无线信道是移动通信的传输媒体,所有的信息都在这个信道中传输。信道性能的好坏直接决定着人们通信的质量,因此要想在有限的频谱资源上尽可能地高质量、大容量传输有用的信息就要求我们必须十分清楚地了解信道的特性。然后根据信道地特性采取一系列的抗干扰和抗衰落措施,来保证传输质量和传输容量方面的要求。 电磁波在空间传播时,信号的强度会受到各种因素的影响而产生衰减,通常用路径损耗的概念来衡量衰减的大小。路径损耗是移动通信系统规划设计的一个重要依据,特别是对覆盖、干扰、切换等性能影响很大。本文主要研究了宏小区室外传播模型,并对经验模型Okumura-Hata模型、COST-231 Hata模型以及COST231-WI模型进行了具体地分析和说明,对其中的算法Matlab中写出了相应的函数并作出了Matlab仿真。 在实际仿真中经常要用到一些无线信道模型,本文主要对高斯白噪声信道、二进制信道、瑞利衰落信道以及伦琴衰落信道进行了分析和仿真,这里用到的是Matlab中自带的Simulink模块,进行了BPSK,BFSK的误比特率性能的仿真。最后对802.16规范中建议使用的SUI信道模型进行了仿真。
1路径损耗
1.1 自由空间模型:
假设无线电波是在完全无阻挡的视距内传播,没有反射、绕射和散射,这种理想的情形叫做自由空间的传播。假设收发天线之间的距离为d,发射频率为f,自由空间的损耗可由以下公式计算:
(dB)
其中,d的单位为km;f的单位为MHz。
对应于文件中的wireless_free_space_attenuation.m文件:
function y=wireless_free_space_attenuation(d,f)
y=32.4+20*log(d)/log(10)+20*log(f)/log(10);
当f=900MHz时的仿真图如下:
f=900;
d=0.1:0.1:100;
y=wireless_free_space_attenuation(d,f);
plot(d,y);
自由空间的传播是电波传播最基本也是最简单的一种理想情况。
1.2 Okumura-Hata模型
Okumura-Hata模型是根据测试数据统计分析得到的经验公式, Okumura-Hata模型以市区传播损耗为标准,在此基础上对其他地形做了修正。
瓯海实验小学实测中在基本确定了设备的功率、天线的高度后,可利用Okumura-Hata模型对信号覆盖范围做一个初步的测算。损耗单位为dB,在市区,Okumura-Hata经验公式如下:
回馈单元其中假设收发天线之间的距离为d(km),发射频率为f(MHz),移动台高度(m),高度(m);为移动天线修正因子。
对于中小城市有:isao
对于大城市:
对于郊区,Okumura-Hata经验公式如下:
在农村,Okumura-Hata经验公式如下:
所写的函数为wireless_hata_attenuation.m。所用的仿真过程为Simulink_wire less_hata_attenuation.m中,仿真参数为,
地物类型 | 城区 | 郊区 | 农村 |
高度(m) | 50 | 100 | 100 |
移动台高度(m) | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
频率(MHz) | 900 | 900 | 博客出版900 |
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仿真结果如下:
但是再利用上述公式计算路径损耗时,必须注意天线没有采取空间分集,不能考虑分集增益。另外,用户终端天线的安装位置也会对计算路径损耗有很大影响。
表1 天线安装不同对Lm的修正
天线安装位置 | 修正值/dB |
室内(非窗户旁) | -15 |
窗户旁 | -3 |
室外 | 0 |
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地形对于传输损耗的修正值也很大。对于农村地区的传播环境,主要可以分为丘陵地区和开阔区,其修正值如下表所示。
表2 地形不同对Lm的修正
传播环境的衰落有瑞利衰落和正态衰落两种,对应的余量储备如下所示。
表3 衰落类型不同对Lm的修正
Okumura-Hata模型适用于大区制移动系统,但是不适合覆盖距离不到1km的个人通信系统。