[发明专利]一种卫星时变信道的建模仿真方法及系统有效

专利信息
申请号: 202011190771.3 申请日: 2020-10-30
公开(公告)号: CN112383370B 公开(公告)日: 2022-12-06
发明(设计)人: 罗鋆子;李民;刘垚圻;陈宇;苏泳涛;施渊籍;周一青;石晶林 申请(专利权)人: 中科南京移动通信与计算创新研究院
主分类号: H04B17/391 分类号: H04B17/391;H04B7/185
代理公司: 南京泰普专利代理事务所(普通合伙) 32360 代理人: 张帆
地址: 211100 江苏省南京*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 卫星 信道 建模 仿真 方法 系统
【权利要求书】:

1.一种卫星时变信道的建模仿真方法,其特征是包括以下步骤:

步骤1、根据最大多普勒频移生成服从给定多普勒谱的低通滤波器,对高斯白噪声滤波生成有色高斯随机过程;

将计算机生成的高斯白噪声随机过程通过线性时不变多普勒滤波器,所述滤波器的传递函数为:

式中,N为滤波器IFFT点数,为最大多普勒频移,滤波后的高斯随机过程在频域符合多普勒频移,由此得到有色高斯噪声随机过程,为第i个IFFT点数对应的多普勒频移;

步骤2、根据阴影衰落的统计参数,生成对数高斯分布;对数高斯分布的概率密度表达式如下:

式中,表示服从对数高斯分布的接收信号直射分量幅度,u表示对数高斯分布ln的均值,表示对数高斯分布ln的方差;

根据对数高斯分布的概率密度表达式,将按照给定多普勒频谱产生的有色高斯噪声随机过程乘以表达式中ln的方差再加上表达式中ln的均值u,再对得到的结果取e指数,完成对数高斯分布的实现;

步骤3、根据最大多普勒频移通过复正弦波的合成产生瑞利分布;

步骤3-1、构建瑞利分布的概率密度表达式:

式中,表示服从瑞利分布的接收信号多径分量幅度,表示多径分量的平均散射功率;

步骤3-2、通过对复正弦波的合成,产生服从给定多普勒谱的瑞利衰落信道,对正弦波进行加权以得到目的多普勒谱:预设到达接收体的所有散射分量为均匀到达的N个平面波,采用个频率为的复振荡器的输出求和,每个复振荡器对应不同的多普勒频移;

其中定义,定义为第n个平面波到达的角度,由于为均匀达到,取值为,此时频率的计算方法为;

复振荡器求和的实部和虚部分别表示为:

其中,为经过多普勒频移的第n个正弦信号的初始相位,为经过最大多普勒频移的正弦信号的初始相位,,t为生成序列的采样时间索引;由于瑞利衰落的相位服从均匀分布,因此设置相位为:

式中,各符号含义同上;

步骤4、构建Loo模型和雨衰模块仿真出考虑天气状态变化的时变卫星信道仿真系统,生成转移状态控制模块;

步骤4-1、构建Loo模型实现晴天和阴天的仿真,通过对受阴影遮蔽的直射分量和不受阴影遮蔽的多径分量的仿真,模拟卫星移动通信信道的复杂环境,其中所述Loo模型的概率密度函数为:

式中,表示直射分量衰减,表示直射分量的标准差,表示多径分量的平均散射功率,r表示接收信号的包络;为第一类零阶修正贝塞尔函数,z表示直射分量;

步骤4-2、由步骤4-1中的直射分量部分和多径分量部分共同构成Loo模型的信道冲击响应,表达式如下:

式中,和分别为直射分量的包络和相位,和分别为多径分量的包络和相位,其余各符号含义同上;直射分量和多径分量的相位均服从均匀分布;直射分量的包络受阴影衰落影响,服从对数高斯分布,多径分量的包络受多径效应的影响,服从瑞利分布;

步骤4-3、通过ITU-R模型计算得到的长期雨衰数据拟合出随机过程的统计参数,代入对数高斯分布模型,从而得到雨衰值随时间变化的序列;

雨衰值计算具体为:

步骤4-3a、采用ITU-R雨衰预测模型对当地降雨分布模式和信号传播衰减进行理论上的分析与预测,计算出0.01%概率的年均降雨量下的雨衰值:

式中,表示有效路径长度,表示单位衰减;

其中,;;

式中,表示该地0.01%概率的年均单点降雨量,、为调节参数,根据频率取值,表示水平缩减因子,表示倾斜路径长度的水平投影,表示垂直修正因子;

步骤4-3b、计算p%概率的年均降雨量下的雨衰值:

式中,各符合含义同上;

步骤4-4、采用多状态Markov的方法,对实际变化的情况做仿真和预测,生成转移状态控制模块。

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