无线信道建模与仿真(8)

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： 当f=900MHz，f=1800MHz时的仿真图如下：

（a）

（b）

图3-1 自由空间模型仿真图（a）f=900MHz （b）=1800MHz

2.仿真结果分析

对于自由空间传播模型，我只是假设没有遮挡物，在实际当中，这种情况是不存在的，

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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，这种假设也是为了研究复杂损耗的方便。此次仿真只对f=900MHz和f=1800MHz两个频段进行了仿真。从图中可以看到在0~10km范围内衰减最为严重，10km之后衰减平缓且成上升趋势.从式3-1中看出，在距离一定的情况下，影响空间损耗的就是频率了，频率不同，损耗也不同。当距离一定时，f分别取900MHZ、1800MHZ时损耗的差别为6.02dB，也就是说在每个点上，f=1800MHz比f=900MHz损耗多了6.02dB，从图中不难看出这种差别是明显的，自由空间模型中传播损耗曲线是对数曲线。因此可以这么说频率越大，在自由空间传播过程中的损耗也就越大。

3.3 经验模型仿真及结果分析

3.3.1 Okumura-Hata模型仿真及结果分析 1. Okumura-Hata模型仿真

Okumura 模型是预测城市及周边地区路径损耗时使用最为广泛的模型。它基于测试数据所作的图表, 不提供任何的分析解释。工作频率在150MHz到1920MHz之间, 并可扩展3000MHz; 作用距离从1km 到20km 经扩展可延伸至100km; 基站天线高度在30m 到200m 之间, 经扩展可延伸至1000m;移动台天线高度从1m 到10m。Hata 模型则根据Okumura 图表数据, 经曲线拟合得出一组经验公式。它以市区路径传播损耗为基准, 在此基础上对其他地区进行修正。

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：

Lm?69.55?26.16lgf?13.82lgHb?a(Hm)?(44.9?6.55lgHb)?lgd （3-2）

(m)，基站高度

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Hb(m)；a(Hm)为移动天线修正因子。 对于中小城市有：

a(Hm)?(1.11lgf?0.7)Hm?(1.56lgf?0.8)Hm （3-3）

对于大城市：

a(Hm)?8.29[lg(1.54Hm)]2?1.1a(Hm)?3.2[lg(11.75Hm)]2?4.97对于郊区，Okumura-Hata经验公式如下：

Lm?L(市区)?2[lg(f/28)]2?5.4f?300MHzf?300MHz （3-4）

（3-5）

（3-6）

在农村，Okumura-Hata经验公式如下：

Lm?L(市区)?4.78(lgf)2?18.33lgf?40.98所写的函数为wireless_hata_attenuation.m。所用的仿真过程为Simulink_wire

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less_hata_attenuation.m中，仿真参数为，

表3-1 Okumura-Hata模型仿真参数 地物类型 基站高度(m) 移动台高度(m) 频率(MHz) 城区 50 1.5 郊区 100 1.5 农村 100 1.5 900(450) 900(450) 900(450) 仿真结果如下：

（a）

（b）

图3-2 Okumura-Hata模型仿真图 (a)f=900MHz (b)f=450NHz

2.仿真结果分析

从仿真结果中可以看出，中小城市和大城市地形地物基本上差别不大，而移动台高度、频率、基站高度一定的情况下，损耗曲线基本上是重合的;从仿真结果得知，在0~10km范围中损耗急剧上升，10km之后信道的衰减虽然也是随着距离的增加也有增大的趋势但相比之下，衰减更为平缓，从图中不难看出，在相同的频率下中小城市和大城市的衰减最为严重，郊区次之，农村的衰减最少，这是因为在城市当中造成衰减的因素更多。此外，我也验证了在其他条件不变的情况下，频率越大，衰减也就越大。Okumura-Hata模型适用于大区制移动系统，

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但是不适合覆盖距离不到1km的个人通信系统，Okumura-Hata模型基站天线高度高于其周围屋顶的宏蜂窝系统，因为在宏蜂窝中，基站天线都安装在高于屋顶的位置，传播路径损耗主要由移动台附近的屋顶绕射和散射决定。Okumura-Hata模型的建模不仅为蜂窝移动和陆地无线信道传播损耗的预测提供了方便实用的可视化解决方案, 而且解决了在无线信道建模中存在的人机交互性差, 对模型进行参数分析、综合计算及全过程演示困难的问题。

但是再利用上述公式计算路径损耗时，必须注意基站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3-2 天线安装不同对Lm的修正 天线安装位置 室内（非窗户旁） 窗户旁 室外 修正值/dB －15 －3 0 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3-3 地形不同对Lm的修正 地形 丘陵地区 开阔区 修正值/dB 10 25 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3-4 衰落类型不同对Lm的修正 衰落类型 瑞利衰落 正态衰落 余量储备/dB 0～8 6 3.3.3 COST-231 Hata模型仿真及结果分析 1. COST-231 Hata模型仿真

在不少城市的高密度区，经过小区分裂站距已缩到数百米。而在基站密集的地域是使用Okumura-Hata模型将出现预测值明显偏高的问题，因此，EURO-COST组成COST-231工作委员会，提出了Okumura-Hata模型的扩展模型，即COST-231模型。其适用频率范围是1500～2300MHz，基站有效天线高度在30～200m之间，移动台有效天线高度在1~10m之间，d的范围在1～20km之间。

COST-231 Hata模型路径损耗的计算公式为：

Lm?46.3?33.9lgf?13.82lgHb?a(Hm)?(44.9?6.55lgHb)?lgd?Cm ( 3-7)

H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(m)，基站高度Hb(m)；a(Hm)为移动天线修正因子。CM为大城市中心校正因子。在中等城市和郊区，CM

＝0dB，在市中心，CM＝3dB。

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函数为wireless_COST231_hata_attenuation.m，所用的仿真过程为Simulink_ wire less_COST231_hata_attenuation.m中，仿真参数为：

表3-5 COST-231 Hata模型仿真参数 地物类型 基站高度(m) 移动台高度(m) 频率(MHz) 城区 郊区 农村 40 1.5 100 1.5 100 1.5 1800 1800 1800 仿真结果如下：

(a)

(b)

图3-3 COST-231 Hata模型仿真图(a)f=1800MHz (b)f=2299MHz

2.仿真结果分析

仿真前对仿真条件包括基站高度，移动台高度和仿真频率进行了限定。从图中可以看到，在0~4km范围内，COST-231模型衰减较大，而4km之后，衰减略为平缓且呈上升趋势，整体而言，随着距离的增加，信道的衰减呈上升趋势。衰减最大的是中小城市地区，然后是大城市地区，大城市和中小城市的衰减趋势较为接近，接下来是郊区地区，最后是农村地区，当然随着频率的不同，衰减也有所变化，频率越大，衰减越快。COST-231模型和Okumura-Hata模型主要的区别在于频率衰减系数的不同。COST-231 Hata模型的频率衰减因子为33.9，而Okumura-Hata模型的频率衰减因子为24.16。另外，COST-231模型还增加了一个大城市中心

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