EngeePhased.WidebandLOSChannel

视距条件下的宽带传播信道。

资料库	`EngeePhased`。
块	Wideband LOS Channel

描述

系统对象 EngeePhased.WidebandLOSChannel 模拟信号通过视距（LOS）信道从空间一点传播到多点，或从多点传播回单点。在 LOS 信道中，传播路径是从点到点的直线。除了大气气体、雨、雾和云造成的衰减外，LOS 传播模型还包括自由空间衰减。

您可以使用 EngeePhased.WidebandLOSChannel 同时模拟多点之间的信号传播。系统对象 EngeePhased.WidebandLOSChannel 适用于所有频率。

大气气体和雨的衰减模型仅适用于 1-1000 GHz 频率范围内的电磁信号，而雾和云的衰减模型则适用于 10-1000 GHz。在这些频率范围之外，对象 EngeePhased.WidebandLOSChannel 使用最接近的有效值。 EngeePhased.WidebandLOSChannel 系统对象对信号应用与频带相关的时间延迟和增益或损耗。当信号源或目的地移动时，该系统对象会应用多普勒频移。

要创建并使用宽带 LOS 信道，请按以下步骤操作：

创建 EngeePhased.WidebandLOSChannel 对象并设置其属性。
使用参数调用该对象，就像调用函数一样。

语法

创建

object = EngeePhased.WidebandLOSChannel 创建一个具有 default 属性值的宽带视距传播信道。

示例
```
channel=EngeePhased.WidebandLOSChannel
```
object = EngeePhased.WidebandLOSChannel (Name=Value)`创建一个宽带视距传播通道，每个指定的属性 Name（名称）设置为指定的价值观（值）。您可以以任意顺序（`Name1=Value1,…,NameN=ValueN）指定其他参数。

例如
```
channel=EngeePhased.WidebandLOSChannel()
```

使用方法

将宽带信号（参数 sig）通过视距（LOS）信道从参数 origin_pos 指定的信号源传播到参数 dest_pos 指定的目的地时，返回结果信号（参数 prop_sig）。只有一个 origin_pos 或 dest_pos 参数可以指定多个位置。其他参数必须包含一个位置。源信号速度在 origin_vel 参数中指定，接收信号速度在 dest_vel 参数中指定。origin_well 和 dest_val 尺寸必须分别与 origin_pos 和 test_pads 尺寸匹配。

通过 LOS 信道传播的电磁场可能是极化的，也可能是非极化的。对于非极化场，传播信号场（参数 sig）是一个矢量或矩阵。对于极化场，sig 表示一个结构阵列。结构元素以笛卡尔形式表示电场矢量。

属性

传播速度 — 信号传播速度
3e8（默认） |`正标量

Details

以实数正标量表示的信号传播速度。

默认值为光速：3e8。

测量单位为 m/c。

默认值： 3e8。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

工作频率 - 信号载波频率
3e8（默认） |`正标量

Details

正实数标量信号的载波频率。

测量单位为赫兹。

默认值： 3e8。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

指定大气层 — 以考虑大气中的信号衰减
假（默认）` | `true

Details

将此属性设为 true，以增加大气气体、雨、雾或云造成的信号衰减。

将此属性设为 "false "可忽略信号传播中的大气效应。

依赖关系

将 SpecifyAtmosphere 属性设置为 "true"，以启用 Temperature（温度）、*DryAirPressure（干空气压力）、*WaterVapourDensity（水蒸气密度）、*LiquidWaterDensity（液体水密度）* 和 RainRate 属性。

数据类型: logical

温度 - 环境温度
15（默认值） | scalar

Details

以实数标量指定的环境温度。

测量单位为摄氏度。

依赖关系

要启用此属性，请将 SpecifyAtmosphere 属性设置为 true。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

*干空气压力干空气压力
101325（默认值）` | `正标量

Details

干燥空气的大气压力，以正实数标量形式指定。该参数的默认值相当于一个标准大气压。测量单位为 Pa。

依赖关系

要启用此属性，请将 SpecifyAtmosphere 属性设置为 true。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

WaterVapourDensity — 大气水蒸气密度
7.5（默认值） |`正标量

Details

大气中水蒸气的密度，以正实数标量表示。测量单位为 g/m³。

依赖关系

要启用此属性，请将 SpecifyAtmosphere 属性设置为 true。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

液态水密度 液态水密度
0.0（默认值） |`非负标量

Details

雾或云中液态水的密度，以非负实标量表示。

测量单位为 g/m^3。

液态水密度的典型值是：中雾为 0.05，浓雾为 0.5。

依赖关系

要启用此属性，请将 SpecifyAtmosphere 属性设置为 true。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

降雨量 降雨量
0.0（默认值） |`非负标量

Details

降水强度的非负实标量。

测量单位为毫米/小时。

依赖关系

要启用此属性，请将 SpecifyAtmosphere 属性设置为 true。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

双向传播 — 启用双向传播
假（默认）` | `true

Details

将此属性设置为 true，可在信号发射器和接收器之间进行双向传播。否则，系统对象将执行从发射器到接收器的单向传播。

数据类型: logical

SampleRate - 采样率
1e6（默认） |`正标量

Details

正标量信号的采样率。

测量单位为 Hz。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

NumSubbands - 子波段数
68（默认值） | `正整数

Details

要处理的子波段数，指定为正整数。

数据类型: Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

MaximumDistanceSource — 最大单向传播距离源
自动（默认） | `属性

Details

指定为 Auto 或 Property 的最大单向传播距离的来源。

最大单向传播距离用于分配足够的内存来计算信号延迟。

如果将此属性设置为 "自动"，系统对象会自动分配内存。
如果将此属性设置为 "属性"，则必须使用 MaximumDistance 属性的值指定最大单向传播距离。

数据类型: Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

MaximumDistance - 最大单向传播距离
10e3（默认） |`正标量

Details

以正实数标量形式表示的信号发射器和接收器之间的最大距离（以米为单位）。

测量单位是米。

任何信号在传播超过这一距离时，其振幅都会变为零。

依赖关系

要启用此属性，请将 MaximumDistanceSource 属性设置为 Property。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

MaximumNumInputSamplesSource - 信号最大采样数目的来源
自动（默认） | `属性

Details

指定为 Auto 或 Property 的最大输入信号采样数目的来源。

如果将此属性设置为 Auto，传播模型将自动分配足够的内存来缓冲输入信号。
如果将此属性设置为 Property，则必须使用 MaximumNumInputSamples 属性指定输入信号的最大样本数。任何长度超过此值的输入信号都将被截断。

依赖关系

要启用此属性，请将 MaximumDistanceSource 属性设置为 Property。

数据类型: Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

MaximumNumInputSamples - 输入样本的最大数量
100（默认值） | `正整数

Details

指定为 Auto 或 Property 的最大输入样本数的来源。

如果该属性设置为 Auto，传播模型会自动分配足够的内存来缓冲输入信号。
如果将此属性设置为 Property，则必须使用 MaximumNumInputSamples 属性指定输入信号的最大样本数。任何长度超过此值的输入信号都会被截断。

依赖关系

要启用此属性，请将 MaximumDistanceSource 属性设置为 Property。

数据类型: Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

参数

输入

sig - 窄带信号
N 上的复数矩阵 M | N 上的复数阵列 1

Details

窄带非极化信号以 N 上的复数矩阵 M 的形式给出。值 M 是信号采样数，N 是目标反射的信号数。每一列对应以不同反射角度入射的独立信号。

窄带极化信号是一个 1 乘 N 的结构阵列，包含具有复数值的场。每个 "结构 "元素包含三个 N 乘 1 的电磁场分量列向量"(sig.X,sig.Y,sig.Z)"，代表从目标反射的偏振信号。

对于极化场，"结构 "元素包含三个 N 乘 1 的复数列向量 "sig.X"、"sig.Y "和 "sig.Z"。这些矢量代表极化信号的笛卡尔分量 x、y 和 z。

结构中矩阵场第一维度的大小可以改变，以模拟不同的信号长度，例如具有可变脉冲重复率的脉冲波形。

*例如`[1,1;j,1;0.5,0]`

数据类型: Float64

支持复数：是

origin_pos - 信号发射器位置
3乘以1的实数矢量列 | 3乘以N的实数矩阵

Details

信号位置以 3 乘 1 的实数列向量或 3 乘 N 的实数矩阵形式给出。数值 N 是信号源位置的个数。信号源位置的例子包括发射机坐标、阵列元素或子阵列。

位置坐标的测量单位为 m。

如果 origin_pos 是列向量，其维度为 3 乘 1。
如果 origin_pos 是一个矩阵，则每列定义一个不同的信号源位置，维数为 3 乘 N。

如果 origin_pos 有多列，那么 dest_pos 只能有一列。origin_pos 和 dest_pos 不能同时指定为矩阵。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

dest_pos - 信号接收器位置
3乘以1的实数矢量列 | 3乘以N的实数矩阵

Details

信号接收器的位置用 3 乘 1 的实数矢量列或 3 乘 N 的实数矩阵表示。数值 N 是接收器的数量，例如阵列或子阵列元素的位置。

位置坐标的测量单位为 m。

如果 dest_pos 是 3 乘 1 的列向量，其形式为 [x;y;z]。
如果 dest_pos 是一个矩阵，则每列指定信号接收器的不同位置，其形式为 [x;y;z]。 origin_pos 和 dest_pos 不能同时指定为矩阵。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

origin_vel - 信号发射器速度
3乘以1的实数矢量列 | 3乘以N的实数矩阵

Details

以与 origin_pos 相同维度的实向量或矩阵形式给出的发射机速度。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

dest_vel - 信号接收速度
3乘以1的实数矢量列 | 3乘以N的实数矩阵 | N乘以3的实数矩阵

Details

信号的接收速率，以与 dest_pos 维度相同的实向量或矩阵形式给出。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

输出

prop_sig — 传播信号
M乘1的复数向量列 | M乘N的复数矩阵

Details

传播信号以复数矢量列 M 乘 1 或复数矩阵 M 乘 N 的形式返回。prop_sig 与输入端口 sig 的维数相同：M 是信号持续时间，N 是信号个数。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

支持复数：是

方法

所有系统对象通用

step!

启动系统对象的运行算法 release!: 更改系统对象属性值的权限 reset!: 重置系统对象的内部状态

可选项

*衰减和损耗因素。

宽带 LOS 信道中信号的衰减或损耗由四个部分组成：

其中

- 是信号在自由空间传播时的衰减；
- 大气传播中的信号衰减；
- 因雾和云造成的传播信号衰减；
- 在传播过程中由于降水造成的信号衰减。

每个分量的测量单位都是量级，而不是分贝。

*传播延迟、多普勒频移和自由空间损耗。

当信号源和接收器相对静止时，我们可以将自由空间信道的输出写成，其中是信号延迟，是自由空间传播损耗。信号延迟的计算公式为，其中为传播距离，为传播速度。自由空间路径损耗的定义为

其中是信号的波长。

该公式假定目标位于发射元件或阵列的远场。在近场，自由空间传播路径损耗公式无效，可能导致损耗值小于 1，相当于信号放大。因此，在的值中，损耗被设为 unity。

如果信号源和接收器之间存在相对运动，则要考虑多普勒频移。单向传播时的频移为，双向传播时的频移为。的值是接收器相对于声源的相对速度。

*信号的大气衰减模型。

该模型计算信号在大气气体中传播时的衰减。

电磁信号在大气中传播时会衰减。这种效应主要是由于氧气和水蒸气的共振吸收线造成的，氮气的影响较小。该模型还包括 10 千兆赫以下的连续吸收光谱。计算中使用了 [1] 中给出的 ITU（国际电信联盟）模型。该模型根据温度、压力、水蒸气密度和信号频率的函数计算比衰减（每公里衰减）。大气气体模型适用于 1-1000 千兆赫的频率，并适用于极化和非极化场。

各频率下的具体衰减公式如下：

是大气复折射率的虚部，由光谱线分量和连续分量组成：

光谱分量由离散光谱项的总和组成，离散光谱项是局部频带函数与光谱线强度的乘积。对于大气中的氧气，光谱的线强度为

对于大气中的水蒸气，光谱线强度为：P]：

其中

- 干燥空气压力；
- 水蒸气分压；
- 环境温度。

气压单位为百帕（hPa），温度单位为开尔文度。

水蒸气分压与水蒸气密度的关系如下：

大气总压强为。

对于每条氧气管线，取决于两个参数：和。同样，每条水蒸气管线取决于两个参数：和。

局部带宽函数是频率的复合函数。这些函数取决于模型的经验参数。

窄带信号总衰减的计算方法是将特定衰减乘以路径长度。总衰减等于

这一信号衰减模型可应用于宽带信号。为此，首先将宽带信号划分为若干子频段，计算每个子频段的衰减量，然后将所有衰减的子频段信号相加得出总衰减信号。

*雾和云中的信号衰减模型

该模型可计算信号在雾或云中传播时的衰减。

雾或云是同一种大气现象。计算中使用了 [2] 中给出的国际电联模型。该模型计算的是信号的具体衰减（每公里衰减）与液态水密度、信号频率和温度的函数关系。该模型适用于极化和非极化场。各频率下的比衰减公式如下：

其中

- 液态水的密度，单位为 gm/m³；
- 比衰减系数，取决于频率。

云雾中的衰减模型适用于 10-1000 千兆赫的频率。比衰减系数的单位为 (dB/km)/(g/m³) 。

窄带信号的总衰减是由比衰减乘以路径长度计算得出的。总衰减等于

有降水时的信号衰减模型。

该模型计算信号在降水区域传播时的衰减。降水衰减是主要的衰减机制，不同地点和不同年份的降水衰减会有所不同。

电磁信号在传播经过降水区域时会被衰减。计算中使用了 [3] 中给出的国际电信联盟模型。该模型根据降水强度、信号频率、极化和仰角计算信号的比衰减（每公里衰减）。比衰减根据幂律取决于降水强度：

其中

- 降水强度。单位为毫米/小时；
参数和度指数取决于频率、极化状态和信号路径仰角。

该衰减模型适用于 1-1000 GHz 频率。

窄带信号总衰减的计算方法是将特定衰减乘以有效传播距离（）。总衰减等于

有效距离是几何距离乘以比例系数：

其中为频率。关于衰减计算的更详细说明，请参阅 [4]。

计算中使用的降水强度是长期统计降水强度 [5]。这是指超过 0.01% 的降水强度。

衰减模型可应用于宽带信号。首先将宽带信号划分为若干子频带，然后将模型应用于每个子频带。然后将所有衰减的子波段信号相加，得到总衰减信号。

*频率子带处理

子波段处理将宽带信号分成若干子波段，并对每个子波段的信号进行窄带处理。所有子带信号相加形成输出信号。

使用宽带系统对象或块时，需要指定将宽带信号分解成的子带数。中心频率和子带宽将根据总带宽和子带数自动计算。总带宽以载波或工作频率为中心。总带宽由采样频率决定。子带频率带宽定义为。子带的中心频率定义为

- 如果为奇数、

- 如果是奇数。

某些系统对象允许在对象启动时获取子带中心频率作为输出数据。返回的子带频率根据离散傅立叶变换的顺序排列。首先显示载波以上的频率，然后显示载波以下的频率。

另请参见

"国际电信联盟无线电通信部门。建议 ITU-R P.676-10：大气气体衰减_"，2013 年。
"国际电信联盟无线电通信部门。建议书 ITU-R P.840-6：云雾造成的衰减_" 2013 年。
"国际电信联盟无线电通信部门。建议 ITU-R P.838-3：用于预测方法的特定雨衰减模型_" 2005 年。
"Seybold, J. Introduction to RF Propagation." New York: Wiley & Sons, 2005.
"Skolnik, M. Introduction to Radar Systems, 3rd Ed." New York: McGraw-Hill, 2001.