【正文】 因此，可以計(jì)算基站發(fā)射天線高于、等于或低于周圍建筑物等不同情況的路徑損耗。 從圖中可以看到，在 0~4km 范圍內(nèi) ， COST231 模型 衰減較大，而 4km 之后，衰減略為平緩且呈上升趨勢(shì)，整體而言，隨著距離的增加，信道的衰減呈上升趨勢(shì)。 表 33 地形不同對(duì) Lm的修正 地形 修正值 /dB 丘陵地區(qū) 10 開闊區(qū) 25 傳播環(huán)境的衰落有瑞利衰落和正態(tài)衰落兩種，對(duì)應(yīng)的余量?jī)?chǔ)備如下所示。從仿真結(jié)果得知， 在 0~10km范圍中損耗急劇上升， 10km之后信道的衰減雖然也是隨著距離的增加也有增大的趨勢(shì)但相比之下，衰減更為平緩，從圖中不難看出，在相同的頻率下中小城市和大城市的衰減最為嚴(yán)重，郊區(qū)次之，農(nóng)村的衰減最少，這是因?yàn)樵诔鞘挟?dāng)中 造成衰減的因素更多 。 基站天線高度在 30m 到 200m 之間 , 經(jīng)擴(kuò)展可延伸至 1000m。 此次仿真只對(duì) f=900MHz 和 f=1800MHz 兩個(gè)頻段進(jìn)行了仿真。它用解釋方式工作，鍵入程序立即得出結(jié)果，人機(jī)交互性能好，深得科技人員喜愛。然后根據(jù)信道地特性采取一系列的抗干擾和抗衰落措施，來保證傳輸質(zhì)量和傳輸容量方面的要求。 它給出的 PDP 已被在法國、 英國、 荷蘭、 瑞典和瑞士進(jìn)行 的大量實(shí)驗(yàn)測(cè)量所評(píng)估。利用該式產(chǎn)生瑞利衰落的過程如圖 221所示。 圖 219 COST231/Walfish/Ikegami模型和 Hata模型的比較 3. 室內(nèi) (辦公室 )測(cè)試環(huán)境路徑損耗模型 室內(nèi) (辦公室 )路徑損耗的基礎(chǔ)是 COST231 模型，定義如下： fbnnwiwicfs LnLkLLL ????? ?????? ???? 12 （ 265） 式中： fsL — 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的自由空間損耗； cL — 固定損耗； wik — 被穿透的 i類墻的數(shù)量； n— 被穿透樓層數(shù)量； wiL — i類墻的損耗； fL — 相鄰層之間的損耗； b— 經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。 φ =90176。 (1) 自由空間傳播損耗的計(jì)算公式 為 fdL ??? （ 255） (2) 屋頂至街道的繞射及散射損耗 (基于 Ikegami 模型 )的計(jì)算公式為 00 ????? ??????? r t s mr oofor imr t s L hhLhfL ? (256) 式中： ? 為街道寬度 (m)； mroofm hhh ??? 為建筑物高度 rofh 與移動(dòng)臺(tái)天線高度 mh 之差 (m)； oriL是考慮到街道方向的實(shí)驗(yàn)修正值，且 ????????????)55()35(???o riL (257) 式中的 ? 是入射電波與街道走向之間的夾角。 相對(duì)于直達(dá)無線電路 徑的道路方位φ。 d 是收發(fā)天線之間的距離（單位為 km， 適用范圍 1~10km）； a( reh )是移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)的有效天線高度的修正因子。 18 表 22 地形對(duì) h? 的影響 地形描述 Δ h（ m） 水面或非常平滑地面 0~5 平滑地面 5~20 輕微起伏地形 20~40 起伏地形 40~80 丘陵地形 80~150 山地地形 150~300 崎嶇山地 300~700 極其崎嶇山地 700 兩徑模型 無線視距傳播路徑：直達(dá)波、地面反射波 圖 214 無線視距兩徑模傳播示意圖 電波路徑差： dhhrr RT212 ?? （ 241） 路徑差形成的相位差： dhh RT??? 4?? （ 242） 當(dāng)相位差 π時(shí)，路徑損耗呈現(xiàn)周期擺動(dòng)形態(tài)。對(duì)無線通信系統(tǒng)而言，因?yàn)閭鞑ヂ窂降亩鄻有耘c時(shí)變性，無線信道的特性便在接收機(jī)的設(shè)計(jì)中，扮演者關(guān)鍵的角色。Δ (t) = 2π )(12)(π2tBtc ?????????? （ 226） 由此可見，兩相鄰場(chǎng)強(qiáng)為最小值的頻率間隔是與相對(duì)多徑時(shí)延差Δ (t)成反比的 ， 通常稱 cB 為多徑時(shí)散的相關(guān)帶寬。 圖 211 多徑時(shí)延信號(hào)強(qiáng)度 14 表 21 多徑時(shí)散參數(shù)典型值 參數(shù) 市區(qū) 郊區(qū) 平均時(shí)延 s??/ 對(duì)應(yīng)路徑距離差 /m ～ 450～ 750 ～ 30～ 600 時(shí)延擴(kuò)展 s?/? ～ ～ 最大時(shí)延 s?? /max ～ 12 ～ 2）相關(guān)帶寬 從頻域觀點(diǎn)而言，多徑時(shí)散現(xiàn)象將導(dǎo)致頻率選擇性衰落，即信道對(duì)不同頻率成分有不同的響應(yīng)。 例如 :f=450MHz，市區(qū)工作，要求 T=99%，則由圖可查得此時(shí)必須的衰落儲(chǔ)備約為 。這是由于大氣折射率的平緩變化，使得同一地點(diǎn)處所收到的信號(hào)中值電平隨時(shí)間作慢變化，這種因氣象條件造成的慢衰落其變化速度更緩慢 (其衰落周期常以小時(shí)甚至天為量級(jí)計(jì) )，因此?？珊雎圆挥?jì)。 x、 y 在區(qū)間 dx、 dy上的取值概率分別為 p(x)dx、 p(y)dy，由于它們相互獨(dú)立，所以在面積 dxdy 中的取值概率為 p(x,y)dxdy = p(x)dx 無線信道的特點(diǎn) （ 1） 傳播路徑與信號(hào)衰落 在 VHF、 UHF 移動(dòng)信道中， 電波傳播方式除了直射波和地面反射波之外， 還需要考慮傳播路徑中各種障礙物所引起的散射波。 6 第二章 無線信道的概念和無線信道的模型 無線信道的概念 無線信道的定義 無線信道指無線通信中發(fā)射 天線到接收天線之間的電波通路。按照蜂窩覆蓋半5 徑的大小，現(xiàn)代無線移動(dòng)通信大致可分為宏小區(qū)、微小區(qū)和微微小區(qū)等幾種頻率復(fù)用方式。 在當(dāng)前的無線寬帶通信領(lǐng)域中， MIMO 和 OFDM，這兩項(xiàng)技術(shù)特別引 人注目 .MIMO 是英文 MultipleInput MultipleOutput 的簡(jiǎn)稱，也就是多輸入多輸出， 它被認(rèn)為是“現(xiàn)代通信中最重要的技術(shù)突破之一” 。 1948 年，香農(nóng) ()在前人 研 究 成 果 的 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 表 了 那 篇 劃 時(shí) 代 的 論 文 — (A Mathematical Theory of Communication)。1 摘 要 移動(dòng)通信最近幾年得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展 ， 人們對(duì)無線信道的研究也成了當(dāng)前通信行業(yè)的主題 ， 特別是對(duì)無線信道的建模與仿真也受到了許多學(xué)者的關(guān)注 ,在這個(gè)領(lǐng)域的研究也取得了很大成果 。 該文建立了信息傳輸?shù)臄?shù)學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)提出了通信系統(tǒng)無差錯(cuò)傳輸?shù)臉O限信息速率。 “任何人在任何地點(diǎn)、任何時(shí)候同任何其他人進(jìn)行任何類型的通信 ”是人類通信的最高目標(biāo) ， 這一宏偉而美好的理想正吸引著全世界的通信人為之不懈奮斗 。目前，大區(qū)制、宏小區(qū)和微小區(qū)己有公認(rèn)的具有普遍意 義的信道模型。對(duì)于無線電波而言，從發(fā)送端到接收端并沒有一個(gè)有形的連接，電波的傳播路徑也有可能不只一條 (多徑傳播、反射等 )。 圖 21 移動(dòng)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 。p(y)dy （ 29） 式中， p(x, y)為隨機(jī)變量 x和 y的聯(lián)合概率密度函數(shù)。 11 圖 26 信號(hào)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(hào)電平的中值變動(dòng)，以統(tǒng)計(jì)分析信號(hào)在各小區(qū)間的累積分布和標(biāo)準(zhǔn)偏差。 圖 28衰落儲(chǔ)備量 （ 4）多徑時(shí)散與相關(guān)帶寬 1）多徑時(shí)散 多徑效應(yīng)在時(shí)域上將造成數(shù)字信號(hào)波形的展寬，為了說明它對(duì)移動(dòng)通信的影響，首先看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子 (參見圖 29)。若信號(hào)帶寬過大，就會(huì)引起嚴(yán)重的失真。若所傳輸?shù)男盘?hào)帶寬較寬，以至與 cB 可比擬時(shí)，則所傳輸?shù)男盘?hào)將產(chǎn)生明顯的畸變。 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(gè)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(gè)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。 當(dāng)相位差 π時(shí)，路徑損耗不再擺動(dòng)，稱為第一菲涅爾區(qū)。 對(duì)于小城市到中等城市， a( reh )的表達(dá)式為 a( reh )=()hre()dB （ 248） 對(duì)于大城市 , a( reh )的表達(dá)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(duì)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(huì) COST231 在 Walfish 和 Ikegami 分別提出的模型的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)加以完善而提出了 COST231／ Walfish／ Ikegami 模型。 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。 (3) 多重屏障的繞射損耗 (基于 Walfish 模型 )的計(jì)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)。 應(yīng)該說明，當(dāng)基站天線高度與其附近的屋頂高度大致在同一水平時(shí)，其高度差的微小變化將引起路徑損耗的急劇變化，此時(shí)采用 COST231 模型進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)誤差較大。 表 23 對(duì)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(jiǎn)化形式表示 : ?????? ?????? nnndL （ 266） 式中， d 為收發(fā)信機(jī)的距離間隔 (m)， n 為在傳播路徑中樓層的數(shù)目。首先產(chǎn)生獨(dú)立的復(fù)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(shí)域波形，再經(jīng)過平方，將兩路的信號(hào)相加和開方運(yùn)算后，形成瑞利衰落的信號(hào)。 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。 電磁波在空間傳播時(shí)，信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)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 。特別是它可適用多種平臺(tái)，并且，隨計(jì)算機(jī)硬軟件的更新及時(shí)升級(jí)。 從圖中可以看到在0~10km 范圍內(nèi)衰減最為嚴(yán)重， 10km 之后衰減平緩且成上升趨勢(shì) .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。移動(dòng)臺(tái)天線高度從 1m 到 10m。此外，我也驗(yàn)證了在其他條件不變的情況下，頻率越大，衰減也就越大。 表 34 衰落類型不同對(duì) Lm的修正 衰落類型 余量?jī)?chǔ)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。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(shì)較為接近，接下來是郊區(qū)地區(qū)，最后是農(nóng)村地區(qū)，當(dāng)然隨著頻率的不同，衰減也有所變化，頻率越大，衰減越快。 COST 231WalfischIkegami 模型使用的有效范圍是M H zfM H z 2 0 0 0800 ?? ， mhm