无线信道建模与仿真(6)

· 频率f： 800～2000 MHz； · 距离d： 0.02～5 km； · 基站天线高度hb： 4～50m； · 移动台天线高度hm： 1～3 m。 1) 可视传播路径损耗 可视传播路径损耗的计算公式为

Lb?42.6?26lgd?20lgf (2-53)

式中损耗Lb以dB计算，距离d以km计算，频率f以MHz计算。(下面公式中的参量单位与该式相同)

2) 非可视传播路径损耗 非可视传播路径损耗的计算公式为

Lb?L0?Lrts?Lmsd （2-54）

式中，L0是自由空间传播损耗；Lrts是屋顶至街道的绕射及散射损耗；Lmsd是多重屏障的绕射损耗。

(1) 自由空间传播损耗的计算公式为

L0?32.4?20lgd?20lgf （2-55）

(2) 屋顶至街道的绕射及散射损耗(基于Ikegami模型)的计算公式为

??16.9?10lg??10lgf?20lg?hm?LoriLrts???0hroof?hmLrts?0 (2-56)

?hm?hroof?hm为建筑物高度hroof与移动台天线高度hm之差(m)；?为街道宽度(m)；Lori式中：

是考虑到街道方向的实验修正值，且

??10?0.354??Lori??2.5?0.075(??35)?4.0?0.114(??55)? (2-57)

式中的?是入射电波与街道走向之间的夹角。

(3) 多重屏障的绕射损耗(基于Walfish模型)的计算公式为

Lmsd?Lbsh?Ka?Kdlgd?Kflgf?9lgb??Lmsd?0?0 (2-58)

式中，b为沿传播路径建筑物之间的距离(m)；Lbsh和Ka表示由于基站天线高度降低而增加的路径损耗；Kd和Kf为Lmsd与距离d和频率f相关的修正因子，与传播环境有关。以上参数的值如下：

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??18lg(1??hb)Lbsh???0 (2-59)

?hb?hroof54??K???54?0.8??hb hb?hroof且d?0.5km (2-60)

?dhb?hroof且d?0.5km54?0.8??h?b?0.5?18?hb?hroof?Kd??18?5??hb (2-61)

hb?hroof?hroof???f??4?0.7?1中等密度树木的郊区中心??，用于中等城市及具有??925?? (2-62) Kf??f????4?1.5??1?，用于大城市中心?925???以上式中的hb和hroof分别为基站天线和建筑物屋顶的高度(m)，?hb为两者之差：

?hb?hb?hroo f （2-63）

3) f=1800MHz的传输损耗

在同一条件下，f=1800MHz的传输损耗可用900MHz的损耗值求出，即：

L1800?L900?10dB （2-64）

一般来说，用COST-231模型作微蜂房覆盖区预测时，需要详细的街道及建筑物的数据,不宜采用统计近似值

但在缺乏周围建筑物详细数据时，COST-231推荐使用下述缺省值：

· b=20~50m； · w=b/2;

· fh =3×（楼层数）+ ?oor · φ=90°。

应该说明，当基站天线高度与其附近的屋顶高度大致在同一水平时，其高度差的微小变化将引起路径损耗的急剧变化，此时采用COST-231模型进行场强预测误差较大。此外，当天线高度远小于屋顶高度时，误差也较大。

对COST-231/Walfish/Ikegami模型在某城市的预测值与实测值作比较，平均误差在±3 dB的范围内，标准偏差为5～7 dB。

?3斜顶 ， ?0平顶22

假定f=880MHz，hm=1.5m，hb =30m，hroof =30m，平顶建筑， φ=90°，w=15m，

则COST-231/Walfish/Ikegami模型和Hata模型的比较如图2-19所示。从图中可以看出，Hata模型给出的路径损耗要低13~16 dB。

图2-19 COST-231/Walfish/Ikegami模型和Hata模型的比较

3. 室内(办公室)测试环境路径损耗模型

室内(办公室)路径损耗的基础是COST-231模型，定义如下：

?L?Lfs?Lc??k?n?2wiLwi?n?n?1?b????Lf 式中：Lfs—发射机和接收机之间的自由空间损耗；

Lc—固定损耗；

kwi—被穿透的i类墙的数量；

n—被穿透楼层数量；

Lwi—i类墙的损耗； Lf—相邻层之间的损耗；

b—经验参数。

表2-3 对损耗分类的加权平均 损耗类型 说明 因子/dB 典型的楼层结构（即办公室） —空心墙砖； Lf —加钢筋的混凝土； 18.3 —厚度<30cm 轻型内墙 L—灰泥板； w1 —有大量孔洞的墙（如窗户） 3.4 内墙 L—混凝土、砖 w2 —最小数量的孔洞 6.9 23

2-65）

（室内路径损耗(dB)模型可用下面的简化形式表示:

L?37?30lgd?18.3n?n?2??0.46??n?1?? （2-66）

式中，d为收发信机的距离间隔(m)，n为在传播路径中楼层的数目。L在任何情况下应小于自由空间的损耗，对数正态阴影衰落标准偏差为12 dB。 4. 多径信道的冲激响应模型 1). 基本多径信道的冲激响应模型

我们已对多径的传输原理进行了讨论，在多径环境下，信道的冲激响应可以表示为

h(t)??ak?(t?tk)ej?kk?0N （2-67）

式中: N表示多径的数目；ak表示每个多径的幅值（衰减系数）；tk表示多径的时延（相对时延差）；?K表示多径的相位。

该多径信道可以采用图2-20所示的方法来仿真。设最大多普勒频率为fm。图中假定每一条路径的幅度均服从瑞利分布，即每一条路径的信号幅度可以看成是窄带高斯过程（该模型称为Clarke模型，每一路径由若干个具有相同功率的从不同角度（按均匀分布）到达接收机的信号组成），则其功率谱可以表示为

PS(f)?av?fm??1?2?1?(f/f)m??1/2 f?fm （2-68）

式中, Pav是每一路信号的平均功率。该式被称为典型的多普勒谱（简称为典型谱）。利用该式产生瑞利衰落的过程如图2-21所示。首先产生独立的复高斯噪声的样本，并经过FFT后形成频域的样本，然后与S(f)开方后的值相乘，经IFFT后变换成时域波形，再经过平方，将两路的信号相加和开方运算后，形成瑞利衰落的信号。

图2-20 多径信道的仿真模型

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图2-21 瑞利衰落的产生示意图

当每一路径信号中有直射分量时，其信号幅度的功率谱由典型谱和一条直射路径谱组成，可以表示为

?0.41?1S(f)???2?fm?1?(f/fm)2?1/2?0.91?(f?0.7fm) （2-68）

该式被称为莱斯多普勒谱（简称为莱斯谱）。

在COST-207中还用到了两类高斯多普勒谱(GAUS1和GAUS2)， 其表达式为

?(f?0.8fm)2??(f?0.4fm)2?SGAUS1(f)?Aexp???2(0.05f)2???A1exp???2(0.1f)2??mm?????(f?0.7fm)2??(f?0.4fm)2?SGAUS2(f)?Bexp???2(0.1f)2???B1exp???2(0.15f)2??mm????式中： A1?A?10dB， B1?B?10dB 2). GSM标准中的多径信道模型

（2-69）

在GSM标准中规定了乡村地区(RA)、典型市区(TU)、典型山区(HT)等情况下的多径模型。 其中乡村地区(RA)和典型市区(TU)及简化的典型市区模型分别如表2-4、2-5和2-6所示。表中给出了两组等效的参数（1）和（2）；表2-4和2-6由6条多径组成，表2-5由12条多径组成，对于每一条多径给出了它的相对时间、平均相对功率和其多普勒谱的类型，它们主要由莱斯频谱和典型谱组成。

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