[发明专利]一种基于射线追踪的无人机山地太赫兹信道建模方法

权利要求书

1.一种基于射线追踪的无人机山地太赫兹信道建模方法，其特征在于：

Step1：建立真实山地场景三维模型，设定初始环境参数，所述环境参数包括载波频率、收发距离、发射功率、频带宽度、天线角度；

Step2：根据所设定的环境参数，射线追踪发射端到接收端的全部路径，仿真给出信道模型参数，并生成用户终端所在地形区域信号强度分布图；所述信道模型参数包括路径损耗、接收功率、时延、到达角；

Step3：根据信道模型参数，得到信道统计特性，包括时延扩展、分子吸收损耗、复脉冲响应、信道H矩阵；

Step4：分析信道统计特性，对误码率、吞吐量展开研究，评估所在场景通信系统性能；

Step5：调整场景参数，通过改变调制方式、大气环境参数、无人机垂直与水平位置，回到步骤Step1，生成新的信道模型，分析信道特性；

所述建立真实山地场景三维模型具体为：首先从遥感数据网站下载实际山地场景的数字高程数据，再使用相应GIS软件进行编辑或撷取等后处理工作，完成模型建立；其中的场景初始参数包括太赫兹波中心频率、频带宽度、天线参数、发射机和接收机以及无人机的位置分布；

Step2中，所述接收功率是指发射端到接收端有效路径的功率之和，在具有天线模式的自由空间中，表达为：

式中，P_T为时间平均辐射功率，θ_D和φ_D为射线离开发射机的方向，θ_A和φ_A为射线到达接收机的方向，R表示发射机到接收机之间的距离；

以dBm为单位的接受功率表示为：

P_R(dBm)＝10log₁₀[P_R(W)]+30dB-L_S(dB)

Step2中，所述路径损耗是指是从发射端到接收端之间传播时能量功率的损耗，发射天线的增益为G_T，接收天线的增益为G_R，路径损耗为：

L_Path(dB)＝P_T(dBm)-P_R(dBm)+G_T，Max(dBi)+G_R，Max(dBi)-L_s(dB)

式中，G_T，Max为发射天线的最大增益，G_R，Max为接收天线的最大增益，L_S表示系统中所有其他损耗的总和，包括带宽重叠因子；

Step3中，所述分子吸收损耗是指大气中水汽和氧分子含量对太赫兹波引起的频率依赖性吸收效应，大气中氧气和水汽对太赫兹波段的分子吸收损耗L_air表示为：

式中，γ₀为大气中氧气的传播衰减率，γ_w为水汽的传播衰减率，h₀为干燥空气的有效高度，h_w为水汽的有效高度，θ为通信仰角；

Step3中，复脉冲响应是指发射信号为脉冲信号，经过多径传播，信道脉冲响应相当于在接收天线处各条路径的叠加，表示为：

式中，N为多径数目，a_n表示多径传播衰减因子，τ_n为多径传播时延，为多径传播相位；

Step4中，所述误码率是通过设置环境噪声的功率密度和信号带宽，求得信噪比，进一步用于误码率以及吞吐量进行计算：

SNR(dB)＝10log₁₀(P_R(i))-10log₁₀(N_total)

其中，P_R是从发射机接收的功率，N_total是噪音的总和，误码率的计算方式是根据加性高斯白噪声模型，简写为AWGN，AWGN在不考虑信道的任何色散效应的情况下，应用AWGN存在时的BER的表达式为：

其中，P_R是接受功率，P_I是干扰源的功率，N₀是噪声源的功率。