基于Matlab的无线信道仿真
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内移动时， 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。
一、大尺度衰落
大尺度衰落是在一个较大的范围上考察功率的渐变
过程， 距离变化缓慢。 大尺度信道模型主要研究电波
传播在时间、 均特性。
功率的局部中值随 空间、频率范围内平
图1 各种衰落之间的
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：
1
G t G r
其中，P t 为发射功率，P r 为接收功率， d 为发射端与接收端距离，f 为载波频率， c为光速取3 108，G
t
为发射端天线增益，G r为接收端天线增益。转换成分贝表示：L（s dB）10lg Pt32.45 20lgd 20lg f 10lg G t G r
P r
发射端与接收端均是全向天线，G t G r 1 ，得图2：
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 d 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n 可以修正自由空间模型，从而构造出一个更为普遍的路径损耗衰落模型。
L s
P
P t r4
π
c
df
图 2 路径损耗随距离、频率变化曲线
L s_lo（g dB）L s（d0） 10nlg（d）
d0
其中，d0 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d0，例如，在大覆盖范围的蜂窝系统（半径大于10km 的蜂窝系统）中，通常会设置d0为
1km，对于小区半径为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。
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：
图 3 路径损耗随距离、路径损耗指数变化曲线
1.1.3Hata-Okumura模型
（1） Okumura 模型
Okumura模型的特点是：以大城市地区准平坦地形的场强中值路径损耗作为
基准，对于不同的传播环境和地形条件等因素用校正因子加以修正。 模型中大城市地区准平坦地形的中值路径损耗( dB )由下式给出 L M L bs A m (f,d) H b (h b ,d) H m (h m ,f)
其中，d 为发射端与接收端距离， f 为载波频率， H b 为基站天线高度增益， H m 为移动台天线高度增益。它们与路径损耗的关系如下：
图 5 路径损耗与移动台天线高度增益的关系
(2)Hata 模型
Hata 模型仍然保留了 Okumura 模型的风格，以市区传播损耗为标准，其他
地区在此基础上进行修正。中值路径损耗的经验公式为：
Okumura
图4 路径损耗与基站天线高度增益
的关系
L M 69.55 26.16lg( f ) -13.82lg( H b) (44.9 - 6.55lg(H b )) lg(d)-
a(h m)
其中，a(h m) 为修正因子，由所在环境决定。Hata模型适用条件：载波频
率
(MHz)f=150-1000MHz ；基站高度(m)Hb=30-100m；移动台高度(m)Hm=1-10m ；收发天线距离(小区半径)(km)d=1-20km。
中小城市修正因子：
a(h m) (1.11lg( f ) 0.7) H m 1.56lg( f) 0.8 大城市且载波频率f 200MHz 时，修正因子：
2
a(h m) 8.29(lg(1.54 H m))21.1
大城市且载波频率f 400MHz 时，修正因子：
2
a(h m) 3.2(lg(11.75 H m))24.97
郊区修正因子：
2
a(h m) 2(lg( f / 28)) 25.4
农村修正因子：
2
a(h m) 40.98 4.78(lg( f ))218.33lg( f)
仿真结果如下：
图 6 Hata 模型中路径损耗随距离变化曲线( Hb=60 ， Hm=1 ，f=200MHz )