移動(dòng)通信課程設(shè)計(jì)—鏈路預(yù)算模型(含源程序)

1、3鏈路預(yù)算模型3.1概述移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能主要受到無線信道特性的制約。發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的傳播路徑一般分布有復(fù)雜的地形地物，而電磁波在無線信道中傳播受到反射、繞射、散射、多經(jīng)傳播等多種因素的影響，其信道往往是非固定的和不可預(yù)見的。具有復(fù)雜時(shí)變的電波傳播特性，因而造成了信道分析和傳播預(yù)測的困難。影響無線信道最主要的因素就是信號(hào)衰減。在無線通信系統(tǒng)中，電波傳播經(jīng)常在不規(guī)則地區(qū)。在估計(jì)預(yù)測路徑損耗時(shí)，要考慮特定地區(qū)的地形地貌，同時(shí)還要考慮樹木、建筑物和其他遮擋物等因素的影響。在無線通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，常采用電波傳播損耗模型來計(jì)算無線鏈路的傳播損耗，這些模型的目標(biāo)是為了預(yù)測特定點(diǎn)的或特定區(qū)域的信號(hào)場強(qiáng)

2、。常用的電波傳播模型損耗分為宏蜂窩模型和室內(nèi)模型兩大類。其中宏蜂窩模型中使用最廣泛的是Okumura模型，還有建立在Okumura模型基礎(chǔ)上的其他模型，如Okumura-Hata模型，COST-231-Hata模型，COST-231 Wslfisch-Ikegami模型等；室內(nèi)模型有衰減因子模型，Motley模型，對數(shù)距離路徑損耗模型等。下面就著重來討論這些模型并對部分模型進(jìn)行仿真分析。3.2宏蜂窩模型3.2.1 Okumura模型（1）概述Okumura模型為預(yù)測城區(qū)信號(hào)時(shí)使用最廣泛的模型。應(yīng)用頻率在150MHz到1920MHz之間（可擴(kuò)展到300MHz），收發(fā)距離為1km到100km，天線

3、高度在30m到1000m之間。Okumura模型開發(fā)了一套在準(zhǔn)平滑城區(qū)，基站有效天線高度h_b為200m，移動(dòng)臺(tái)天線高度h_m為3m的空間中值損耗（Amu）曲線。基站和移動(dòng)臺(tái)均使用自由垂直全方向天線，從測量結(jié)果得到這些曲線，并畫成頻率從100MHz到1920MHz的曲線和距離從1km到100km的曲線。使用Okumura模型確定路徑損耗，首先確定自由空間路徑損耗，然后從曲線中讀出Amu(f,d)值，并加入代表地物類型的修正因子。模型可表示為: （3.1）Okumura發(fā)現(xiàn)， 其中，L50(dB)為傳播路徑損耗值的50%（即中值），LF為自由空間傳播損耗，Amu為自由空間中值損耗，G(hb)為基

4、站天線高度增益因子，G(hm)為移動(dòng)天線高度增益因子，GAREA為環(huán)境類型的增益。（注： 天線高度增益為嚴(yán)格的高度函數(shù)，與天線形式無關(guān)）。Okumura模型完全基于測試數(shù)據(jù)，不提供任何分析解釋。對許多情況，通過外推曲線來獲得測試范圍以外的值，但這中外推法的正確性依賴于環(huán)境和曲線的平滑性。 Okumura模型為成熟的蜂窩和陸地移動(dòng)無線系統(tǒng)路徑預(yù)測提供最簡單和最精確的解決方案。但這種模型的主要缺點(diǎn)是對城區(qū)和郊區(qū)快速變化的反應(yīng)較慢。預(yù)測和測試的路徑損耗偏差為10dB到14dB。（2）中等起伏地上市區(qū)傳播損耗的中值在計(jì)算各種地形。地物上的傳播損耗是時(shí)，均以中等起伏地上市區(qū)傳播損耗的中值或場強(qiáng)中值作為基

5、準(zhǔn)，因而將其稱作基準(zhǔn)中值或基本中值。如果Amu(f,d)曲線在基準(zhǔn)天線高度下測的，即基站天線高度hb=200m，移動(dòng)臺(tái)天線高度hm=3m。中等起伏地上市區(qū)實(shí)際傳播損耗（LT）應(yīng)為自由空間的傳播損耗(LF)加上基本中值A(chǔ)mu(f,d)（可查得）。即： （3.2）如果基站天線高度h_b不是200m則損耗中值的差異用基站天線高度增益因子G(hb)表示，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)高度不是3m時(shí)，需用為移動(dòng)天線高度增益因子G(hm)加以修正。中等起伏地上市區(qū)實(shí)際傳播損耗（LT）為： （3.3）（3）郊區(qū)和開闊地傳播損耗的中值 郊區(qū)的建筑物一般是分散的、低矮的，故電波傳播條件優(yōu)于市區(qū)。郊區(qū)的傳播損耗中值比市區(qū)傳播損耗中值要

6、小。郊區(qū)場強(qiáng)中值與基準(zhǔn)場強(qiáng)中值之差定義為郊區(qū)修正因子，記作Kmr 。 開闊地的傳播條件優(yōu)于市區(qū)、郊區(qū)及準(zhǔn)開闊地，相同條件下，開闊地上的場強(qiáng)中值比市區(qū)高近20dB。Q0表示開闊地修正因子，Qr表示準(zhǔn)開闊地修正因子。（4）不規(guī)則地形上傳播損耗的中值 實(shí)際的傳播環(huán)境中，如下一些地形需要考慮，用來修正傳播損耗預(yù)測模型，其分析方法與前面類似。丘陵地的修正因子Kh孤立山丘修正因子Kjs斜坡地形修正因子Ksp水陸混合路徑修正因子Ks（5）任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值任意地形地區(qū)的傳播損耗修正因子KT一般可寫成 （3.4）根據(jù)實(shí)際的地形地物情況，KT修正因子可以為其中的某幾項(xiàng)，其余為零。任意地形地區(qū)的傳播損耗

7、的中值 （3.5）式中， 3.2.2 Okumura-Hata模型（1）概述Okumura-Hata模型在900MHz GSM中得到廣泛應(yīng)用，適用于宏蜂窩的路徑損耗預(yù)測。該模型的主要缺點(diǎn)是對城市和郊區(qū)快速變化的反應(yīng)快慢。預(yù)測和測試的路徑損耗偏差為10到14dB。Okumura-Hata模型是根據(jù)測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出的經(jīng)驗(yàn)公式，應(yīng)用頻率在150MHz到1 500MHz之間，并可擴(kuò)展3000MHz;適用于小區(qū)半徑大于1km的宏蜂窩系統(tǒng)，作用距離從1km 到20km 經(jīng)擴(kuò)展可延伸至100km;基站有效天線高度在30m到200m之間，移動(dòng)臺(tái)有效天線高度在1m到10m之間。Okumura-Ha

8、ta模型路徑損耗計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為： （3.6）式中，fc（MHz）為工作頻率； hte（m）為基站天線有效高度，定義為基站天線實(shí)際海拔高度與天線傳播范圍內(nèi)的平均地面海拔高度之差；hre（m）為終端有效天線高度，定義為終端天線高出地表的高度； d（km）：基站天線和終端天線之間的水平距離；(hre) 為有效天線修正因子，是覆蓋區(qū)大小的函數(shù)，其數(shù)字與所處的無線環(huán)境相關(guān)，參見以下公式。 （3.7）Ccell：小區(qū)類型校正因子，即 （3.8）Cterrain：地形校正因子，地形校正因子反映一些重要的地形環(huán)境因素對路徑損耗的影響，如水域、樹木、建筑等。合理的地形校正因子可以通過傳播模型的測試和校正得到，

9、也可以由用戶指定。（2）Okumura-Hata模型仿真Okumura-Hata模型是預(yù)測城市及周邊地區(qū)路徑損耗時(shí)使用最為廣泛的模型。它基于測試數(shù)據(jù)所作的圖表, 不提供任何的分析解釋。工作頻率在150MHz到1500MHz之間, 并可擴(kuò)展3000MHz; 作用距離從1km 到20km 經(jīng)擴(kuò)展可延伸至100km; 基站天線高度在30m 到200m 之間, 經(jīng)擴(kuò)展可延伸至1000m;移動(dòng)臺(tái)天線高度從1m 到10m。Hata模型則根據(jù)Okumura圖表數(shù)據(jù), 經(jīng)曲線擬合得出一組經(jīng)驗(yàn)公式。它以市區(qū)路徑傳播損耗為基準(zhǔn), 在此基礎(chǔ)上對其他地區(qū)進(jìn)行修正。實(shí)測中在基本確定了設(shè)備的功率、天線的高度后，可利用Ok

10、umura-Hata模型對信號(hào)覆蓋范圍做一個(gè)初步的測算。損耗單位為dB。 以下就是仿真過程，仿真所用程序見附錄，仿真得圖形如圖3-1和3-2所示：圖3-1 Okumura-Hata模型（d=0:100km; f=450MHz; h_m=5m;c_t=0;）圖3-2 Okumura-Hata模型（d=0:100km; f=900MHz; h_m=5m;c_t=0;）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(dòng)臺(tái)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;從仿真結(jié)果得知，在010km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

11、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。此外，在其他條件不變的情況下，頻率越大，衰減也就越大。Okumura-Hata模型適用于大區(qū)制移動(dòng)系統(tǒng)，但是不適合覆蓋距離不到1km的個(gè)人通信系統(tǒng)，Okumura-Hata模型基站天線高度高于其周圍屋頂?shù)暮攴涓C系統(tǒng)，因?yàn)樵诤攴涓C中，基站天線都安裝在高于屋頂?shù)奈恢茫瑐鞑ヂ窂綋p耗主要由移動(dòng)臺(tái)附近的屋頂繞射和散射決定。Okumura-Hata模型的建模不僅為蜂窩移動(dòng)和陸地?zé)o線信道傳播損耗的預(yù)測提供了方便實(shí)用的可視化解決方案, 而且解決了在無線信道建模

12、中存在的人機(jī)交互性差, 對模型進(jìn)行參數(shù)分析、綜合計(jì)算及全過程演示困難的問題。3.2.3 COST-231 Walfisch-Ikegami模型（1） COST-231 Walfisch-Ikegami模型的基本原理COST-231 Walfisch-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，它可用于宏蜂窩及微蜂窩作傳播路徑損耗預(yù)測，經(jīng)常在移動(dòng)通信的系統(tǒng)（GSM/PCS/DECT/DCS）的設(shè)計(jì)中使用。COST-231 Walfisch-Ikegami模型是基于Walfisch模型和Ikegami模型得到的，該模型也考慮了自由空間的路徑損耗、散射損耗以及由建筑物邊緣引起的附

13、加損耗，其使用范圍為頻率f在8002000MHz之間，基站天線高度h為450米，移動(dòng)臺(tái)天線高度hm為13米，距離d為0.025km。圖3-3為COST-231 Walfisch-Ikegami模型的示意圖。圖3-3 COST-231 Walfisch-Ikegami模型的示意圖COST-231 Walfisch-Ikegami模型分視距傳播（LOS）和非視距傳播（NLOS）兩種情況計(jì)算路徑損耗。視距（LOS）傳播路徑損耗為 （3.9）式中，Lf的單位為dB，的單位為MHz，的單位為km。在非視距傳播中，總的路徑損耗包括自由空間傳播損耗（Lfs），屋頂至街道的繞舌及散射損耗（Lrts），多重屏障

14、的繞射損耗（Lmsd）。其路徑損耗 （3.10）式中：Lfs為自由空間的路徑損耗，其依賴于載波頻率和距離，具體表達(dá)式為 （3.11）從式（3.9）中可以得出：Lfs雖頻率增加而增大，隨距離的增加也增大。Lrts為屋頂?shù)浇值赖睦@射和散射損耗，其取決于頻率、街道寬度、移動(dòng)臺(tái)的高度以及街道相對于基站、移動(dòng)臺(tái)連線的方位，具體表達(dá)式為： （3.12）這里， 式中，Lori是考慮到街道方向的實(shí)驗(yàn)修正值，且各項(xiàng)參數(shù)為 （3.13）從式（3.12）中可以得出：Lrts雖街道寬度增加而減少，雖建筑物增加而增大。Lmsd多重屏障的繞射損耗依賴于建筑建的距離、基站和移動(dòng)臺(tái)的高度以及載波頻率、基站高度和屋頂高度。具體

15、表達(dá)式為： （3.14）式中，Lbsh和Ka表示由于基站天線高度降低而增加的路徑損耗；Kd和Kf為Lmsd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)，各項(xiàng)參數(shù)的值為 （3.15） （3.16） （3.17） （3.18）從式（3.15）中得出：Lbsh雖建筑物間隔增大而減少；當(dāng)基站天線高于屋頂（）時(shí)，將導(dǎo)致54dB的損耗，當(dāng)天線低于屋頂時(shí)將導(dǎo)致多余54dB的損耗，此時(shí)當(dāng)鏈路距離相當(dāng)?。?lt;500m）時(shí)，超出54dB的損耗數(shù)會(huì)減?。划?dāng)基站天線高于屋頂（）時(shí)，距離每增加10km,Lmsd增加18dB；當(dāng)基站天線低于屋頂（）時(shí)，Lmsd雖距離的增大而增加的更多。（2） COST-231 Wa

16、lfisch-Ikegami模型仿真結(jié)果和分析這里只考慮基站天線高于建筑物平均高度的情況，；另外設(shè)移動(dòng)臺(tái)位于街道中央，并選取f=900MHz和1800MHz，基站天線高度hb=30m，街道寬度w=20m。移動(dòng)臺(tái)天線高度hm=1.5m，建筑物的間隔b=40m，入射電波與街道走向之間的夾角90°，建筑物高度hRoof=15m。以下就是仿真過程，仿真所用程序見附錄，仿真得圖形如圖3-4所示：圖3-4 COST-231 Walfisch-Ikegami模型仿真圖在仿真之前規(guī)定了非視距傳播(NLOS)適用條件和主要參數(shù)進(jìn)行，設(shè)定了非視距傳輸?shù)膮?shù)，分別對f=900MHz和f=1800MHz的非

17、視距傳播模型進(jìn)行了仿真，對于視距模型只對f=900MHz這個(gè)頻率進(jìn)行了仿真。從仿真結(jié)果可以得知，對于COST-231 Walfisch-Ikegami模型在00.5km范圍內(nèi)大幅度衰減，在0.5km之后緩慢衰減切成上升趨勢，很明顯視距路徑損耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于非視距損耗，這是在相同發(fā)射頻率下。對于非視距路徑損耗在不同發(fā)射頻率下，也是頻率越高，意味著損耗也就越大。3.2.4 COST-231 Hata模型（1）COST-231 Hata模型的基本原理 COST-231Hata模型和Okumura-Hata模型主要的區(qū)別是頻率衰減的系數(shù)不同， 其中頻率衰減因子為33.9，Okumura-Hata模型的頻率

18、衰減因子為26.16另外COST-231Hata模型還增加了一個(gè)大城市中心衰減Cm，大城市中心地區(qū)路徑損耗增加3dB。COST 231-Hata模型路徑損耗Lp隨著f，d的增加而增大，隨著hb，hm的增大而減小，所以在給定的范圍內(nèi)，f、d越大，hb、hm越小，路徑損耗Lp越大；f、d越小，、越大，路徑損耗Lp越小。 COST 231-Hata模型路徑損耗Lp在不同的環(huán)境中有所不同，在大城市，中小城市，郊區(qū)，鄉(xiāng)村的損耗依次減小。COST 231-Hata傳播模型適合于長距離（1200km）對15002000MHz頻段進(jìn)行預(yù)測。它適合DCS1800（1800MHz數(shù)字蜂窩系統(tǒng)）、UMTS（通用移動(dòng)

19、通信系統(tǒng)）及GSM1800的宏蜂窩技術(shù)。國內(nèi)外的有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道了TD-SCDMA系統(tǒng)應(yīng)套用的傳播模型，普遍認(rèn)為應(yīng)使用CSOT231-Hata傳播模型，但由于CSOT231-Hata傳播模型約適用于上限頻率為2000MHz，與TD-SCDMA系統(tǒng)頻段稍有差異，所以COST231-Hata模型為基礎(chǔ)的TD-SCDMA傳播模型在頻率參數(shù)上需要進(jìn)一步校正。COST-231 Hata模型是以載頻1500MHzf200MHz，基站天線高度 30mHb200m,移動(dòng)臺(tái)天線高度 1mHm10m，基站和移動(dòng)臺(tái)間的距離 1kmd20km為基準(zhǔn)條件得到的。COST 231-Hata模型路徑損耗計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為： （3

20、.19）式中，為移動(dòng)臺(tái)天線高度修正因子，由下式給出：即 （3.20） 為小區(qū)類型校正因子，由下式給出：即 （3.21）為大城市中心校正因子，由下式給出：即 （3.22）式中：f為載頻，為基站天線高度，為移動(dòng)臺(tái)天線高度，d為基站和移動(dòng)臺(tái)間的距離，為地形校正因子，反映了一些重要的地形環(huán)境因素對路徑損耗的影響，如水域、樹木、建筑等。合理的地形校正因子可以通過傳播模型的測試和校正得出，也可以由用戶指定。（2） COST 231-Hata模型仿真及結(jié)果分析以下就是仿真過程，仿真所用程序見附錄，仿真得圖形如圖3-5和3-6所示，圖3-5為相同條件下不同區(qū)域的路徑損耗，圖3-6為同一區(qū)域不同條件下的路徑損耗

21、。圖45相同條件下不同區(qū)域的路徑損耗 分別測試大城市、中小城市、郊區(qū)三個(gè)不同區(qū)域的無線環(huán)境路徑傳輸損耗，大城市路徑損耗最大，中小城市次之，郊區(qū)最小。因?yàn)榇蟪鞘懈叽蠼ㄖ锞薅啵腥思败囕v復(fù)雜繁多，他們都會(huì)對信號(hào)的傳播形成障礙，使得信號(hào)散射、反射、繞射的機(jī)會(huì)增多，程度加重，受多徑衰落的影響嚴(yán)重；中小城市相對于大城市而言，其建筑物，行人及車輛都會(huì)少許多，無線傳輸環(huán)境的質(zhì)量相對較好，路徑損耗較低；而郊區(qū)多為空曠地帶，無線信號(hào)多為視距傳播，受多徑衰落影響最小，主要為大尺度衰落。圖45 同一區(qū)域不同條件下的路徑損耗 同一區(qū)域（如大城市中），在載頻（f）、基站天線高度（Hb）相同的情況下，隨著移動(dòng)臺(tái)天線高度

22、（Hm）的增高路徑傳輸損耗減?。煌粎^(qū)域（如中小城市中），在載頻（f）、移動(dòng)臺(tái)天線高度（Hb）相同的情況下，隨著基站天線高度（Hb）的增高路徑傳輸損耗減小；同一區(qū)域（如郊區(qū)），在基站天線高度（Hb）、移動(dòng)臺(tái)天線高度（Hm）相同的情況下，隨著載頻（f）的增加路徑傳輸損耗增加。所以，路徑傳輸損耗隨著基站天線高度（Hb）和移動(dòng)臺(tái)天線高度（Hm）的增高而減小，隨著載頻（f）和傳輸距離（d）的增加而增加。3.2.5結(jié)論由仿真條件可知COST-231 Hata模型工作頻段較小，Okumura-Hata模型和COST-231 Walfisch-Ikegami模型工作頻段較大，Okumura-Hata模型和C

23、OST-231 Hata模型作用距離較長，而COST-231 Walfisch-Ikegami模型作用距離較短，Okumura-Hata模型和COST-231 Hata模型可以用于宏蜂窩，而COST-231 Walfisch-Ikegami模型可以用于微蜂窩，Okumura-Hata模型和COST-231 Hata模型基站天線高度和移動(dòng)臺(tái)天線高度范圍較大，COST-231 Walfisch-Ikegami模型范圍較小，Okumura-Hata模型和COST-231 Hata模型可以用于城市等高建筑群區(qū)域，COST-231 Walfisch-Ikegami模型用于低建筑群區(qū)域。由仿真結(jié)果可以知道

24、，對于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停谄渌麠l件不變的情況下，頻率越高，傳播過程中的損耗也就越大。對于Okumura-Hata模型，中小城市和大城市在移動(dòng)臺(tái)高度、頻率、基站高度一定的情況下，損耗基本上是相同的，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，Okumura-Hata模型適用于大區(qū)制移動(dòng)系統(tǒng)，但是不適合覆蓋距離不到1km的個(gè)人通信系統(tǒng)，Okumura-Hata模型基站天線高度高于其周圍屋頂?shù)暮攴涓C系統(tǒng)，因?yàn)樵诤攴涓C中，基站天線都安裝在高于屋頂?shù)奈恢?，傳播路徑損耗主要由移動(dòng)臺(tái)附近的屋頂繞射和散射決定；對于COST-231模型，隨著距離的增加，信道的衰減呈上升趨勢。衰減最大的是中小

25、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)，COST-231模型和Okumura-Hata模型主要的區(qū)別在于頻率衰減系數(shù)的不同。COST-231 Hata模型的頻率衰減因子為33.9，而Okumura-Hata模型的頻率衰減因子為24.16。另外，COST-231模型還增加了一個(gè)大城市中心衰減因子CM；對于COST-231 Walfisch-Ikegami模型，很明顯視距路徑損耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于非視距損耗。3.3室內(nèi)模型3.3.1衰減因子模型衰減因子模型為室內(nèi)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，用于同層或不同層的傳播路徑損耗的預(yù)測。由于該模型路徑損耗線性地取決于收發(fā)天線之

26、間距離對數(shù)，因此也把該模型稱為單斜率模型。衰減因子模型靈活性很強(qiáng)，精度高。其理論預(yù)測值與實(shí)際預(yù)測值得標(biāo)準(zhǔn)偏差為4dB。而對數(shù)距離的偏差達(dá)13dB。但衰減因子模型的誤差比較大，常用于覆蓋估計(jì)，工程中也常用實(shí)際模型測試來修正衰減因子。對于同層傳播的路徑損耗表示為： （3.23）式中表示同層路徑損耗的指數(shù)值，對于不同類型的覆蓋區(qū)域nsf有所不同，具體見表（3-1），F(xiàn)AF表示樓層衰減因子，在遇到障礙物時(shí)，可根據(jù)障礙的類型折算相應(yīng)的損耗，表（3-2）列出了典型障礙物的FAF值。表3-1 nsf在各種不同區(qū)域下的取值覆蓋區(qū)域類型路徑損耗指數(shù)值開闊區(qū)域2.5半開闊半封閉區(qū)域3全封閉區(qū)域3.5表3-2 典型

27、障礙物的FAF參考值玻璃墻（dB）普通磚墻（dB）鋼筋混凝土墻（dB）金屬、隔音墻（dB）23810151825以上對于目前WLAN來說，頻段為2400MHZ;室內(nèi)環(huán)境中近地距離取1米f取2400MHZ時(shí)的路徑損耗為40 dB；根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，大型建筑物樓層之間往往采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對信號(hào)的屏蔽很強(qiáng)，一般只考慮信號(hào)對同層的覆蓋，實(shí)際公式可省去FAF。即： （3.24）Devasirvatham等人發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)路徑損耗等于自由空間損耗加上附加損耗因子，且隨距離成指數(shù)增長，對于多層建筑物，公式（3.23）可以改為： （3.25）其中， 為信道的衰減常數(shù)，為頻率的函數(shù)，單位是dB/m。 Dev

28、asirvatham等對模型提出修正，在850，1700和4000MHZ所得的實(shí)驗(yàn)值表示對四層建筑物的衰減因子在0.62和0.47dB/m之間變化。而對二層建筑物在0.48和0.23dB/m之間變化。 表43 衰減因子改進(jìn)模型參數(shù)建筑物類型頻率MHZa建筑物1（四層）8500.6217000.5740000.47建筑物2（兩層）8500.4817000.3540000.23 3.3.2 Keenan-Motley模型無線電波室內(nèi)傳播 Keenan-Motley模型通過安裝在室外的無線來接受從外界傳來的無線信號(hào)，通過有線接口的轉(zhuǎn)換并在有線路徑上傳輸至室內(nèi)接、收轉(zhuǎn)換器，由室內(nèi)接收轉(zhuǎn)換器將有線信道傳

29、來的信號(hào)轉(zhuǎn)化成適合在無線信道上傳輸?shù)男畔?，并通過室內(nèi)發(fā)射天線發(fā)射出去，并由移動(dòng)臺(tái)內(nèi)的接收天線接收。 Keenan-Motley模型適用于900MHZ和2GHZ室內(nèi)環(huán)境。 （3.26）其中，Lr為路徑損耗；d是到天線的距離（m）；f是頻率（MHz);k是直達(dá)波穿透的墻壁數(shù)；F是樓層衰減因子（dB)；P是直達(dá)波穿透的墻壁數(shù)；W是墻壁衰減因子（dB）； Ld是多經(jīng)損耗因子（dB)；把信道中傳播的多徑分量發(fā)生的傳輸損耗和與散射體發(fā)生碰撞產(chǎn)生的發(fā)射損耗分開時(shí)，多徑分量的幅度增益可表示為： ， >1 （3.27）其中，i表示多徑傳播中的一根射線在傳播過程中經(jīng)歷的反射次數(shù)，（對于非視距傳播情況下，則i

30、0）；l表示經(jīng)歷了i 次反射的第l條多徑分量；k表示第il條射線的第k次反射。，是載波的波長。是由于對散射體的反射而造成的路徑損耗，用來表征第il條多徑分量經(jīng)過k次反射之后的能量損失，單位為dB。是由于天線方向性等因素造成的能量損耗，單位也為dB 。（i）為Dirac-函數(shù)； 是第il條射線的路徑長度，>1是遠(yuǎn)場輻射條件的要求。由于實(shí)際傳播環(huán)境中反射的復(fù)雜性，可以被建模為一個(gè)呈正態(tài)分布的隨機(jī)變量，即?？紤]了多徑分量在傳播過程中與散射體碰撞產(chǎn)生的反射損耗之后，利用電磁波傳播的概率模型，在NLOS情況下，制定位置r處的接受功率可以計(jì)算如下： （3.28）式中是發(fā)射功率，分別是發(fā)射增益和接收增

31、益，是在連續(xù)情形下從原點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過i次反射，最后到達(dá)位置（x，y）的隨機(jī)射線的概率密度函數(shù)。在二維平明中，我們主要研究Euclid距離度量下的連續(xù)情形隨機(jī)射線的概率密度函數(shù)為： （3.29）式中為一個(gè)約束參數(shù)，一般可以令，k表示反射的次數(shù)。是二維滲流網(wǎng)格中一個(gè)非常重要的幾個(gè)參數(shù)，定義為網(wǎng)格中非空格子之間的平均距離，寫為，其中，a是網(wǎng)格的間隔，p是網(wǎng)格為空的概率。不失一般性，我們可以將參數(shù)先設(shè)置為：，經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以得到Euclid距離度量下的隨即網(wǎng)絡(luò)信道中（x, y）處的接受功率為： （3.30）其中C為常數(shù)，是初始損耗量，3.3.3對數(shù)距離路徑損耗模型室內(nèi)無線信道與傳統(tǒng)的無線信道相比

32、，具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：其一，室內(nèi)覆蓋面積小得多；其二；收發(fā)機(jī)間的傳播環(huán)境變化更大。研究表明，影響室內(nèi)傳播的因素主要是建筑物的布局，建筑材料和建筑類型等。室內(nèi)通道分為兩種，一種是視線可及的信道，另一種是受到不同程度阻隔的通道。建筑物有許多不同的間隔方式，它們的實(shí)體和電氣特性也差異很大，很難靠著通用模型來分析室內(nèi)信道。下列方程式是利用對數(shù)距離路徑損耗模型所得到的室內(nèi)信道實(shí)際路徑損耗模型： (3.31)其中X是以分貝為單位的零平均值高斯隨機(jī)變量， 則是標(biāo)準(zhǔn)差。如果為固定裝置，則可的影響忽略不計(jì)。利用式(3.32)計(jì)算式（3.31）中距離的路徑損耗值，再將結(jié)果代入式（3.31）即可得到： (3.32)

33、 (3.33)n的值不會(huì)隨頻率改變太多，但會(huì)受周圍環(huán)境和建筑物類型影響。 建筑物內(nèi)的傳播模型包含建筑物類型和障礙物的影響。此模型不但有彈性，還能將路徑損耗測量值與預(yù)測值間的標(biāo)準(zhǔn)差減到4dB左右，勝過僅使用對數(shù)距離模型是的13dB，式(3.34)衰減因子模型； (3.34)其中nSF代表同樓層測量時(shí)的路徑損耗指數(shù)，F(xiàn)AF則是 很多研究表明，無論室內(nèi)與室外，平均接收信號(hào)功率距離的對數(shù)衰減。而室內(nèi)路徑損耗遵從公式： (3.35)其中，n為路徑損耗指數(shù)，表明路徑損耗隨距離增長的速率，它依賴于周圍壞境和建筑物類型。d0為近地參考距離，pl（d0）為參考路徑損耗，由測試決定，d為收發(fā)天線之間的距離。標(biāo)識(shí)標(biāo)

34、準(zhǔn)偏差為的正態(tài)隨機(jī)變量，考慮環(huán)境雜亂因子。該模型可用于無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析過程中，對任意位置接收功率進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。3.4小結(jié)移動(dòng)通信系統(tǒng)與固定通信系統(tǒng)基本區(qū)別在于信號(hào)的傳播特征不同，信號(hào)傳輸過程很難確定，尤其是在室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境中，移動(dòng)通信信道在這些條件下的復(fù)雜性使得無法推導(dǎo)出能估計(jì)任一點(diǎn)給定點(diǎn)上的信號(hào)場強(qiáng)值的模型。移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員利用的模型，要么就是統(tǒng)計(jì)的和近似地反映真實(shí)環(huán)境的，要么就是需要功能強(qiáng)大地計(jì)算機(jī)來進(jìn)行計(jì)算，已獲得更確切的結(jié)果。如果要采用更為精確的方法，則需要知道傳輸環(huán)境的詳細(xì)、精確的數(shù)據(jù)（如建筑物的位置和尺寸、類型等）。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段運(yùn)用這些模型進(jìn)行傳播預(yù)測是非常重

35、要的，對蜂窩系統(tǒng)尤其是這樣。附錄 Okumura-Hata模型源程序clc;clear all;disp('please input d= ?(0:100)')d=input('d= ');disp('please input f = ?(150:1500)')f=input('f= ');disp('please input h_m= ?(1:10)')h_m=input('h_m= ');disp('please input c_t=?')c_t=input( 'c_t=

36、 ') %地形校正因子，本程序中取為零l_p1=okumura_hata_mode(f,h_m,d,1,1,c_t); %中小城市okumura_hata_model_p2=okumura_hata_mode(f,h_m,d,2,1,c_t); %大城市（f<=300MHz)okumura_hata_model_p3=okumura_hata_mode(f,h_m,d,3,1,c_t); %大城市（f>=300MHz)okumura_hata_model_p4=okumura_hata_mode(f,h_m,d,2,2,c_t); %郊區(qū)okumura_hata_model

37、_p5=okumura_hata_mode(f,h_m,d,3,3,c_t); %鄉(xiāng)村okumura_hata_modeplot(d,l_p1,'-r',d,l_p2,'-r',d,l_p3,'-r',d,l_p4,'.',d,l_p5,'.m');xlabel('距離 /km');ylabel('路徑損耗 /dB');title('Okumura-Hata模型路徑損耗');legend('中小城市','大城市f<=300MHz'

38、,'大城市f>=300MHz','郊區(qū)','鄉(xiāng)村','location','best') ;function l_p=okumura_hata_mode(f,h_m,d,q,p,c_t)if q=1&p=1 a=(1.1*log10(f)-0.7).*h_m-(1.56*log10(f)-0.8); %中小城市，移動(dòng)臺(tái)天線高度修正因子 h_b=50; c=0; elseif q=2&p=1 a=8.29*(log10(1.54*h_m).2-1.1; %大城市（f<=300MHz)，移動(dòng)

39、臺(tái)天線高度修正因子 h_b=50; c=0; else q=3&p=1 a=3.2*(log10(11.75.*h_m).2-4.97; %大城市（f>300MHz)，移動(dòng)臺(tái)天線高度修正因子 h_b=50; c=0; end% if q=1&p=1% c=0; %城市，小區(qū)類型修正因子c% end if q=2&p=2 c=-2*(log10(f/28).2-5.4; %郊區(qū)，小區(qū)類型修正因子c a=(1.1*log10(f)-0.7).*h_m-(1.56*log10(f)-0.8); h_b=100;elseif q=3&p=3 c=-4.78*(lo

40、g10(f).2-18.33*log10(f)-40.98; %鄉(xiāng)村，小區(qū)類型修正因子c a=(1.1*log10(f)-0.7).*h_m-(1.56*log10(f)-0.8); h_b=100;endl_p=69.55+26.16*log10(f)-13.82*log10(h_b)-a+(44.9-6.55*log10(h_b)*log10(d)+c+c_t;附錄COST-231 Walfisch-Ikegami模型源程序：clc;clear all;f=900;d=0.02:0.01:5;y=Walfish_Ikegami_LOS(900,d);d1=0.02:0.01:5;Model

41、=1;Hm=1.5;Hb=30;w=20;b=40;Phi=90;Hroof=15;f1=900;f2=1800;y1=Walfish_Ikegami_NLOS(Model,f1,d1,Hm,Hb,Hroof,w,b,Phi);y2=Walfish_Ikegami_NLOS(Model,f2,d1,Hm,Hb,Hroof,w,b,Phi);plot(d,y,'-b',d1,y1,'-r',d1,y2,':k');xlabel('距離 /km');ylabel('路徑損耗 /dB');title('COST-

42、231-Walfish-Ikegami模型路徑損耗');legend('視距路徑損耗f=900MHz','視距路徑損耗f=900MHz','視距路徑損耗f=1800MHz','location','best') ;grid;%COST-231-Walfish-Ikegami視距模型function y=Walfish_Ikegami_LOS(f,d) y=42.6+26*log(d)+20*log(f);%COST-231-Walfish-Ikegami非視距模型function y=Walfish_Ike

43、gami_NLOS(Model,f,d,Hm,Hb,Hroof,w,b,Phi)Lfs=32.45+20*log(d)+20*log(f);%自由空間的損耗%-從屋頂?shù)浇值赖睦@射和散射損耗if (Phi>=0)&Phi<35 Lori=-10+0.354*Phi;elseif Phi>=35&Phi<55 L0ri=2.5+0.075*(Phi-35);elseif Phi>=55&Phi<=90 Lori=4.0+0.114*(Phi-55);endLrts=-16.9-10*log(w)+10*log(f)+20*log(Hb-H

44、m)+Lori;%考慮到街道方向的實(shí)驗(yàn)修正值if Hroof>Hm Lrts=Lrts;else Lrts<=0 Lrts=0;end%-多屏繞射損耗if Hb>Hroof Lbsh=-18*log(1+Hb-Hroof);else Lbsh=0;endif Hb>Hroof ka=54;elseif Hb<=Hroof&d>=0.5 ka=54-0.8*(Hb-Hroof); elseif Hb<=Hroof&d<0.5 ka=54-0.8*(Hb-Hroof)*(d/0.5);endif Hb>Hroof kd=18;e

45、lse kd=18-15*(Hb-Hroof)/Hroof;endif Model=1 %-Model=1;中等規(guī)模城市和植被密度適中的郊區(qū)中心 kf=-4+0.7*(f/925-1);elseif Model=2 %-Model=2;大城市的中心 kf=-4+1.5*(f/925-1);endLmsd=Lbsh+ka+kf*log(f)+kd*log(d)-9*log(b);%多屏繞射損耗y=Lfs+Lrts+Lmsd;%非視距傳播路徑損耗附錄COST-231 Hata 模型源程序：（不同區(qū)域相同工作條件）clear;f=1800;Hm=3;Hb=150;d=1:20;C_terrian=0

46、;Cm=3; %大城市a_Hm=3.2*(log10(11.75*Hm)2-4.97;C_cell=0;Lp1=46.3+33.9*log10(f)-13.82*log10(Hb)-a_Hm+(44.9-6.55*log10(Hb)*log10(d)+C_cell+C_terrian+Cm; %大城市損耗；Cm=0; %中小城市a_Hm=(1.1*log10(f)-0.7)*Hm-(1.56*log10(f)-0.8);C_cell=0;Lp2=46.3+33.9*log10(f)-13.82*log10(Hb)-a_Hm+(44.9-6.55*log10(Hb)*log10(d)+C_cel

47、l+C_terrian+Cm; %中小城市損耗；Cm=0; %郊區(qū)a_Hm=3.2*(log10(11.75*Hm)2-4.97;C_cell=-2*(log10(f/28)2-5.4;Lp3=46.3+33.9*log10(f)-13.82*log10(Hb)-a_Hm+(44.9-6.55*log10(Hb)*log10(d)+C_cell+C_terrian+Cm; %郊區(qū)損耗；plot(d,Lp1,'m',d,Lp2,'b-',d,Lp3,'k');title('COST-231 Hata模型');xlabel('

48、收發(fā)天線間的水平距離/km');ylabel('路徑損耗/dB');legend('大城市損耗,f=1800MHz,Hb=150m,Hm=3m','中小城市損耗,f=1800MHz,Hb=150m,Hm=3m','郊區(qū)損耗,f=1800MHz,Hb=150m,Hm=3m',4)（同一區(qū)域不同工作條件）clear;f=1800; %大城市 Hm=3Hm=3;Hb=150;d=1:20;C_terrian=0;Cm=3; a_Hm=3.2*(log10(11.75*Hm)2-4.97;C_cell=0;Lp1=46.3+33.9*log10(f)-13.82*log10(Hb)-a_Hm+(44