)的修正因子， 與傳播環(huán)境有關(guān)。 移動臺天線高度 hm： 1～ 3 m。 這些參數(shù)的定義見圖 218 圖 218 COST231模型參數(shù)定義 該模型適用的范圍： 21 178。 建筑物高度 hroof(m)； 178。 對于小城市到中等城市， a( reh )的表達式為 a( reh )=()hre()dB （ 248） 對于大城市 , a( reh )的表達式為 a( reh )=( reh )， fc≤ 300 MHz (249) a( reh )=( reh )， fc≥ 300 MHz (250) 為了得到郊區(qū)的路徑損 耗，式（ 249）可以修正為 Lsuburban(dB)=Lurban2［ lg( cf /28)］ (251) 對于開闊的農(nóng)村地帶的路徑損耗，式（ 249）可以修正為 Lrural(dB)=(lg cf )2+ cf (252) 2. COST231／ Walfish／ Ikegami 模型 歐洲研究委員會 COST231 在 Walfish 和 Ikegami 分別提出的模型的基礎(chǔ)上，對實測數(shù)據(jù)加以完善而提出了 COST231／ Walfish／ Ikegami 模型。 無線電波可以通過衍射進入障礙物阻擋的陰影區(qū)，但會形成 衍射損耗，與障礙物高度、距離、頻率等有關(guān)。 當相位差 π時，路徑損耗不再擺動，稱為第一菲涅爾區(qū)。 無線視距傳播模型 由于大氣的存在引起電磁波的折射，電磁波的傳播路徑并非直線，而是一條向地球彎曲的弧線，曲率約為地球半徑的 4 倍。 自由空間傳播 模型 無線電自發(fā)射端送出后，在空間中呈現(xiàn)發(fā)散的特性向四面八方傳播出去，情況就像一個不斷膨脹的球體，基于能量守恒的原理，無論半徑為多少 ，整個球體表面積所散布的能量必須守恒，而球體的表面積是與距離的平方成正比，這也就是為何在真空中，接收功率和傳播距離平方成反比的緣故。通道對傳送信號所產(chǎn)生的影響，是各類通信系統(tǒng)接收機設(shè)計的一個關(guān)鍵考量。若所傳輸?shù)男盘枎捿^寬，以至與 cB 可比擬時，則所傳輸?shù)男盘枌a(chǎn)生明顯的畸變。于是，接收信號為兩者之和， 即 )e1)(()( )(j0 ti rtStS ??? ? （ 223） 圖 212 所示的雙射線信道等效網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為 )(0 1)( )(),( tjie retStStH ???? ?? （ 224） 信道的幅頻特性為 )(s i n)(c os1),( tjrtrtA ????? ??? （ 225） 由 上式可知，當ωΔ (t)=2nπ時 (n為整數(shù) )，雙徑信號同相疊加，信號出現(xiàn)峰點；而當 ωΔ (t)=(2n+1)π時，雙徑信號反相相消，信號出現(xiàn)谷點。若信號帶寬過大，就會引起嚴重的失真。如果進行多次發(fā)送脈沖試驗，則接收到的脈沖序列是變化的（即便是地點不變），如圖 210 所示。 圖 28衰落儲備量 （ 4）多徑時散與相關(guān)帶寬 1）多徑時散 多徑效應(yīng)在時域上將造成數(shù)字信號波形的展寬，為了說明它對移動通信的影響，首先看一個簡單的例子 (參見圖 29)。由圖可知， 不管是市區(qū)還是郊區(qū)，慢衰落均接近虛線所示的對數(shù)正態(tài)分布。 11 圖 26 信號慢衰落的特性曲線 （ a）市區(qū) （ b）郊區(qū) 為研究慢衰落的規(guī)律， 通常把同一類地形、 地物中的某一段距離 (1~2km)作為樣本區(qū)間， 每隔 20m(小區(qū)間 )左右觀察信號電平的中值變動，以統(tǒng)計分析信號在各小區(qū)間的累積分布和標準偏差。慢衰落近似服從對數(shù)正態(tài)分布。p(y)dy （ 29） 式中， p(x, y)為隨機變量 x和 y的聯(lián)合概率密度函數(shù)。 經(jīng)反射 (或散射 )到達接收天 線的第 i 個信號為 )(tSi ， 其振幅為 ia , 相移為 i? 。 圖 21 移動信道的傳播路徑 直射波的傳播距離為 d, 地面反射波的傳播距離為 1d ， 散射波的傳播距離為 2d 。無線信道不像有