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基于某Matlab地无线信道仿真.docx
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基于 Matlab 的无线信道仿真
近几年,随着无线通信业务和新兴宽带移动互联网接入业务的快速增长,对
无线通信系统的优化显得尤为重要。与有线信道静态和可预测的典型特点相反,
在实际中,由于无线信道动态变化且不可预测,无线通信系统的性能在很大程度
上取决于无线信道环境,所以对无线信道的准确理解和仿真对设计一个高性能和
高频谱效率的无线传输技术显得尤其重要。
无线信道的一个典型特征是“衰落”,衰落现象大致可分为两种类型:大尺
度衰落和小尺度衰落。其中,大尺度衰落主要在移动设备通过一段较长的距离时
体现,它是由信号的损耗(长距离传播)和大的障碍物(如建筑物、中间地形和
植物)形成的阴影所引起的,一般分为路径损耗和阴影衰落,另一方面,小尺度
衰落是指当移动台在较短距离移动时,由多条路径的相消或相长干涉所引起信号
电平的快速波动,主要表现为多径衰落。它们之间的关系如图 1 所示。报告中分
别对这几种衰落的常见模型进行了总结和仿真。
图 1 各种衰落之间的关系
一、大尺度衰落
大尺度衰落是在一个较大的围上考察功率的渐变过程,功率的局部中值随距
离变化缓慢。大尺度信道模型主要研究电波传播在时间、空间、频率围平均特性。
1.1 路径损耗
路径损耗由发射功率的辐射扩散及信道的传播特性造成,反映在宏观长距离
上。理论上认为,对于相同收发距离,路径损耗相同。其定义为有效发射功率和
平均接收功率之间的比值。几种常用的描述大尺度衰落的模型有自由空间模型、
对数距离路径损耗模型、Hata-Okumura 模型。
1.1.1 自由空间模型
所谓自由空间是指天线周围为无限大真空时的电波传播,它是理想传播条
件。电波在自由空间传播时,其能量既不会被障碍物所吸收,也不会产生反射或
散射,传播路径上没有障碍物阻挡,到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽
略不计。
自由空间模型中路径损耗计算公式:
4πdf 2 1
P
L
s P c G G
t
r
t
r
其中,
P
为发射功率, 为接收功率, 为发射端与接收端距离, 为载波
P
d
f
t
r
频率, 为光速取 310
8
, G 为发射端天线增益, 为接收端天线增益。转换
G
c
t
r
成分贝表示:
P
t
L(dB)10lg 32.45 20lgd 20 lg f 10lgG G
s
P
t
r
r
发射端与接收端均是全向天线,G G 1,得图 2:
t
r
图 2 路径损耗随距离、频率变化曲线
1.1.2 对数距离路径损耗模型
与前面提到的自由空间路径损耗一样,在其他所有实际环境中,平均接收信
号功率随距 呈对数方式减小。通过引入随着环境而改变的路径损耗指数 可以
n
d
修正自由空间模型,从而构造出一个更为普遍的路径损耗衰落模型。
d
L (dB) L (d ) 10nlg( )
s _ log
s
0
d
0
其中, d 是一个参考距离,在参考距离或者接近参考距离的位置,路径损
0
耗具有自由空间路径损耗的特点。如表 1 所示,路径函数主要由传播环境决定,
对于不同的传播系统必须确定合适的参考距离 d ,例如,在大覆盖围的蜂窝系
0
统(半径大于 10km 的蜂窝系统)中,通常会设置 d 为 1km,对于小区半径为
0
1km 的宏蜂窝系统或者具有极小半径的微蜂窝系统,可以分别设置参考距离为
100m 或 1m。
路径损耗( )
n
2
建筑物视距传输
建筑物障碍物阻挡
工厂障碍物阻挡
1.6~1.8
4~6
2.7~3.5
3~5
市区蜂窝阴影
2~3
表 1 路径损耗指数
对数路径损耗随距离、路径损耗指数变化曲线:
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