基于3GPP TS 36.942标准的LTE路径损耗仿真模型

资 源 简 介

本项目完整实现了符合3GPP TS 36.942技术规范要求的LTE无线传播路径损耗模型。该模型主要用于系统级仿真中评估发射机与接收机之间的信号衰减情况。核心功能模块包含了针对宏基站（Macro BS）在市区、郊区及农村等多种典型部署环境下的损耗计算算法。程序严格遵循规范中的数学公式，能够处理不同天线高度修正系数，并支持视距（LOS）和非视距（NLOS）环境下的路径损耗动态模拟。应用场景涉及LTE网络规划初期的覆盖预测、基站间干扰分析、小区边缘速率评估以及不同频段（如2GHz左右）的链路计算。通过该源程序

详 情 说 明

LTE路径损耗物理层仿真模型 (基于3GPP TS 36.942协议)

本仿真项目完整实现了符合3GPP TS 36.942技术规范的LTE无线传播路径损耗模型。该模型主要用于系统级仿真中评估发射机与接收机之间的信号衰减情况，核心功能聚焦于宏基站（Macro BS）在市区、郊区及农村等典型部署环境下的损耗计算。

项目介绍

该项目旨在为LTE网络规划和无线资源管理提供精准的传播模型支持。通过模拟不同环境下的电波传播特性，研究人员可以定量分析基站覆盖范围、边缘用户速率以及系统间的干扰情况。模型严格遵循3GPP规范中的数学定义，包含了自由空间损耗、典型场景损耗（Urban/Rural）以及对数正态阴影衰落。

功能特性

• 多场景支持：内置市区宏基站（Urban Macro）和郊区/农村宏基站（Suburban/Rural Macro）两种核心路径损耗模型。
• 阴影衰落模拟：实现服从对数正态分布（Log-normal shadowing）的阴影衰落动态模拟，标准差符合规范定义的8dB。
• 2D/3D 覆盖可视化：支持生成二维路径损耗网格地图，并提供三维信号强度（RSSI/RSRP）映射展示。
• 链路预算评估：自动计算特定距离下的链路统计信息，包括路径损耗数值及接收信号强度预测。
• 灵活参数配置：可动态调整中心频率（默认2000MHz）、天线高度（基站30m/终端1.5m）以及发射功率（46dBm）。

运行环境与系统要求

• 软件环境：MATLAB 2018a 或更高版本。
• 硬件要求：建议内存4GB以上，以运行大尺寸网格（100x100）的覆盖仿真。
• 依赖库：仅需标准MATLAB核心库，不依赖第三方工具箱。

核心实现逻辑与功能模块分析

主程序逻辑严格按照LTE物理层仿真的标准流程构建，具体实现步骤如下：

#### 1. 环境与参数初始化 程序首先定义了仿真的物理边界与设备参数。频率设定为LTE主流的2000MHz频段。为了符合3GPP规范中的最小距离限制，设定了35米的最小仿真步长（d_min），并扩展至5公里的最大半径。基站发射功率设定为标准的46dBm（40W），并预设了基站增益（15dBi）和移动端增益（0dBi）。

#### 2. 路径损耗数学模型实现 程序实现了三种核心数学公式：

• 市区宏基站模型：应用公式 $L = 128.1 + 37.6 log_{10}(R)$，其中R的单位为公里。该公式反映了城市密集环境下较高的路径损耗斜率。
• 郊区/农村宏基站模型：应用公式 $L = 95.5 + 34.1 log_{10}(R)$，针对2GHz左右频段进行了特化处理。
• 自由空间模型：作为基准参考，遵循 Friis 传输公式的变形形式。

#### 3. 随机阴影衰落处理 为了模拟复杂的实际无线环境，程序引入了均值为0、标准差为8dB的高斯分布随机变量（$randn$函数实现），将其叠加在理论路径损耗值上，生成具有波动特性的空间衰落数据。

#### 4. 2D 空间覆盖映射逻辑 程序通过 meshgrid 构建了 4km x 4km 的二维坐标系。通过计算每个坐标点相对于中心基站的欧几里得距离，生成距离矩阵，并将其转化为路径损耗分布图。随后，结合发射功率和天线增益，计算全图的接收信号强度（RSSI），公式定义为：$RSSI = P_{tx} + G_{bs} + G_{ms} - PL$。

#### 5. 可视化输出模块 程序通过四个子图展示仿真结果：

• 对比图表展示了三种理论模型随距离增加的演变趋势。
• 散点图展示了加入阴影衰落后的市区环境实际路径损耗分布。
• 热力图展示了整个小区覆盖范围内的路径损耗变化情况。
• 三维曲面图直观呈现了发射功率在空间中的衰减布局。

关键函数与算法说明

• 主控制流：负责全局参数调度、坐标系构建以及可视化图形的汇总生成。
• 场景计算逻辑：内部定义了 scenario 切换逻辑。当指定为 'urban' 时，应用基于 128.1 截距的对数路径法则；当指定为 'rural' 时，应用基于 95.5 截距的法则。
• 距离边界修正：在处理坐标矩阵时，程序包含一段边界保护代码，确保物理距离不低于3GPP定义的最小有效范围（35m），避免在 $d=0$ 处出现对数计算异常。
• 统计反馈：在命令行窗口实时输出不同距离（如1km, 2km, 5km）处的精确链路计算结果，供用户进行数值验证。