Phân tích chương trình mô phỏng sim uwb 4 01

*Mô hình tổn hao đường truyền tổng quát và Mô hình Okumura/Hata:... Hình 4.3: Tổn hao đường truyền trong pha đinh phạm vi rộng Hình 4.3a biểu diễn tổn hao đường truyền trong không gian t

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG

MÔN HỌC: CÁC MẠNG THÔNG TIN VÔ TUYẾN Phân tích chương trình mô phỏng SIM_UWB 4.01

Giảng viên: Nguyễn Viết Đảm

Hà Nội, ngày 27 tháng 02 năm 2022

Hà Nội 02/2022

*Mô hình tổn hao đường truyền tổng quát và Mô hình Okumura/Hata:

Hình 4.3: Tổn hao đường truyền trong pha đinh phạm vi rộng

Hình 4.3a biểu diễn tổn hao đường truyền trong không gian tự do tại tần số sóng mang

𝑓𝑐=1,5 GHz theo khoảng cách tại các giá trị của độ lợi anten khác nhau

Hình 4.3b biểu diễn tổn hao đường truyền theo khoảng cách bởi biểu thức (4.5) tại tần số sóng mang 𝑓𝑐=1,5 GHz và tại các giá trị của số mũ tổn hao n khác nhau

Hình 4.3c biểu diễn tổn hao đường truyền theo mô hình che chắn log-normal tại 𝑓𝑐=1,5

GHz khi σ = 3 dB và n = 2

Hình 4.3d biểu diễn tổn hao đường truyền sóng đối với 3 môi trường: vùng thành thị; ngoại ô; và vùng mở, theo biểu thức (4.7), (4.10) và (4.11) tương ứng, ta thấy vùng thành thị có suy hao đáng kể nhất so với các vùng khác, do mật độ vật cản trong vùng thành thị nhiều hơn

*Mô hình IEEE 802.16d

Mô hình 802.16d cho bởi biểu thức:

𝑃𝐿𝑀802.16(𝑑)[𝑑𝐵] = 𝑃𝐿𝐹𝑆(𝑑0) + 10 𝛾 𝑙𝑜𝑔10(𝑑

𝑑0) + 𝐶𝑓+ 𝐶𝑅𝑋

Mô hình 802.16d điều chỉnh:

𝑃𝐿𝑀802.16(𝑑)[𝑑𝐵] = { 20𝑙𝑜𝑔10(

4𝜋𝑑

λ ) , 𝑑 ≤ 𝑑00 20𝑙𝑜𝑔10(4𝜋𝑑00

λ ) + 10 𝛾 𝑙𝑜𝑔10(𝑑

𝑑 0) + 𝐶𝑓+ 𝐶𝑅𝑋 , 𝑑 > 𝑑00(4.18) Trong đó:

𝑑0 = 100 𝑚, 𝛾 = 𝑎 − 𝑏ℎ𝑇𝑋+ 𝑐/ℎ𝑇𝑋 với a,b,c là các hằng phụ thuộc vào loại mô

hình kênh ở bảng 4.2 được cho trong bảng 4.3

ℎ𝑇𝑋: độ cao anten phát (10-80 m)

𝐶𝑓 = 6𝑙𝑜𝑔10(𝑓𝑐/2000) hệ số tương quan đối với tần số sóng mang 𝑓𝑐

𝐶𝑅𝑋: hệ số tương quan của anten thu

Hình 4.4: Tổn hao đường truyền trong mô hình IEEE 802.16d

Hình 4.4a biểu diễn tổn hao đường truyền bởi mô hình IEEE 802.16d theo khoảng cách

tại tần số sóng mang 2 GHz, trong đó thay đổi độ cao anten phát và cố định độ cao anten

thu 30 m

Hình 4.4b cho thấy suy hao đường truyền theo mô hình suy hao IEEE 802.16d điều chỉnh

(4.18), trong đó điểm ngắt là ngắn hơn so với hình 4.4a

Dưới đây ta tóm tắt các chương trình con được dùng trong Sim_UWB 4.01

Prog 4.01:

% Pro 4.01

% Free Space Path loss Model

% Input

% fc : carrier frequency[Hz]

% dist : between base station and mobile

station[m]

% Gt : transmitter gain

% Gr : receiver gain

% output

% PL : path loss[dB]

fc =1.5e9;

d0 =100;

sigma =3;

dist = [1:2:31].^2;

Gt = [1 1 0.5];

Gr = [1 0.5 0.5];

Exp = [2 3 6];

lamda = 3e8/fc;

tmp = lamda./(4*pi*dist);

if nargin>2, tmp = tmp*sqrt(Gt); end

if nargin>3, tmp = tmp*sqrt(Gr); end

PL = -20*log10(tmp); % Eq.(1.2)/(1.3)

Chương trình nhận 4 đầu vào:

• Tần số sóng mang: fc

• Khoảng cách phát/thu: dist

• Độ lợi anten phát: Gt

• Độ lợi anten thu: Gr

Chạy chương trình ta nhận kết quả:

Prog 4.02:

% Pro 4.02

% Log-distance or Log-normal Shadowing Path Loss model

% Input

% fc : carrier frequency[Hz]

% d : between base station and mobile station[m]

% d0 : reference distance[m]

% n : path loss exponent, n

% sigma : variance[dB]

% output

% PL : path loss[dB]

PL = -20*log10(lamda/(4*pi*d0)) + 10*n*log10(d/d0); % Eq.(1.4)

if nargin>4, PL = PL + sigma*randn(size(d)); end %

Eq.(1.5)

Chương trình thực hiện tính suy hao đường truyền theo khoảng cách trong môi

trường pha đinh phạm vi rộng che chắn phân bố log-normal Nhận 5 đầu vào:

• Tần số sóng mang: fc

• Khoảng cách phát/thu: d

• Khoảng cách tham chiếu: d0

• Số mũ tổn hao truyền sóng:n

• Phương sai: sigma

• Đầu ra PL: suy hao đường truyền

Lệnh thược hiện chương trình:

Prog 4.03:

% Pro 4.03

% Hata Model

% Input

% fc : carrier frequency[Hz]

% d : between base station and mobile station[m]

% htx : height of transmitter[m]

% hrx : height of receiver[m]

% Etype : Environment Type('urban','suburban','open')

% output

% PL : path loss[dB]

if nargin<5, Etype = 'URBAN'; end

fc=fc/(1e6);

if fc>=150&&fc<=200, C_Rx = 8.29*(log10(1.54*hrx))^2 - 1.1;

elseif fc>200, C_Rx = 3.2*(log10(11.75*hrx))^2 - 4.97; %

Eq (1.9)

else C_Rx = 0.8+(1.1*log10(fc)-0.7)*hrx-1.56*log10(fc);

% Eq (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); % Eq (1.7) EType = upper(Etype);

if EType(1)=='S', PL = PL -2*(log10(fc/28))^2 -5.4; % Eq (1.10)

elseif EType(1)=='O'

PL=PL+(18.33-4.78*log10(fc))*log10(fc)-40.97; % Eq (1.11)

end

Chương trình tính tổn thất đường truyền theo mô hình Hata Chương trình nhận 5 đầu vào:

• Tần số sóng mang: fc

• Khoảng cách phát/thu: d

• Độ cao anten phát: htx

• Độ cao anten thu: hrx

• Loại mô trường ('urban','suburban','open'): Etype

• Đầu ra chương trình PL: Suy hao đường truyền theo mô hình Hata

Lệnh thực hiện chương trình:

Prog 4.04:

% Pro 4.04

% IEEE 802.16d model

% Input - fc : carrier frequency

% d : between base and terminal

% type : selects 'A', 'B', or 'C'

% htx : height of transmitter

% hrx : height of receiver

% corr_fact: if shadowing exists, set to 'ATnT' or

'Okumura' Otherwise, 'NO'

% mod : set to 'mod' to get the modified IEEE

802.16d model

% output - PL : path loss [dB]

Mod='UNMOD';

if nargin>6, Mod=upper(mod); end

if nargin==6&&corr_fact(1)=='m', Mod='MOD'; corr_fact='NO';

elseif nargin<6, corr_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<4, htx=30;

if nargin==3&&type(1)=='m', Mod='MOD'; type='A'; elseif nargin<3, type='A';

end

end

end

end

d0 = 100;

Type = upper(type);

if Type~='A'&& Type~='B'&&Type~='C'

disp('Error: The selected type is not supported');

return;

end

case 'ATNT', Cf=6*log10(fc/2e9);

C_Rx=-10.8*log10(hrx/2);

case 'OKUMURA', Cf=6*log10(fc/2e9);

if hrx<=3, C_Rx=-10*log10(hrx/3);

else, C_Rx=-20*log10(hrx/3);

end

case 'NO', Cf=0; C_Rx=0;

end

if Type=='A', a=4.6; b=0.0075; c=12.6;

elseif Type=='B', a=4; b=0.0065; c=17.1;

else a=3.6; b=0.005; c=20;

end

lamda=3e8/fc; gamma=a-b*htx+c/htx; d0_pr=d0;

if Mod(1)=='M', d0_pr=d0*10^-((Cf+C_Rx)/(10*gamma)); end

A = 20*log10(4*pi*d0_pr/lamda) + Cf + C_Rx;

%fprintf('Cf+C_Rx=%8.4e, d0=%8.4f, d0_pr=%8.4f, %s\n', Cf+C_Rx,d0,d0_pr, corr_fact)

for k=1:length(d)

if d(k)>d0_pr, PL(k) = A + 10*gamma*log10(d(k)/d0);

else, PL(k) = -10*log10((lamda/(4*pi*d(k)))^2);

end

end

Chương trình thực hiện tính tổn hao đường truyền theo mô hình IEEE 802.16d Chương trình nhận 7 đầu vào:

• Tần số sóng mang: fc

• Khoảng cách phát/thu: d

• Độ cao anten phát: htx

• Độ cao anten thu: hrx

• Loại môi trường ('A', 'B' hoặc 'C' ): Etype

• Hệ số tương quan: corr_fact

• Thiết lập loại mô hình được chọn: mod

Đầu ra chương trình là suy hao hao đường truyền theo mô hình IEEE 802.16d Lệnh thực hiện chương trình là:

function PL =

uwb40105_PL_IEEE80216d(fc,d,type,htx,hrx,corr_fact,mod)