[发明专利]一种卫星时变信道的建模仿真方法及系统

说明书

本发明提出了一种卫星时变信道的建模仿真方法及系统，通过雨衰模块和Loo模块的结合分别作为markov的转移状态仿真出考虑天气状态变化的时变卫星信道仿真系统。而晴、阴模块采用Loo模型，根据晴、阴时的具体情况，通过调整服从多普勒频谱的瑞利分布和服从多普勒频谱的lognormal分布的接收功率实现晴天和阴天的仿真。雨衰建模时，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。由于ITU‑R模型可以计算工作频段在55Ghz以下的雨衰值，因此该系统可仿真的频率范围广泛。本发明考虑传输过程中的多径时延、多普勒频偏、阴影衰落等因素，准确描述了卫星移动通信信道在不同天气状态下的传输特性。

技术领域

本发明涉及一种卫星时变信道的建模仿真方法及系统，涉及通信领域。

背景技术

随着科技的发展与进步，无线通信在当代移动通信领域发挥着越来越重要的作用，卫星移动通信凭借其自身的优点逐渐普及。对卫星移动通信更大需求使得对其传播质量和传递内容准确度的要求越来越高，由于卫星与地面的通信时传播距离通常很长，为了保证通信质量，必须清楚在传播过程中发生的通信信号衰落特性，以对被损耗的信号进行修正，降低误码率。为了了解并分析通信信号衰落特性，掌握信道对信号传输的影响因素，许多技术人员建立了很多卫星信道的分析模型及仿真模型。

在不同的天气状态下，信号在卫星信道传播时会出现不同程度的衰落。单一状态无法充分体现在地面天气状态不断变化时对卫星信道传播特性的影响。

发明内容

发明目的：一个目的是提出一种卫星时变信道的建模仿真方法，该方法在基于马尔可夫链实现天气状态转换的基础上，对晴天、阴天和雨天的天气状态分别进行建模，同时考虑了传输过程中的多径时延、多普勒频偏、阴影衰落等因素，准确描述了卫星移动通信信道在不同天气状态下的传输特性，从而有效解决现有技术存在的上述问题。进一步目的是提出一种实现上述方法的系统。

技术方案：一种卫星时变信道的建模仿真方法，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；

步骤2、根据阴影衰落的统计参数，生成对数高斯分布；

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。

在进一步的实施例中，为了更准确的反映卫星信道情况，需要采用一种可靠的数值计算方法来生成有色高斯随机过程，使其具有更好的性能，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，表示滤波器传递函数，为第i个IFFT点数对应的多普勒频移。

在进一步的实施例中，所述步骤2中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。

在进一步的实施例中，所述步骤3进一步包括：