无线通信路径损耗模型

本文主要是介绍无线通信路径损耗模型，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

接着上文的路径损耗模型，继续谈谈大尺度衰落中的常见模型

1.1.2 Okumura/Hata模型

在所有预测城市地区损耗的模型中，Okumura模型被采用得最多，适用于载波范围为500~1500MHz,小区半径为1~1000km,天线高度为30~1000m的移动通信系统。

Okumura模型路径损耗为

$\mathrm{PL}_{\mathrm{Ok}}\left(d\right)\Big[\mathrm{dB}\Big]=\mathrm{PL}_{\mathrm{F}}+A_{\mathrm{MU}}\left(f,d\right)-G_{\mathrm{Rx}}-G_{\mathrm{Tx}}+G_{\mathrm{AREA}}$

Amu(f,d)为频率f处的中等起伏衰减因子，GTx和GRx分别为接收和发射天线增益，G_AREA为具体地区环境增益，一般都可从实测得到的经验图中查找。

Hata模型是目前使用最广泛的模型，市区环境路径损耗为

$\operatorname{PL}_{\operatorname{Hata},U}\left(d\right)\left[\operatorname{dB}\right]=69.55+26.16\log_{10}f_c-13.82\log_{10}h_{\operatorname{T}x}-C_{\operatorname{R}x}+\left(44.9-6.55\log_{10}h_{\operatorname{T}x}\right)\log_{10}d$

对于中等范围，CRx取值为

$C_{\mathrm{Rx}}=0.8+\left(1.1\log_{10}f_c-0.7\right)h_{\mathrm{Rx}}-1.56\log_{10}f_c$

对于大的范围，CRx取决于载波频率

$C_{\mathrm{Rx}}=\left\{\begin{array}{ll}8.29\left(\log_{10}\left(1.54h_{\mathrm{Rx}}\right)\right)-1.1, & 150MHz\leqslant f_c\leqslant200\text{MHz} \\ 3.2\left(\log_{10}\left(1.75h_{\mathrm{Rx}}\right)\right)^2-4.97, & \quad200\text{MHz}\leqslant f_c\leqslant1500\text{MHz}\end{array}\right.$

郊区和开阔地，表示为

$\operatorname{PL}_{\operatorname{Ha},\operatorname{SU}}\left(d\right)\left[\operatorname{dB}\right]=\operatorname{PL}_{\operatorname{Ha},\operatorname{U}}\left(d\right)-2\left(\log_{10}\frac{f_{c}}{28}\right)^{2}-5.4$

和

$\operatorname{PL}_{\operatorname{HtaxO}}\left(d\right)\left[\operatorname{dB}\right]=\operatorname{PL}_{\operatorname{flanU}}\left(d\right)-4.78\left(\log f_c\right)^2+18.33\log_{10}f_c-40.97$

Hata路径损耗模型

function PL = PL_Hata(fc,d,htx,hrx,Etype)
%Hata模型
%输入
%     fc:载波频率（Hz）
%     d :基站和移动台之间的距离（m）
%     htx:发射机高度（m）
%     hrx:接收机高度（m）
%     Etype:环境类型（'urban','suburban','open area'）
%输出
%     PL:路径损耗（dB）
if nargin < 5Etype = 'URBAN';
end
fc = fc/(1e6);
if fc>=150 && fc<=200C_Rx = 8.29*(log10(1.54*hrx))^2-1.1;
elseif fc>200C_Rx = 3.2*(log10(11.75*hrx))^2 -4.97; %大范围，式（1.9）
else C_Rx = 0.8+(1.1*log10(fc)-0.7)*hrx-1.56*log10(fc)%中等范围，式（1.8）
end
PL = 69.55+26.16*log10(fc)-13.82*log10(htx)-C_Rx+(44.9-6.55*log10(htx))*log10(d/1000) %式（1.7）
EType = upper(Etype);
if EType(1) == 'S'PL = PL-2*(log10(fc/28))^2-5.4;
elseif EType(1) == 'O'PL =PL+(18.33-4.78*log10(fc))*log10(fc)-40.97;
end
end

设置参数，画图

% plot_PL_Hata.m
clear all
clc
fc = 1.5e9;
htx = 30;
hrx = 2;
distance = [1:2:31].^2;
y_urban = PL_Hata(fc,distance,htx,hrx,'urban');
y_suburban = PL_Hata(fc,distance,htx,hrx,'suburban');
y_open = PL_Hata(fc,distance,htx,hrx,'open');
semilogx(distance,y_urban,'k-s',distance,y_suburban,'k-o',distance,y_open,'k-^')
title(['Hata PL model,f_c=',num2str(fc/1e6),'MHz'])
xlabel('distance(m)'),ylabel('Path loss(dB)')
legend('urban','suburban','open area')
grid on,axis([1 1000 40 110])

结果图

1.1.3 IEEE802.16d 模型

IEEE802.16d 模型属于对数正态阴影路径损耗模型，

$\mathrm{PL}_{802.16}\left(d\right)\big[\mathrm{dB}\big]=\mathrm{PL}_{\mathrm{F}}\left(d_0\right)+10\gamma\log_{10}\left(\frac{d}{d_0}\right)+C_{\mathrm{f}}+C_{\mathrm{Rx}},d>d_0$

修正模型：

$\mathrm{PL}_{\mathrm{Mo22.10}}(d)[\mathrm{dB}]=\begin{cases}20\log_{10}\left(\frac{4\pi d}{\lambda}\right),&d\le d_0'\\[6pt]20\log_{10}\left(\frac{4\pi z_0'}{\lambda}\right)+10y\log_{10}\left(\frac{d}{d_0}\right)+C_1+C_{\mathrm{max}},&d>d\le d_0'\end{cases}$

MATLAB程序：

IEEE802.16模型：

function PL = PL_IEEE80216d(fc,d,type,htx,hrx,corr_fact,mod)
% IEEE802.16d 模型
% 输入：
%      fc: 载波频率（Hz）
%      d : 基站和移动台间的距离（m）
%      type: 选择'A','B'或'C'
%      htx: 发射机高度（m）
%      hrx: 接收机高度（m）
%      corr_fact: 如果存在阴影，设置为'ATnT'或'Okumura'。否则，设置为'NO'
%      mod: 设置为'mod'来得到修正的IEEE802.16模型
% 输出：
%      PL: 路径损耗（dB）
Mod = 'UNMOD';
if nargin > 6Mod = upper(mod);
end
if nargin == 6 && corr_fact(1) == 'm'Mod = 'MOD';corr_fact = 'NO';
elseif nargin < 6corr_fact = 'NO';if nargin == 5 && hrx(1) == 'm'Mod = 'MOD';hrx = 2;elseif nargin < 5 hrx = 2;if nargin == 4 && htx(1) == 'm'Mod = 'MOD';htx = 30;elseif nargin < 4htx = 30;if nargin == 3 && type(1) == 'm'Mod = 'MOD';type = 'A';elseif nargin < 3type = 'A';endendend
end
d0 = 100;
Type = upper(type);
if Type~='A'&&Type~='B'&&Type~='C'disp('Error:The selected type is not supported');return;
end
switch upper(corr_fact)case 'ATNT'PLf = 6*log10(fc/2e9); %式（1.13）PLh = -10.8*log10(hrx/2);%式（1.14）case 'OKUMURA'PLf = 6*log10(fc/2e9); %式（1.13）if hrx <= 3C_Rx = -10*log10(hrx/3);%式（1.15）elseC_Rx = -20*log10(hrx/3)endcase 'NO'PLf = 0;PLh = 0;
end
if Type == 'A'a = 4.6; %式（1.13）b = 0.0075;c = 12.6;
elseif Type == 'B'a = 4;b = 0.0065;c = 17.1;
elsea = 3.5;b = 0.005;c = 20;
end
lamda = 3e8/fc;
gamma = a-b*htx+c/htx;%式（1.12）
d0_pr = d0;
if Mod(1) == 'M'd0_pr = d0*10^-((PLf+PLh)/(10*gamma))%式（1.17）
end
A = 20*log10(4*pi*d0_pr/lamda)+PLf+PLh;
for k = 1:length(d)if d(k) > d0_prPL(k) = A+10*gamma*log10(d(k)/d0)  %式（1.18）else PL(k) = -10*log10(lamda/(4*pi*d(k))^2);end
end
end

绘制图像：

% plot_PL_IEEE80216d.m
clear all
clc
fc = 2e9;
htx = [30 30];
hrx = [2 10];
distance = [1:1000];
for k = 1:2y_IEEE16(k,:) = PL_IEEE80216d(fc,distance,'A',htx(k),hrx(k),'atnt');y_MIEEE16(k,:) = PL_IEEE80216d(fc,distance,'A',htx(k),hrx(k),'atnt','mod')%修正模型
end
subplot(1,2,1)
semilogx(distance,y_IEEE16(1,:),'k','linewidth',1.5),hold on
semilogx(distance,y_IEEE16(2,:),'r','linewidth',1.5),hold on
title(['IEEE 802.16d Path loss Models,f_c=',num2str(fc/1e6),'MHz'])
axis([1 1000 10 150])
xlabel('Distance(m)'),ylabel('Pathloss(dB)')
legend('h_{Tx}=30m,h_{Rx}=2m','h_{Tx}=30m,h_{Tx}=10m')subplot(1,2,2)
semilogx(distance,y_MIEEE16(1,:),'k','linewidth',1.5),hold on
semilogx(distance,y_MIEEE16(2,:),'r','linewidth',1.5),hold on
title(['Modified IEEE 802.16d Path loss Models,f_c=',num2str(fc/1e6),'MHz'])
axis([1 1000 10 150])
xlabel('Distance(m)'),ylabel('Pathloss(dB)')
legend('h_{Tx}=30m,h_{Rx}=2m','h_{Tx}=30m,h_{Tx}=10m')

结果图：