【正文】 因此，可以計算基站發(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，整體而言，隨著距離的增加，信道的衰減呈上升趨勢。 表 33 地形不同對 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，對應(yīng)的余量儲備如下所示。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重，郊區(qū)次之，農(nóng)村的衰減最少，這是因為在城市當中 造成衰減的因素更多 。 基站天線高度在 30m 到 200m 之間 , 經(jīng)擴展可延伸至 1000m。 此次仿真只對 f=900MHz 和 f=1800MHz 兩個頻段進行了仿真。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、 瑞典和瑞士進行 的大量實驗測量所評估。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)射機和接收機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)驗參數(shù)。 φ =90176。 (1) 自由空間傳播損耗的計算公式 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 與移動臺天線高度 mh 之差 (m)； oriL是考慮到街道方向的實驗修正值，且 ????????????)55()35(???o riL (257) 式中的 ? 是入射電波與街道走向之間的夾角。 相對于直達無線電路 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 )是移動臺接收機的有效天線高度的修正因子。 18 表 22 地形對 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） 當相位差 π時，路徑損耗呈現(xiàn)周期擺動形態(tài)。對無線通信系統(tǒng)而言，因為傳播路徑的多樣性與時變性，無線信道的特性便在接收機的設(shè)計中，扮演者關(guān)鍵的角色。Δ (t) = 2π )(12)(π2tBtc ?????????? （ 226） 由此可見，兩相鄰場強為最小值的頻率間隔是與相對多徑時延差Δ (t)成反比的 ， 通常稱 cB 為多徑時散的相關(guān)帶寬。 圖 211 多徑時延信號強度 14 表 21 多徑時散參數(shù)典型值 參數(shù) 市區(qū) 郊區(qū) 平均時延 s??/ 對應(yīng)路徑距離差 /m ～ 450～ 750 ～ 30～ 600 時延擴展 s?/? ～ ～ 最大時延 s?? /max ～ 12 ～ 2）相關(guān)帶寬 從頻域觀點而言，多徑時散現(xiàn)象將導致頻率選擇性衰落，即信道對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%，則由圖可查得此時必須的衰落儲備約為 。這是由于大氣折射率的平緩變化，使得同一地點處所收到的信號中值電平隨時間作慢變化，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甚至天為量級計 )，因此常可忽略不計。 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 （ 1） 傳播路徑與信號衰落 在 VHF、 UHF 移動信道中， 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。 在當前的無線寬帶通信領(lǐng)域中， MIMO 和 OFDM，這兩項技術(shù)特別引 人注目 .MIMO 是英文 MultipleInput MultipleOutput 的簡稱，也就是多輸入多輸出， 它被認為是“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 代 的 論 文 — (A Mathematical Theory of Communication)。1 摘 要 移動通信最近幾年得到了突飛猛進的發(fā)展 ， 人們對無線信道的研究也成了當前通信行業(yè)的主題 ， 特別是對無線信道的建模與仿真也受到了許多學者的關(guān)注 ,在這個領(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)學基礎(chǔ)，同時提出了通信系統(tǒng)無差錯傳輸?shù)臉O限信息速率。 “任何人在任何地點、任何時候同任何其他人進行任何類型的通信 ”是人類通信的最高目標 ， 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)己有公認的具有普遍意 義的信道模型。對于無線電波而言，從發(fā)送端到接收端并沒有一個有形的連接，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)為隨機變量 x和 y的聯(lián)合概率密度函數(shù)。 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。 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)。若信號帶寬過大，就會引起嚴重的失真。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。 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。 當相位差 π時，路徑損耗不再擺動，稱為第一菲涅爾區(qū)。 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。 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(yù)測誤差較大。 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。首先產(chǎn)生獨立的復(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。 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，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 。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。 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。移動臺天線高度從 1m 到 10m。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。 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。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。 COST 231WalfischIkegami 模型使用的有效范圍是M H zfM H z 2 0 0 0800 ?? ， mhm