[发明专利]一种海域蒸发波导信道生成方法

说明书

本发明公开了一种海域蒸发波导信道生成方法，通过参数设定、射线传播类型判别、公式改写、跳跃次数判别、公式求解、收发角度判别、参数计算、信道生成等步骤实现波导信道生成，其优点是将经过统计的条到达路径的信道参数带入到信道生成模块，形成蒸发波导信道。利用波导层接收端到达路径的每条到达路径实际参数，这些参数一般仅为简单实数，采用快速有效的数值计算法替代了复杂的抛物线方程计算，以减少了生成信道所需的时间，降低了生成信道的复杂度。增强光学射线方法的适用性，从而生成更符合实际情况的蒸发波导信道。

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种海域蒸发波导信道生成方法。

背景技术

随着海洋经济的不断增长和海洋活动的日益活跃，海域移动通信需求呈现指数增长。为了满足未来移动通信应用需求，需要开发出高速率、广覆盖、低延时的海域通信服务。近海区域能够使用陆地基站进行拓扑网络覆盖，但是由于地球曲率限制，远海区域仍存在大量通信盲区。尽管卫星可以用于覆盖这些偏远地区，但是个人终端无法负担卫星通信的高昂成本。

大气波导是一种在超视距通信领域极具发展潜力的自然现象。在海洋区域，由于海水蒸发在海洋表面形成了高湿度区域，湿度的变化会影响电磁波折射率的变化，对于一定入射角度的电磁波会产生“陷获”作用，使得电磁波在波导层内反复折射、向前传播，从而形成超视距通信。相对于卫星通信，使用蒸发波导建立的超视距通信有着很多优势，包括低传播延时、低成本和高安全性。

现有技术中，波导信道研究主要采用求解抛物线方程算法(PE)来计算场强。虽然PE方法能够近似求解波导场强和大尺度信道参数，但是无法提取出其他重要的多径信道参数，例如延时扩展，收发角度等。同时，PE法会引入大量复杂度，不能快速得到波导信道模型。因此，PE法不是波导信道建模的最佳方法。光学射线法在多径信道建模中能计算出具体射线轨迹，对于小尺度参数有着明显优势。由于现有技术中缺乏复杂海洋波浪对光学射线法建模的考虑，使得光学射线法在海域超视距信道建模领域仍处于空白阶段。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生成时间少、适用性强的海域蒸发波导信道生成方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种海域蒸发波导信道生成方法，包括如下步骤：

(1)参数设定，设定自然环境参数和工作系统参数；

(2)射线传播类型判别，划分射线传播类型，进行下一步骤；

(3)公式改写，根据水平距离将射线分成三个阶段，将三阶段的射线传播公式改写成以反射角为未知量的超越方程；

(4)跳跃次数判别，确定海平面反射次数范围，遍历海平面反射次数范围，若在范围之内，进行下一步骤，若超出范围，跳转到步骤(2)；

(5)公式求解，求解步骤(3)中的超越方程，反馈结果收发角度；

(6)收发角度判别，若同时满足陷获角度宽度和步骤二中角度限制要求，进行下一步骤的计算，若不满足条件时，跳转到步骤(4)；

(7)参数计算，计算得到海平面反射次数、射线传播路径长度以及收发角度，记录为第条到达路径的参数，跳转到步骤四重复上述步骤，当遍历所有类型后，跳转到步骤(8)；

(8)信道生成，将经过统计的条到达路径的信道参数带入到信道生成模块，形成蒸发波导信道。

进一步的，所述自然环境参数包括地球半径、折射因子、波导强度和波导高度；所述工作系统参数包括发送天线高度、接收天线高度和收发天线间距。

进一步的，步骤(4)中的海平面反射次数范围通过如下公式计算得到：