EngeePhased.WidebandLOSChannel
视距条件下的宽带传播信道。
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
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
.
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。
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.