Wideband LOS Channel

Широкополосный канал распространения линии визирования

Библиотека

Окружение и цель

phasedenvlib

Описание

Блок Wideband LOS Channel распространяет сигналы от одной точки в пространстве к нескольким точкам или от нескольких точек назад к одной точке через каналы прямой видимости (LOS). Блок моделирует время распространения, потери распространения свободного пространства, доплеровский сдвиг и атмосферные, а также погодные потери. Блок принимает, что скорость распространения намного больше, чем скорость объекта, и в этом случае модель остановки и скачка действительна.

При распространении сигнала в канале LOS на объект и назад у вас есть выбор либо использования одного блока для вычисления двухсторонней задержки распространения канала LOS, либо двух блоков для выполнения односторонних задержек распространения в каждом направлении. Поскольку задержка распространения канала LOS не обязательно является целым числом, кратным интервалу дискретизации, может оказаться, что общая задержка туда и обратно в выборках, когда вы используете блок двухстороннего распространения, отличается от задержки в выборках, когда вы используете два блока одностороннего распространения. По этой причине рекомендуется, когда это возможно, использовать один двухсторонний блок распространения.

Параметры

Signal Propagation speed (m/s)

Задайте скорость распространения сигнала, в метрах в секунду, как положительная скалярная величина. Вы можете использовать функцию physconst для определения скорости света.

Signal carrier frequency (Hz)

Задайте несущую частоты сигнала в герце узкополосного сигнала как положительная скалярная величина.

Number of subbands

Количество поддиапазонов, используемых для обработки поддиапазона, заданное в виде положительного целого числа.

Specify atmospheric parameters

Установите этот флажок, чтобы включить моделирование ослабления атмосферы.

Temperature (degrees Celsius)

Температура окружающей среды, заданная как действительный скаляр. Модулями являются степени Цельсия. Этот параметр появляется при установке флажка Specify atmospheric parameters. Модулями являются степени Цельсия.

Dry air pressure (Pa)

Атмосферное давление сухого воздуха, заданное как положительный реальный скаляр. Модулями являются Pascals (Pa). Значение 101325 для этого свойства соответствует одной стандартной атмосфере. Этот параметр появляется при установке флажка Specify atmospheric parameters.

Water vapour density (g/m^3)

Плотность атмосферного водяного пара, заданная как положительный реальный скаляр. Модули измерения - gm/m³. Этот параметр появляется при установке флажка Specify atmospheric parameters.

Liquid water density (g/m^3)

Плотность жидкой воды тумана или облака, заданная как неотрицательный реальный скаляр. Модули измерения - gm/m³. Типичные значения плотности жидкой воды: 0,05 для среднего тумана и 0,5 для густого тумана. Этот параметр появляется при установке флажка Specify atmospheric parameters.

Rain rate (mm/hr)

Норма осадков, заданная как неотрицательный реальный скаляр. Модули измерения указаны в мм/час. Этот параметр появляется при установке флажка Specify atmospheric parameters.

Perform two-way propagation

Установите этот флажок, чтобы выполнить перемещение туда и обратно между источником и местом назначения. В противном случае блок выполняет одностороннее распространение из источника в место назначения.

Inherit sample rate

Установите этот флажок, чтобы наследовать частоту дискретизации из вышестоящих блоков. В противном случае задайте частоту дискретизации, используя параметр Sample rate (Hz).

Sample rate (Hz)

Задайте скорость дискретизации сигнала (в герцах) как положительная скалярная величина. Этот параметр появляется только, когда параметр Inherit sample rate не выбран.

Maximum one-way propagation distance (m)

Максимальное расстояние между источником сигнала и местом назначения, заданное как положительная скалярная величина. Модули измерения указаны в метрах. Амплитуды любых сигналов, которые распространяются за это расстояние, будут установлены в нуль.

Simulate using

Метод симуляции блоков, заданный как Interpreted Execution или Code Generation. Если вы хотите, чтобы ваш блок использовал MATLAB^® интерпретатор, выберите Interpreted Execution. Если вы хотите, чтобы ваш блок выполнялся как скомпилированный код, выберите Code Generation. Скомпилированный код требует времени для компиляции, но обычно запускается быстрее.

Интерпретированное выполнение полезно, когда вы разрабатываете и настраиваете модель. Блок запускает базовую системную object™ в MATLAB. Вы можете быстро изменить и выполнить модель. Когда вы удовлетворены вашими результатами, можно запустить блок с помощью Code Generation. Длинные симуляции выполняются быстрее, чем при интерпретированном выполнении. Можно запускать повторные выполнения без перекомпиляции. Однако, если вы меняете какие-либо параметры блоков, то блок автоматически перекомпилируется перед выполнением.

При установке этого параметра необходимо учитывать режим симуляции модели в целом. Таблица показывает, как параметр Simulate using взаимодействует с общим режимом симуляции.

Когда Simulink^® модель находится в Accelerator режим блока, заданный с помощью Simulate using, переопределяет режим симуляции.

Режимы ускорения

Симуляция блоков	Поведение симуляции
Симуляция блоков	`Normal`	`Accelerator`	`Rapid Accelerator`
`Interpreted Execution`	Блок выполняется с помощью интерпретатора MATLAB.	Блок выполняется с помощью интерпретатора MATLAB.	Создает независимый исполняемый файл из модели.
`Code Generation`	Блок скомпилирован.	Все блоки в модели скомпилированы.	Создает независимый исполняемый файл из модели.

Для получения дополнительной информации смотрите Выбор режима симуляции (Simulink).

Порты

Примечание

Блочные входы и порты выхода соответствуют входу и выходным параметрам, описанным в step метод базового системного объекта. См. ссылку в нижней части этой страницы.

Порт	Описание	Поддерживаемые типы данных
`X`	Входной сигнал.	Плавающая точка двойной точности
`Pos1`	Положение источника сигнала.	Плавающая точка двойной точности
`Pos2`	Положение назначения сигнала.	Плавающая точка двойной точности
`Vel1`	Скорость источника сигнала.	Плавающая точка двойной точности
`Vel2`	Скорость назначения сигнала.	Плавающая точка двойной точности
`Out`	Распространенный сигнал.	Плавающая точка двойной точности

Подробнее о

расширить все

Коэффициенты ослабления и потерь

Ослабление или потеря пути в канале Wideband LOS состоит из четырех компонентов. _{L = LfspLgLcLr}, где

_Lfsp - ослабление пути свободного пространства
_Lg - ослабление атмосферного пути
_Lc - ослабление тумана и пути облака
_Lr - ослабление дождевого пути

Каждый компонент находится в модулях величины, а не в дБ.

Задержка распространения, допплеровская и свободнопространственная потери пути

Когда источник и пункт назначения стационарны относительно друг друга, можно записать выходной сигнал канала свободного пространства как _{Y(t) = x(t-τ)/Lfsp}. Величина τ является задержкой сигнала, и _Lfsp является потерями при распространении в свободном пространстве. τ задержки задается R/c, где R - расстояние распространения, а c - скорость распространения. Это потери при распространении в свободном пространстве задаются как

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

her- длина волны сигнала.

Эта формула принимает, что цель находится в дальнем поле передающего элемента или массива. В ближнем поле формула потерь при распространении в свободном пространстве не действительна и может привести к потере меньше единицы, эквивалентной усилению сигнала. Поэтому потеря устанавливается равной единице для значений области значений, R ≤ λ/4π.

Когда источник и назначение имеют относительное движение, обработка также вводит доплеровский сдвиг частоты. Сдвиг частоты v/λ для одностороннего распространения и 2v/λ для двухстороннего распространения. Количественная v является относительной скоростью места назначения относительно источника.

Модель ослабления атмосферного газа

Эта модель вычисляет ослабление сигналов, которые распространяются через атмосферные газы.

Электромагнитные сигналы ослабевают, когда они распространяются через атмосферу. Этот эффект вызван в основном линиями поглощения резонанса кислорода и водяного пара с меньшими вкладами, поступающими от газообразного азота. Модель также включает непрерывный спектр поглощения ниже 10 ГГц. Используется модель МСЭ Рекомендация ITU-R P.676-10: Ослабление атмосферными газами. Модель вычисляет удельное ослабление (ослабление на километр) как функцию от температуры, давления, плотности водяного пара и частоты сигнала. Модель атмосферного газа действительна для частот от 1 до 1000 ГГц и применяется к поляризованным и неполяризованным полям.

Формула для определенного ослабления на каждой частоте является

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

Количественная N"() является мнимой частью комплексной атмосферной рефрактивности и состоит из спектральной линии компонента и непрерывного компонента:

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

Спектральный компонент состоит из суммы дискретных членов спектра, состоящих из локализованной функции полосы частот, F(f) i, умноженной на интенсивность спектральной линии, _S i. Для атмосферного кислорода каждая спектральная прочность линии

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

Для атмосферного водяного пара каждая спектральная прочность линии

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

P - давление сухого воздуха, W - парциальное давление водяного пара, и T - температура окружающей среды. Модули давления находятся в hectoPascals (hPa), а температура в степенях Кельвина. Парциальное давление водяного пара, W, связано с плотностью водяного пара,

$W = \frac{ρ T}{216.7} .$

Общее атмосферное давление составляет P + W.

Для каждой кислородной линии _Si зависит от двух параметров, _a1 и _a2. Точно так же каждая линия водяного пара зависит от двух параметров, _b1 и _b2. Документация ITU, приведенная в конце этого раздела, содержит таблицы этих параметров как функций частоты.

Локализованные функции полосы частот _Fi(f) являются сложными функциями частоты, описанными в ссылках ITU, цитируемых ниже. Функции зависят от эмпирических параметров модели, которые также сведены в таблицу в ссылке.

Чтобы вычислить общее ослабление для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает конкретное ослабление на длину пути, R. Затем общее ослабление _{Lg= R(γo + γw)}.

Можно применить модель ослабления к широкополосным сигналам. Сначала разделите широкополосный сигнал на частотные поддиапазоны и примените ослабление к каждому поддиапазону. Затем суммируйте все ослабленные поддиапазонные сигналы в полный ослабленный сигнал.

Модель ослабления тумана и облака

Эта модель вычисляет ослабление сигналов, которые распространяются через туман или облака.

Туман и затухание облака - одно и то же атмосферное явление. Используется модель ITU, Рекомендация ITU-R P.840-6: Ослабление из-за облаков и тумана. Модель вычисляет удельное ослабление (ослабление на километр) сигнала как функцию от плотности жидкости, частоты сигнала и температуры. Модель применяется к поляризованным и неполяризованным полям. Формула для определенного ослабления на каждой частоте является

$γ_{c} = K_{l} (f) M,$

где M - плотность жидкой воды в г/м³. Величина _Kl(f) является определенным коэффициентом ослабления и зависит от частоты. Модель ослабления облака и тумана действует для частот 10-1000 ГГц. Модулями для конкретного коэффициента ослабления являются (дБ/км )/( г/м³).

Чтобы вычислить общее ослабление для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает конкретное ослабление на R длины пути. Общее ослабление _{Lc = Rγc}.

Можно применить модель ослабления к широкополосным сигналам. Сначала разделите широкополосный сигнал на частотные поддиапазоны и примените узкополосное ослабление к каждому поддиапазону. Затем суммируйте все ослабленные поддиапазонные сигналы в полный ослабленный сигнал.

Модель ослабления осадков

Эта модель вычисляет ослабление сигналов, которые распространяются через области осадков. Затухание дождя является доминирующим механизмом затухания и может варьироваться от места к месту и от года к году.

Электромагнитные сигналы ослабляются при распространении через область осадков. Ослабление осадков вычисляется согласно модели осадков МСЭ Рекомендация ITU-R P.838-3: Специфическая модель ослабления для дождя для использования в методах предсказания. Модель вычисляет удельное ослабление (ослабление на километр) сигнала как функцию скорости осадков, частоты сигнала, поляризации и угла возвышения пути. Конкретное ослабление, ɣ R, моделируется как закон степени относительно скорости дождя

$γ_{R} = k R^{α},$

где R - темп дождя. Модули указаны в мм/ч. k параметра и экспонента α зависят от частоты, состояния поляризации и угла возвышения пути сигнала. Специфическая модель ослабления действительна для частот от 1 до 1000 ГГц.

Чтобы вычислить общее ослабление для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает конкретное ослабление на эффективное расстояние распространения, d _eff. Затем общее ослабление составляет L = d _eff γ R.

Эффективное расстояние является геометрическим расстоянием, d, умноженным на масштабный коэффициент

$r = \frac{1}{0.477 d^{0.633} R_{0.01}^{0.073 α} f^{0.123} - 10.579 (1 - \exp (- 0.024 d))}$

где f - частота. Статья Рекомендация ITU-R P.530-17 (12/2017): Данные о распространении и методы предсказания, необходимые для проекта наземных систем видимости, представляют собой полное обсуждение для вычисления ослабления.

Скорость дождя, R, используемая в этих расчетах, является долгосрочной статистической скоростью дождя, R _0,01. Это уровень дождей, который превышает 0,01% времени. Расчет статистической скорости дождя обсуждается в Рекомендации ITU-R P.837-7 (06/2017): Характеристики осадков для моделирования распространения. В этой статье также объясняется, как вычислить ослабление для других процентов от значения 0,01%.

Обработка частоты поддиапазона

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

При использовании широкополосных объектов или блоков Системы частоты вы задаете количество поддиапазонов, N B, в которых можно разложить широкополосный сигнал. Центральные частоты и ширины поддиапазона автоматически вычисляются из общей полосы пропускания и количества поддиапазонов. Полная полоса частот центрируется на несущей или рабочей частоте, _fc. Общая полоса пропускания задается частотой дискретизации, _fs. Ширина поддиапазона частот составляет Δf = f с/ N В. Центральные частоты поддиапазонов

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

Некоторые Системные объекты позволяют вам получить центральные частоты поддиапазона как выходные при запуске объекта. Возвращенные частоты поддиапазона упорядочены последовательно с упорядоченным расположением дискретного преобразования Фурье. Сначала появляются частоты выше несущей, далее указываются частоты ниже несущей.

Документация