信息与通信工程学院移动通信课程设计班级：姓名：学号：指导老师：日期：一、课程设计目的1、熟悉信道传播模型的matlab 仿真分析。

2、了解大尺度衰落和信干比与移动台和基站距离的关系。

3、研究扇区化、用户、天线、切换等对路径损耗及载干比的影响。

4、分析多普勒频移对信号衰落的影响，并对沿该路径的多普勒频移进行仿真。

二、课程设计原理、建模设计思路及仿真结果分析经过分析之后，认为a 、b 两点和5号1号2号在一条直线上，且小区簇中心与ab 连线中心重合。

在此设计a 、b 之间距离为8km ，在不考虑站间距的影响是默认设计基站间距d 为2km ，进而可求得a 点到5号基站距离为2km ，b 点到2号基站距离为2km ，则小区半径为3/32km,大于1km ，因而选择传播模型为Okumura-Hata 模型，用来计算路径损耗；同时考虑阴影衰落，本实验仿真选择阴影衰落是服从0平均和标准偏差8dB 的对数正态分布。

实验仿真环境选择matlab 环境。

关于路径损耗——Okumura-Hata 模型是根据测试数据统计分析得出的经验公式，应用频率在150MHz 到1 500MHz 之间，并可扩展3000MHz;适用于小区半径大于1km 的宏蜂窝系统，作用距离从1km 到20km 经扩展可至100km;基站有效天线高度在30m 到200m 之间，移动台有效天线高度在1m 到10m 之间。

其中Okumura-Hata 模型路径损耗计算的经验公式为：terrain cell te te te c p C C d h h h f L ++-+--+=lg )lg 55.69.44()(lg 82.13lg 16.2655.69α式中，f c （MHz ）为工作频率；h te （m ）为基站天线有效高度，定义为基站天线实际海拔高度与天线传播范围内的平均地面海拔高度之差；h re （m ）为终端有效天线高度，定义为终端天线高出地表的高度；d （km ）：基站天线和终端天线之间的水平距离；α(h re ) 为有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数，其数字与所处的无线环境相关，参见以下公式：22(1.1lg 0.7)(1.56lg 0.8)(), 8.29(lg1.54) 1.1(), 300MHz,3.2(lg1.75) 4.97(), 300MHz,m m m m f h f dB h h dB f h dB f α---⎧⎪-≤⎨⎪->⎩中、小城市（）=大城市大城市C cell ：小区类型校正因子，即为：[]20, 2(lg /28) 5.4(dB), 4.78(lg )18.33lg 40.98(dB), cell C f f f ⎧⎪⎪=--⎨⎪---⎪⎩城市郊区乡村C terrain ：地形校正因子，地形校正因子反映一些重要的地形环境因素对路径损耗的影响，如水域、树木、建筑等。

合理的地形校正因子可以通过传播模型的测试和校正得到，也可以由用户指定。

本实验中选择了相对简单的中小城市模型，其中的参量选择如下：())8.0lg 56.1()7.0lg 11.1(---=c re c re f h f h α；同时0=cell C ，0=terrain C ，h_b=50 。

Okumura-Hata 函数表达如下：function p=Okumura_Hata(f,h_m,d,c_t)a=(1.1*log10(f)-0.7).*h_m-(1.56*log10(f)-0.8);h_b=50;c=0;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;End其中工作频率 f 、移动台天线h_m 和c_t （即0=terrain C ）需要输入。

关于阴影衰落——本实验仿真选择服从0平均和方差16dB 的对数正态分布的函数。

由于大尺度衰落由路径损耗和阴影衰落两部分组成，示例如下for d1=0:0.005:2n=normrnd(0,10.^1.6);r=10.*log(n);p1=Okumura_Hata(f,h_m,2-d1,c_t)+r; %5号基站服务plot(d1,p1,'b.');hold on ;end ;其中大尺度衰落变量p1=Okumura_Hata(f,h_m,2-d1,c_t)+r,其中由以下表达实现r 产生正态随机数，然后和路径损耗相加，描点。

n=normrnd(0,10.^1.6);r=10.*log(n);这样从而实现两部分的组合。

关于建模设计思路——经过分析过后，建立模型，设计a 点为起始点坐标为0，b 点坐标为8，单位为km ，d 为ab 直线上从a 出发的距离。

仿真内容1——a到b的大尺度衰落根据蜂窝理论可知，33≤≤d时1号基站服务，≤d时，5号基站服务，50≤≤d时2号基站服务，同时又根据仿真计算情况细分成了6个路程段，具体函5≤8数表达实现如下：for d1=0:0.005:2n=normrnd(0,10.^1.6);r=10.*log(n);p1=Okumura_Hata(f,h_m,2-d1,c_t)+r; %5号基站服务plot(d1,p1,'b.');hold on;end;for d2=2:0.005:3n=normrnd(0,10.^1.6);r=10.*log(n);p2=Okumura_Hata(f,h_m,d2-2,c_t)+r; %5号基站服务plot(d2,p2,'b.');hold on;end;for d3=3:0.005:4n=normrnd(0,10.^1.6);r=10.*log(n);p3=Okumura_Hata(f,h_m,4-d3,c_t)+r; %1号基站服务plot(d3,p3,'b.');hold on;end;for d4=4:0.005:5n=normrnd(0,10.^1.6);r=10.*log(n);p4=Okumura_Hata(f,h_m,d4-4,c_t)+r; %1号基站服务plot(d4,p4,'b.');hold on;end;for d5=5:0.005:6n=normrnd(0,10.^1.6);r=10.*log(n);p5=Okumura_Hata(f,h_m,6-d5,c_t)+r; %2号基站服务plot(d5,p5,'b.');hold on;end;for d6=6:0.005:8n=normrnd(0,10.^1.6);r=10.*log(n);p6=Okumura_Hata(f,h_m,d6-6,c_t)+r; %2号基站服务plot(d6,p6,'b.');hold on;end;仿真1结果分析：由图可知，其中损耗极小值出现的位置d=2（5号基站），d=4（1号基站），d=6（2号基站）都是基站附近位置，然后两个基站交接的区域是损耗较大的地方，与理论分析一致。

同时观测两个边界a点和b点可知，随着距离基站的距离增大，损耗明显增大，也符合电磁波传播规律。

其中下图1为考虑阴影衰落的路径损耗，图2为不考虑阴影衰落的路径损耗。

仿真内容2——S/I-距离的影响经过分析之后了解S/I 为信干比，及有效信号功率和干扰信号之比，本实验中考虑对应的是邻频的6个小区的干扰，同时为计算简便做近似，认为频率都相同。

此模型建立的关键点在于移动台与各个小区基站距离的计算，利用几何知识可得知，此外，为分析简便，只考虑大尺度衰落，即利用仿真1中得到的公式来作为传播损耗L ，从而计算移动台的接收功率r P ，基站功率都相同为t P 。

利用公式r t P P L /=可求得r P 。

从而由公式))/(lg(10/7654321r r r r r r r P P P P P P P I S +++++=可求得S/I-距离的关系。

根据计算情况又分成3段，d1=0:0.005:2；d2=2:0.005:4；d3=4:0.005:8。

具体函数表达实现，第一段d1如下：for d1=0:0.005:2n=normrnd(0,10.^1.6);r=10.*log(n);a1=2-d1;b=2;c=3.^0.5*2;d_5=a1;d_4=(a1.^2+b.^2+a1*b).^0.5;d_6=d_4;d_3=(a1.^2+c.^2+3.^0.5*a1*c).^0.5;d_7=d_3;d_2=6-d1;d_1=4-d1;p1=Okumura_Hata(f,h_m,d_1,c_t)+r;p2=Okumura_Hata(f,h_m,d_2,c_t)+r;p3=Okumura_Hata(f,h_m,d_3,c_t)+r;p4=Okumura_Hata(f,h_m,d_4,c_t)+r;p5=Okumura_Hata(f,h_m,d_5,c_t)+r;p6=Okumura_Hata(f,h_m,d_6,c_t)+r;p7=Okumura_Hata(f,h_m,d_7,c_t)+r;pr1=pt/(10.^(p1/10));pr2=pt/(10.^(p2/10));pr3=pt/(10.^(p3/10));pr4=pt/(10.^(p4/10));pr5=pt/(10.^(p5/10));pr6=pt/(10.^(p6/10));pr7=pt/(10.^(p7/10));sir=pr1/(pr2+pr3+pr4+pr5+pr6+pr7);sir_1=10*log(sir);plot(d1,sir_1,'b.');hold on;end;d2段和d3段大致相同，在此不赘述。

仿真2结果分析，图中的两个极小值点对应的横坐标位置就是相当于5号基站和2号基站的位置，表明在5号基站和2号基站中心位置，干扰最强，S/I也最小；极大值点显然对应的是1号基站的中心位置，此时干扰最小，S/I也最大。

分析两个边界可知，当移动台离基站距离都较远时，接收功率都很小，所以SIR也小于极小值。

仿真内容3——扇区化的影响经过分析可知，一般是每个小区分成3个扇区，由于发射方向不是全方向，所以功率相对更加集中，所以对天线的发射功率需求更低，从而使得载干比得到提升，同频和邻频小区的干扰减弱。

关于对路径损耗和阴影衰落影响，只是在小区内部会有不同扇区的切换，若考虑三个扇区天线的发射功率都相等，则不会对路径损耗和阴影衰落不会产生多余的影响。

仿真内容4——对切换和用户数的研究当移动用户处于通话状态时，如果出现用户从一个小区移动到另一个小区的情况，为了保证通话的连续，系统要将对该MS的连接控制也从一个小区转移到另一个小区，这种将正在处于通话状态的MS移动到新的业务信道上（新的小区）的过程称为“切换”。