поэтапный. WidebandLOSChannel

Широкополосный канал распространения LOS

Описание

Модели phased.WidebandLOSChannel распространение узкополосных электромагнитных сигналов через угол обзора (LOS) образовывают канал от источника до места назначения. В канале LOS пути к распространению являются прямыми линиями от точки до точки. Модель распространения в канале LOS включает затухание свободного пространства в дополнение к затуханию из-за атмосферных газов, дождя, вуали и облаков. Можно использовать phased.WidebandLOSChannel, чтобы смоделировать распространение сигналов между несколькими точками одновременно. Система object™ работает на все частоты.

В то время как модели затухания для атмосферных газов и дождя допустимы для электромагнитных сигналов в частотном диапазоне 1-1000 ГГц только, модель затухания для вуали и облаков допустима для 10-1000 ГГц. Вне этих частотных диапазонов Системный объект использует самое близкое допустимое значение.

Системный объект phased.WidebandLOSChannel применяет зависимые областью значений задержки к сигналам, а также прибыли или убытки. Когда или источник или место назначения перемещаются, Системный объект применяет эффекты Доплера.

Как Системный объект phased.WidebandFreeSpace, Системный объект phased.WidebandLOSChannel поддерживает двухстороннее распространение.

Вычислить задержку распространения заданного источника и точек получателя:

Задайте и настройте свой Широкополосный канал LOS с помощью процедуры Конструкции. Можно установить свойства Системного объекта во время конструкции или оставить их в их значениях по умолчанию.
Вызовите метод phased.WidebandLOSChannel.step, чтобы вычислить распространенный сигнал с помощью свойств Системного объекта phased.WidebandLOSChannel. Можно изменить настраиваемые свойства прежде или после любого вызова метода step.

Примечание

При запуске в R2016b, вместо того, чтобы использовать метод step, чтобы выполнить операцию, заданную Системным объектом, можно вызвать объект с аргументами, как будто это была функция. Например, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполняют эквивалентные операции.

Конструкция

sWBLOS = phased.WidebandLOSChannel создает Широкополосный LOS, ослабляющий Системный объект канала распространения, sWBLOS.

sWBLOS = phased.WidebandLOSChannel(Name,Value) создает Системный объект, sWBLOS, с каждым заданным набором свойства Name к заданному Value. Можно задать дополнительное имя и аргументы пары значения в любом порядке как (Name1,Value1..., NameN,ValueN).

Свойства

развернуть все

`PropagationSpeed` — Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Скорость распространения сигнала, заданная как положительная скалярная величина. Модули исчисляются в метрах в секунду. Скорость распространения по умолчанию является значением, возвращенным physconst('LightSpeed'). Смотрите physconst.

Пример: 3e8

Типы данных: double

`OperatingFrequency` — Рабочая частота
`300e6` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Рабочая частота, заданная как положительная скалярная величина. Модули находятся в Гц.

Пример: 1e9

Типы данных: double

`SpecifyAtmosphere` — Включите атмосферную модель затухания
`false` (значение по умолчанию) | `true`

Опция, чтобы включить атмосферную модель затухания, заданную как false или true. Установите это свойство на true добавлять затухание сигнала, вызванное атмосферными газами, дождем, вуалью или облаками. Установите это свойство на false игнорировать атмосферные эффекты в распространении.

`TwoWayPropagation` — Включите двухстороннее распространение
`false` (значение по умолчанию) | `true`

Включите двухстороннее распространение, заданное как false или true. Установите это свойство на true выполнять распространение туда и обратно между источником сигнала и местом назначения, заданным в step. Установите это свойство на false выполнять только одностороннее распространение от источника до места назначения.

Пример: true

Типы данных: логический

`SampleRate` — Частота дискретизации сигнала
`1e6` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Частота дискретизации сигнала, заданного как положительная скалярная величина. Модули находятся в Гц. Системный объект использует это количество, чтобы вычислить задержку распространения модулей выборок.

Пример: 1e6

Типы данных: double

`NumSubbands` — Количество обработки поддиапазонов
`64` (значение по умолчанию) | положительное целое число

Количество обработки поддиапазонов, заданных как положительное целое число.

Пример: 128

Типы данных: double

`MaximumDistanceSource` — Источник максимального одностороннего расстояния распространения
`'Auto'` (значение по умолчанию) | `'Property'`

Источник максимального одностороннего расстояния распространения, заданного как 'Auto' или 'Property'. Максимальное одностороннее расстояние распространения используется, чтобы выделить достаточную память для вычисления задержки сигнала. Когда вы устанавливаете это свойство на 'Auto', Системный объект автоматически выделяет память. Когда вы устанавливаете это свойство на 'Property', вы задаете максимальное одностороннее расстояние распространения с помощью значения свойства MaximumDistance.

Типы данных: char

`MaximumDistance` — Максимальное одностороннее расстояние распространения
`10000` (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Максимальное одностороннее расстояние распространения, заданное как положительный скаляр с действительным знаком. Модули исчисляются в метрах. Любой сигнал, который распространяет больше, чем максимальное одностороннее расстояние, проигнорирован. Максимальное расстояние должно быть больше, чем или равным самому большому расстоянию положения-к-позиционному.

Пример: 5000

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите свойство MaximumDistanceSource на 'Property'.

Типы данных: double

`MaximumNumInputSamplesSource` — Источник максимального количества выборок
`'Auto'` (значение по умолчанию) | `'Property'`

Источник максимального количества выборок входного сигнала, заданного как 'Auto' или 'Property'. Когда вы устанавливаете это свойство на 'Auto', модель распространения автоматически выделяет достаточно памяти, чтобы буферизовать входной сигнал. Когда вы устанавливаете это свойство на 'Property', вы задаете максимальное количество выборок во входном сигнале с помощью свойства MaximumNumInputSamples. Любой входной сигнал дольше, чем то значение является усеченным.

Когда вы используете модели распространения в MATLAB^® Function Block в Simulink^® с сигналами переменного размера, необходимо установить параметр MaximumNumInputSamples на 'Property' и установить параметр MaximumNumInputSamples соответственно.

Пример: 'Property'

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите MaximumDistanceSource на 'Property'.

Типы данных: char

`MaximumNumInputSamples` — Максимальное количество выборок входного сигнала
`100` (значение по умолчанию) | положительное целое число

Максимальное количество выборок входного сигнала, заданных как положительное целое число. Входной сигнал является первым аргументом метода step после самого Системного объекта. Размер входного сигнала является количеством строк во входной матрице. Любой входной сигнал дольше, чем этот номер является усеченным. К сигналам процесса полностью, гарантируйте, что это значение свойства больше, чем какая-либо максимальная длина входного сигнала.

Генерирующие форму волны Системные объекты определяют максимальный размер сигнала:

Для любой формы волны, если свойство OutputFormat формы волны установлено в 'Samples', максимальная длина сигнала является значением, заданным в свойстве NumSamples.
Для импульсных форм волны, если OutputFormat установлен в 'Pulses', длина сигнала является продуктом наименьшей импульсной частоты повторения, количеством импульсов и частотой дискретизации.
Для непрерывных форм волны, если OutputFormat установлен в 'Sweeps', длина сигнала является продуктом времени развертки, количеством разверток и частотой дискретизации.

Пример: 2048

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите MaximumNumInputSamplesSource на 'Property'.

Типы данных: double

Методы

сброс	Сбросьте состояния Системного объекта
шаг	Распространите сигнал в Широкополосном канале LOS

Характерный для всех системных объектов
`release`	Позвольте изменения значения свойства Системного объекта

Примеры

развернуть все

Спектр распространенного сигнала в широкополосном канале LOS

Скрипт Open Live Script

Распространите широкополосный сигнал в канале угла обзора (LOS) от радара в (0,0,0) метры к цели в (35,0,0) метры в средней вуали. Установите жидкость вуали водная плотность на 0.05 gm/m3. Примите, что дождь падает на 5 мм/час. Несущая частота сигнала составляет 20 ГГц. Сигнал является суммой четыре по часовой стрелке тоны в 19,75, 19.875, 20.125, и 20,25 ГГц. Установите длительность сигнала на 0,5 μs и частоту дискретизации к 2,0 ГГц. Примите, что радар является стационарным, и цель приближается к радару на уровне 40 м/с. Атмосферная температура 12°C.

Установите параметры сигнала и создайте переданный сигнал.

c = physconst('LightSpeed');
fs = 2e9;
freq = [-0.25,-.125,0.125,0.25]*1e9;
fc = 20.0e9;
dt = 1/fs;
t = [0:dt:.5e-6];
sig = sum(exp(1i*2*pi*t.'*freq),2);

Задайте параметры атмосферы и создайте Систему phased.WidebandChannel object™.

lwd = 0.05;
rainrate = 5.0;
temp = 12.0;
loschannel = phased.WidebandLOSChannel('SampleRate',fs,'PropagationSpeed',c,...
    'SpecifyAtmosphere',true,'OperatingFrequency',fc,'RainRate',rainrate,...
    'LiquidWaterDensity',lwd,'Temperature',temp);

Задайте радар и предназначайтесь для положений и скоростей.

xradar = [0,0,0].';
vradar = [0,0,0].';
xtgt = [35,0,0].';
vtgt = [-40,0,0].';

Распространенный сигнал с помощью метода step.

prop_sig = loschannel(sig,xradar,xtgt,vradar,vtgt);

Постройте распространенный сигнал. Для целевого диапазона 35 м задержка распространения является 0,11 μs, как замечено в графике.

plot(t*1e6,real(prop_sig))
grid
xlabel('Time ({\mu}s)')
ylabel('Amplitude')

Используя функцию periodogram с окном Тейлора, постройте спектры исходных и распространенных сигналов.

nfft = 1024;
nsamp = size(sig,1);
periodogram([sig prop_sig],taylorwin(nsamp),nfft,fs,'centered')
ylim([-200 0])
legend('transmitted','propagated')

Больше о

развернуть все

Затухание и коэффициенты потерь

Потеря затухания или пути в Широкополосном канале LOS состоит из четырех компонентов. _{L = LfspLgLcLr}, где

_Lfsp является затуханием пути свободного пространства
_Lg является атмосферным затуханием пути
_Lc является вуалью и затуханием пути к облаку
_Lr является затуханием пути к дождю

Каждый компонент находится в единицах значения, не в дБ.

Задержка свободного пространства и потеря

Когда источник и место назначения являются стационарными друг относительно друга, можно записать выходной сигнал канала свободного пространства как _{Y(t) = x(t-τ)/Lfsp}. Количество τ является задержкой сигнала и _Lfsp, является потерей пути свободного пространства. Задержка, которую τ дан R/c, где R является расстоянием распространения и c, является скоростью распространения. Потерей пути свободного пространства дают

$L_{f s p} = \frac{{(4 π R)}^{2}}{λ^{2}},$

где λ является длиной волны сигнала.

Эта формула принимает, что цель находится в далеком поле элемента передачи или массива. В близком поле формула пути свободного пространства потерь не допустима и может привести к потере, меньшей, чем одна, эквивалентная усилению сигнала. Поэтому потеря установлена в единицу для значений области значений, R ≤ λ/4π.

Когда у источника и места назначения есть относительное движение, обработка также вводит Доплеровский сдвиг частоты. Сдвигом частоты является v/λ для одностороннего распространения и 2v/λ для двухстороннего распространения. Количество v является относительной скоростью места назначения относительно источника.

Для получения дополнительной информации на распространении канала свободного пространства, см. [5].

Атмосферная газовая модель затухания

Эта модель вычисляет затухание сигналов, которые распространяют через атмосферные газы.

Электромагнитные сигналы затухают, когда они распространяют через атмосферу. Этот эффект должен, в основном, к строкам резонанса поглощения кислорода и водяного пара с меньшими вкладами, поступающими из газа азота. Модель также включает непрерывный спектр поглощения ниже 10 ГГц. Рекомендация модели ITU ITU-R P.676-10: Затухание атмосферными газами используется. Модель вычисляет определенное затухание (затухание на километр) как функция температуры, давления, плотности водяного пара и частоты сигнала. Атмосферная газовая модель допустима для частот от 1-1000 ГГц и применяется к поляризованным и неполяризованным полям.

Формула для определенного затухания на каждой частоте

$γ = γ_{o} (f) + γ_{w} (f) = 0.1820 f N^{″} (f) .$

Количество N"() является мнимой частью комплексного атмосферного явления преломления и состоит из спектрального компонента строки и непрерывного компонента:

$N^{″} (f) = \sum_{i} S_{i} F_{i} + {N^{″}}_{D}^{} (f)$

Спектральный компонент состоит из суммы дискретных условий спектра, состоявших из локализованной функции пропускной способности частоты, F(f) _i, умноженный на спектральную силу строки, S _i. Для атмосферного кислорода каждая спектральная сила строки

$S_{i} = a_{1} \times 10^{- 7} {(\frac{300}{T})}^{3} \exp [a_{2} (1 - (\frac{300}{T})] P .$

Для атмосферного водяного пара каждая спектральная сила строки

$S_{i} = b_{1} \times 10^{- 1} {(\frac{300}{T})}^{3.5} \exp [b_{2} (1 - (\frac{300}{T})] W .$

P является сухим давлением воздуха, W является парциальным давлением водяного пара, и T является температурой окружающей среды. Единицы давления находятся в гектопаскалях (гПа), и температурой является в градусах Келвин. Парциальное давление водяного пара, W, связано с плотностью водяного пара, ρ,

$W = \frac{ρ T}{216.7} .$

Общим атмосферным давлением является P + W.

Для каждой кислородной строки _Si зависит от двух параметров, _a1 и _a2. Точно так же каждая строка водяного пара зависит от двух параметров, _b1 и _b2. Документация ITU, процитированная в конце этого раздела, содержит табулирование этих параметров как функции частоты.

Локализованные функции пропускной способности частоты _Fi(f) являются сложными функциями частоты, описанной в ссылках ITU, процитированных ниже. Функции зависят от эмпирических параметров модели, которые также сведены в таблицу в ссылке.

Чтобы вычислить общее затухание для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает определенное затухание на длину пути, R. Затем общим затуханием является _{Lg= R(γo + γw)}.

Можно применить модель затухания к широкополосным сигналам. Во-первых, разделите широкополосный сигнал на поддиапазоны частоты и примените затухание к каждому поддиапазону. Затем суммируйте все ослабленные сигналы поддиапазона в общий ослабленный сигнал.

Вуаль и модель затухания облака

Эта модель вычисляет затухание сигналов, которые распространяют через вуаль или облака.

Вуаль и затухание облака являются тем же атмосферным явлением. Модель ITU, Рекомендация ITU-R P.840-6: Затухание из-за облаков и вуали используется. Модель вычисляет определенное затухание (затухание на километр), сигнала как функция жидкой водной плотности, частоты сигнала и температуры. Модель применяется к поляризованным и неполяризованным полям. Формула для определенного затухания на каждой частоте

$γ_{c} = K_{l} (f) M,$

где M является жидкой водной плотностью в ^gm/m3. Количество _Kl(f) является определенным коэффициентом затухания и зависит от частоты. Модель затухания облака и вуали допустима для частот 10-1000 ГГц. Модули для определенного коэффициента затухания (дБ/км) / ^(g/m3).

Чтобы вычислить общее затухание для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает определенное затухание на длину пути R. Общим затуханием является _{Lc = Rγc}.

Можно применить модель затухания к широкополосным сигналам. Во-первых, разделите широкополосный сигнал на поддиапазоны частоты и примените узкополосное затухание к каждому поддиапазону. Затем суммируйте все ослабленные сигналы поддиапазона в общий ослабленный сигнал.

Модель затухания ливня

Эта модель вычисляет затухание сигналов, которые распространяют через области ливня.

Электромагнитные сигналы ослаблены при распространении через область ливня. Затухание ливня вычисляется согласно модели Recommendation ITU-R P.838-3 ливня ITU: Определенная модель затухания для дождя для использования в методах прогноза. Модель вычисляет определенное затухание (затухание на километр) сигнала как функция уровня ливня, частоты сигнала, поляризации и угла повышения пути. Вычислить затухание, эта модель использование

$γ_{r} = k r^{α},$

где r является уровнем дождя в мм/час. Параметр k и экспонента α зависит от частоты, вида поляризации и угла повышения пути прохождения сигнала. Определенная модель затухания допустима для частот от 1-1000 ГГц.

Чтобы вычислить общее затухание для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает определенное затухание на расстояние распространения, R. Затем общим затуханием является _{Lr = Rγr}. Вместо того, чтобы использовать геометрическую область значений в качестве расстояния распространения, тулбокс использует измененную область значений. Измененная область значений является геометрической областью значений, умноженной на фактор области значений

$\frac{1}{1 + \frac{R}{R_{0}}}$

где

$R_{0} = 35 e^{- 0.015 r}$

эффективная длина пути в километрах (см. Seybold, J. Введение в Распространение РФ.), Когда нет никакого дождя, эффективная длина пути составляет 35 км. Когда уровень дождя - например, 10 мм/час, эффективная длина пути составляет 30,1 км. С близкого расстояния расстояние распространения является приблизительно геометрической областью значений. Для более длинных областей значений расстояние распространения асимптотически приближается к эффективной длине пути.

Обработка частоты поддиапазона

Обработка поддиапазона разлагает широкополосный сигнал на несколько поддиапазонов и применяет узкополосную обработку к сигналу в каждом поддиапазоне. Сигналы для всех поддиапазонов суммированы, чтобы сформировать выходной сигнал.

При использовании широкополосных Системных объектов частоты или блоков, вы задаете количество поддиапазонов, N _B, в котором можно анализировать широкополосный сигнал. Частоты центра поддиапазона и ширины автоматически вычисляются из общей пропускной способности и количества поддиапазонов. Общий диапазон частот сосредоточен на поставщике услуг или рабочей частоте, _fc. Полная пропускная способность дана частотой дискретизации, _fs. Ширинами поддиапазона частоты является Δf = f _s/NB. Центральные частоты поддиапазонов

$f_{m} = {\begin{matrix} f_{c} - \frac{f_{s}}{2} + (m - 1) Δ f, N_{B} даже \\ f_{c} - \frac{(N_{B} - 1) f_{s}}{2 N_{B}} + (m - 1) Δ f, N_{B} нечетный \end{matrix}, m = 1, \dots, N_{B}$

Некоторые Системные объекты позволяют вам получить частоты центра поддиапазона, как выведено, когда вы запускаете объект. Возвращенные частоты поддиапазона последовательно упорядочиваются с упорядоченным расположением дискретного преобразования Фурье. Частоты выше поставщика услуг появляются первыми, сопровождаемые частотами ниже поставщика услуг.

Использование Системного объекта phased.WidebandLOSChannel узкополосно передает задержку и алгоритмы затухания для каждого поддиапазона.

Ссылки

[1] Сектор радиосвязи Международного союза электросвязи. Рекомендация ITU-R P.676-10: Затухание атмосферными газами. 2013.

[2] Сектор радиосвязи Международного союза электросвязи. Рекомендация ITU-R P.840-6: Затухание из-за облаков и вуали. 2013.

[3] Сектор радиосвязи Международного союза электросвязи. Рекомендация ITU-R P.838-3: Определенная модель затухания для дождя для использования в методах прогноза. 2005.

[4] Seybold, J. Введение в распространение РФ. Нью-Йорк: Wiley & Sons, 2005.

[5] Skolnik, M. Введение в радиолокационные системы, 3-го Эда. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 2001.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Указания и ограничения по применению:

Смотрите системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB Coder).

Смотрите также

Функции

fogpl | fspl | gaspl | rainpl | rangeangle

Системные объекты

phased.BackscatterRadarTarget | phased.FreeSpace | phased.LOSChannel | phased.RadarTarget | phased.TwoRayChannel | phased.WidebandFreeSpace

Документация

поэтапный. WidebandLOSChannel

Описание

Примечание

Конструкция

Свойства

PropagationSpeed — Скорость распространения сигнала physconst('LightSpeed') (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

OperatingFrequency — Рабочая частота 300e6 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

SpecifyAtmosphere — Включите атмосферную модель затухания false (значение по умолчанию) | true

Temperature — Температура окружающей среды 15 (значение по умолчанию) | скаляр с действительным знаком

Зависимости

DryAirPressure — Атмосферное сухое давление воздуха 101.325e3 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Зависимости

WaterVapourDensity — Атмосферная плотность водяного пара 7.5 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Зависимости

LiquidWaterDensity — Жидкая водная плотность 0.0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр с действительным знаком

Зависимости

RainRate — Уровень ливня 0.0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр с действительным знаком

TwoWayPropagation — Включите двухстороннее распространение false (значение по умолчанию) | true

SampleRate — Частота дискретизации сигнала 1e6 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

NumSubbands — Количество обработки поддиапазонов 64 (значение по умолчанию) | положительное целое число

MaximumDistanceSource — Источник максимального одностороннего расстояния распространения 'Auto' (значение по умолчанию) | 'Property'

MaximumDistance — Максимальное одностороннее расстояние распространения 10000 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Зависимости

MaximumNumInputSamplesSource — Источник максимального количества выборок 'Auto' (значение по умолчанию) | 'Property'

Зависимости

MaximumNumInputSamples — Максимальное количество выборок входного сигнала 100 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

Методы

Примеры

Спектр распространенного сигнала в широкополосном канале LOS

Больше о

Затухание и коэффициенты потерь

Задержка свободного пространства и потеря

Атмосферная газовая модель затухания

Вуаль и модель затухания облака

Модель затухания ливня

Обработка частоты поддиапазона

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Функции

Системные объекты

Введенный в R2016a

Документация Phased Array System Toolbox

Поддержка

`PropagationSpeed` — Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`OperatingFrequency` — Рабочая частота
`300e6` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`SpecifyAtmosphere` — Включите атмосферную модель затухания
`false` (значение по умолчанию) | `true`

`Temperature` — Температура окружающей среды
`15` (значение по умолчанию) | скаляр с действительным знаком

`DryAirPressure` — Атмосферное сухое давление воздуха
`101.325e3` (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

`WaterVapourDensity` — Атмосферная плотность водяного пара
`7.5` (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

`LiquidWaterDensity` — Жидкая водная плотность
`0.0` (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр с действительным знаком

`RainRate` — Уровень ливня
`0.0` (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр с действительным знаком

`TwoWayPropagation` — Включите двухстороннее распространение
`false` (значение по умолчанию) | `true`

`SampleRate` — Частота дискретизации сигнала
`1e6` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`NumSubbands` — Количество обработки поддиапазонов
`64` (значение по умолчанию) | положительное целое число

`MaximumDistanceSource` — Источник максимального одностороннего расстояния распространения
`'Auto'` (значение по умолчанию) | `'Property'`

`MaximumDistance` — Максимальное одностороннее расстояние распространения
`10000` (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

`MaximumNumInputSamplesSource` — Источник максимального количества выборок
`'Auto'` (значение по умолчанию) | `'Property'`

`MaximumNumInputSamples` — Максимальное количество выборок входного сигнала
`100` (значение по умолчанию) | положительное целое число

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.