看了很多论文有关无线的论文,一直对他的论文里的信道模型很迷惑,大体结合搜到的资料以及论文整理一下。
1、衰落
(quad)无线通信里,信号强度的变化可以分为大尺度衰落(Large-scale fading)和小尺度衰落(Small-scale fading),这两者由不同的物理现象引起,并在不同的尺度上影响信号。
(1)大尺度衰落:大尺度衰落也称为宏观衰落,它涉及到信号强度随着距离增加而逐渐减弱的现象,这种衰落与传播距离和环境的大尺度特征(如建筑物、山丘、森林)有关。大尺度衰落通常通过以下几种方式来描述:
- 路径损耗:信号随距离增加而衰减的量,通常可以通过Hata模型、COST 231模型等经验模型来估计。
- 阴影效应:由于障碍物如建筑物或地形阻挡,信号强度会经历快速的变化,这种现象通常模拟为对数正态分布的随机过程。
(2)小尺度衰落:小尺度衰落也称为微观衰落,是指在几波长的距离范围内信号强度的快速变化。这种衰落是由以下几种现象引起的:
- 多径衰落:信号在到达接收器之前会通过多条路径传播,这些路径上的信号可能相互增强(相长干涉)或相互抵消(相消干涉),造成接收信号强度的快速波动。
- 多普勒效应:如果发射源、接收源或反射物体在移动,会导致信号频率的变化,进而影响接收信号的相位和幅度。
论文里,分情况,如果是那种地对空,空对地的模型,大尺度衰落是考虑的最多的,尤其是路径损失,其他的先不了解,以后遇到了再补充。
2、路径损失
(quad)每一篇空对地(Air To Ground, ATG)模型基本都会引用的一篇文章,Optimal LAP Altitude for Maximum Coverage,很简单的一篇文章,但是非常有意义。
(quad)ATG的路径平均损失可以表示为:
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(quad)其中,FSBL表示在自由空间传播中的损失,(eta_{xi},xiin[LoS,NLoS])是额外路径损失(Excessive Pathloss),这个参数涉及到很多因素,比如说多径传播、建筑物衰减、地形遮挡、植被吸收等等,一般的计算(eta_{xi})可以通过测量真实环境中的数据,或者利用一些经验模型,比如说Hata模型、COST 231模型,ITU模型等等,论文里一般也不太会告诉怎么算,不用过于关心。
(quad)经过一系列的推导,有了视距LoS(Line of Sight)概率与非视距NLoS(Non Line of Sight)概率,大概就是遮挡与非遮挡,公式如下:
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(quad)那么,(P(NLoS, theta) = 1 – P(LoS, theta)),其中a,b是与环境有关的参数,上边那篇文章有解释,可以不用在意,(theta)是地对空或者空对地的一个俯仰角。
(quad)所以完整的路径损失公式就是:
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(quad)自由空间中路径损失根据Friis公式:
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(quad)其中(P_r,P_t,G_t,G_r,L)分别是信号的接收功率、发射功率、发射增益、接受增益、与传播环境无关的系统损耗系数,一般情况下,(G_t,G_r,L)取1,路径损耗被定义为发送信号与接受功率之比,所以自由空间传播路径损失为:
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(quad)根据公式(1),得:
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(quad)然后嘞,信道增益定义大概就是接收功率与发送功率之比,与路径损耗呈倒数关系,所以在一个只有路径损耗得信道里,信道增益如下式:
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(quad)论文Cooperative Trajectory Design of Multiple UAV Base Stat服务器托管网ions With Heterogeneous Graph Neural Networks就是直接这样定义得。
(quad)这篇论文里把路径损失定义为了:
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(quad)大概就是没取对数罢了,取个对数就跟上边公式(1)差不多了,取对数主要是为了把乘除关系转换为加减,便于工程得计算,通信里还为了表示输出功率,引入了dBm、dBw,dBm表示相对于1mW输入功率得系统增益(1w = 10lg(cfrac{1W}{1mW}) = 30dBm),dBw表示相对于1w输入功率得到的系统增益。
参考:
[1]X. Zhang, H. Zhao, J. Wei, C. Yan, J. Xiong and X. Liu, “Cooperative Trajectory Design of Multiple UAV Base Stations With Heterogeneous Graph Neural Networks,” in IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 22, no. 3, pp. 1495-1509, March 2023, doi: 10.1109/TWC.2022.3204794.
[2]A. Al-Hourani, S. Kandeepan and S. Lardner, “Optimal LAP Altitude for Maximum Coverage,” in IEEE Wireless Communications Letters, vol. 3, no. 6, pp. 569-572, Dec. 2014, doi: 10.1109/LWC.2014.2342736.
[3]https://www.jianshu.com/p/1e8bd1daab9e
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