和雜波損耗13。HAPS路徑損耗模型分析概述 1 1 6 6 6 7HAPS空地鏈路傳輸距離由于臨近空間通信平臺位于平流層，比地面通信鏈路傳輸距離更長，導致信號會經(jīng)歷比地面通信鏈路更嚴重的衰落程度和更多的衰落類型。信道衰落根據(jù)影響信號的距離或時長，可以分為大尺度衰落和小尺度衰不同延遲傳輸路徑中反射波的疊加。多徑衰落的影響接收到不同延遲的信號，這些信號間的疊加導致接收機傳輸?shù)男盘柺д?7。大量的研究人員和組織都對5G移動通信無線傳播模型展開了研究，本文主要使用的是3GPP提供的國際標準5G傳播模型。根據(jù)3GPP-38811-f20中6.6.2PL為HAPS通信傳輸總路徑損耗(dB);PL為信號傳輸?shù)幕韭窂綋p耗(dB),具體見1.1節(jié)；PLg為信號經(jīng)過大氣產(chǎn)生的大氣衰減(dB),具體見1.2節(jié)；PLs為信號通過電流層時的電離層閃爍衰減(dB),具體見1.3節(jié)；PLe為信號穿過建筑物時的建筑物穿透損耗(dB),具體見1.4節(jié)。1.1基本路徑損耗PLb基本路徑損耗PLp主要為信號在路徑中經(jīng)歷的自由空間傳播損耗自由空間是一種理想的介質(zhì)，由于相對介電常數(shù)和相對磁導率均為1,電磁自由空間傳播損耗(FSPL),以分貝(dB)為單位，其模型由公式(3-8)對于一個地面終端，如圖3-1所示，傳播距離(又稱傾斜范圍)可由HAPS的高度h。(km)和仰角α(°)確定，即其中RE為地球半徑，即6370km。da終端位于h?=22km高空的HAPS,假設終端通信仰角大于20°,則最遠通信距離可達約61.5km,如圖3-2所示。FreespacePa自由空間損耗仿真結(jié)果如圖3-3所示。在移動通信環(huán)境中，當無線電波遇到障礙物阻擋傳播路徑時，就會形成無線電波的陰影區(qū)，導致信號場強的緩慢變化而引起衰減。這種現(xiàn)象通常被稱為陰影效應，由此產(chǎn)生的衰落也被稱為陰影衰落。陰影衰落(SF,Shadowfading)是一個對數(shù)正態(tài)分布模型，當以分貝單位表示時，它是一個零均值的正態(tài)分布，其雜波損耗(CL,Clutterloss)取決于仰角α、載波頻率fc和環(huán)境，模擬了由于地面物體和周圍建筑物引起的信號功率衰減。在視線傳輸情況下可以忽略不計，在基本路徑損耗模型中應該被設置為Odb。表3-1至3-3給出了視距傳輸和非視距傳輸情況下不同仰角的值。特定場景下的用戶設備應采取與其仰角α最接近的參考角度相對應的數(shù)值。仰角仰角464646464646464646464646464646464646仰角下圖為密集城市下的雜波損耗和陰影衰落的仿真。雜波損耗一般來說與仰角呈負相關，而陰影衰落具有不確定性。當我們設置頻率fc=3GHz,HAPS高度h?=22km,仿真S波段下視線傳播密集城市的基本路徑損耗PLb,可以得到仰角α與基本路徑損耗PL的圖像為：仰角alpha[°]電磁波在大氣中傳播過程中能量衰減的現(xiàn)象被稱為大氣衰減[15。大氣中的水汽凝結(jié)和懸浮顆粒形成吸收帶，當各種波長的電磁波通過吸收帶時，它們被吸收帶中的各種氣體分子散射和吸收，導致能量不斷衰減。大氣衰減主要取決于頻率、海拔、高度和水汽密度(絕對濕度)。對于低于6GHz的頻率，雨水和云層的衰減被認為可以忽略不計。而對于系統(tǒng)級的模擬，基站只考慮晴天的條件。1.3電離層閃爍衰減口電離層閃爍是指無線電波通過距地面60-1000公里范圍內(nèi)的電離層時，受到電離層結(jié)構(gòu)中不均勻電子結(jié)構(gòu)的影響，導致信號幅度和相位發(fā)生短周期不規(guī)則變化的現(xiàn)象。電離層中有相當多的自由電子和離子。它們能使無線電波改變傳播速度，發(fā)生折射，反射和散射，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的偏振面，并受到不同程度的吸收。當電磁波受到電離層閃爍的影響后，信號的變化無法預測，信號強度可能增強也可能減弱，甚至中斷通信鏈路。電離層閃爍取決于位置，時間，季節(jié)，太陽和地磁活對于一個室內(nèi)地球監(jiān)測站，必須考慮到該監(jiān)測站與相鄰室外路徑之間的額外損耗。建筑物的位置和建筑細節(jié)對額外損耗的影響很大，因此需要進行統(tǒng)計評估。就穿透損耗而言，在使用現(xiàn)代熱效率高的建筑方法(金屬化玻璃、鋁箔背板)時，建筑物的進入損失通常明顯高于沒有這種材料的“傳統(tǒng)”建筑物。這種“熱效率”和“傳統(tǒng)”的分類，純粹是指建筑材料的熱效率，導熱率，通常被稱為U厚實的鋼筋混凝土和金屬背板的存在，是熱效率高的建筑的良好標志[16。同。建筑物入口損耗的分布通過兩個對數(shù)正態(tài)分布的組合給出。不超過概率P的建筑物入口損耗如式3-10所述：LBEL(P)=10log(100.1A(P)+100.1B(PA(P)=F-1(P)σ?+μ1B(P)=F-1(P)o?+μ?μ?=Lπ+Le的概率(0<P<1),F-1(P)指作為概率函數(shù)的逆累積正態(tài)分布，L,耗中值，由式3-17給出：Le是建筑物立面上的路徑仰角修正，具體見式3-18:各系數(shù)取值如表3-5所示：指不超過損耗rStVWxyZ傳統(tǒng)的2高熱效的下面圖3-6和圖3-7地心坐標系下長寬200km方形范圍內(nèi)的路徑損耗分布。圖3-6為密集城市下視線傳播結(jié)果，圖3-7為密集城市下非視線傳播結(jié)果，圖3-8為建仿真時使用頻率fc=3Ghz,建筑物類型為傳統(tǒng)型建筑。由仿真結(jié)果得出，視線傳