[发明专利]一种基于曲边梯形的对流层散射通信随机信道建模方法

摘要

本发明公开了一种基于曲边梯形对流层散射随机的信道建模方法，其特征在于，包括如下步骤：将对流层建模为多条平行可微的曲线，从而构建以曲边梯形为几何结构的信道参考模型；计算信道的空域链路总长度；量化波束散射时的能量损耗；得出基于曲边梯形对流层散射随机信道的信道冲激响应；本发明在不增加成本的前提下，对对流层散射通信中，电磁波束与散射体碰撞时，散射体对电磁波束的吸收和散射产生的能量损耗进行了量化，得出了基于曲边梯形对流层散射随机信道的信道冲激响应的闭式解，使信道衰减模型更加完备准确，本发明可广泛应用于电力通讯系统中。

主权项

一种基于曲边梯形对流层散射随机的信道建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将对流层建模为多条平行可微的曲线，从而构建以曲边梯形为几何结构的信道参考模型；步骤2，计算信道的空域链路总长度；D^qp为链路的总长度，其表达式为：$D^{pq}=D_T^{pq}+D_R^{pq}+\underset{p=1}{\overset{P-1}{\Σ}}{d}^{pq},$其中:为发射端到达散射体的距离；为散射体到接收端的距离；p表示电磁波束经过散射次数；q表示由远及近的路径；P描述电磁波束从发射端到接收端所经历的最大散射次数；d^pq为电磁波束在散射体间传播的距离，其满足如下表达式：$d^{pq}=\sqrt{{\left(D_T^{pq}\right)}^2+{\left(D_T^{p(q+1)}\right)}^2+2D_T^{pq}{D}_R^{p(q+1)}cos\[{\mathrm{\α}}_T^{pq}-{\mathrm{\α}}_T^{p(q+1)}\]},$其中：为发射端发射波束与水平线的夹角；代表经过p次散射的第(q+1)条路径的发射波束与水平线的夹角；代表经过p次散射的第(q+1)条路径的发射端到达散射体的距离；代表经过p次散射的第(q+1)条路径的散射体到接收端的距离；步骤3，量化波束散射时的能量损耗：为散射介质对电磁波束的衰减系数，其满足如下表达式：${\mathrm{\η}}_s^{pq}=\exp (-\mathrm{\γ}|{\mathrm{\α}}^{pq}\left|\right);$其中：γ为散射介质常数，表征了散射体对电磁波的吸收能力；p表示电磁波束经过散射次数，q表示由远及近的路径；α^pq为散射波束与镜面反射波束的夹角，其满足如下表达式：$\left|{\mathrm{\α}}^{pq}\right|=\left\{\begin{array}{cc}\underset{q=1}{\overset{Q}{\Σ}}|\mathrm{\π}-{\mathrm{\α}}_T^{pq}-{\mathrm{\α}}_R^{pq}-2|\mathrm{\ψ}\left|\right|& p=1\\ \underset{p=1}{\overset{P-1}{\Σ}}\underset{q=1}{\overset{Q}{\Σ}}|\mathrm{\π}-2{\mathrm{\α}}_T^{pq}-2|\mathrm{\ψ}|-\arcsin \frac{D_T^{pq}\sin \[{\mathrm{\α}}_T^{pq}-{\mathrm{\α}}_T^{p\left(q+1\right)}\]}{d^{pq}}|+\underset{q=1}{\overset{Q}{\Σ}}|\mathrm{\π}-{\mathrm{\α}}_T^{pq}-{\mathrm{\α}}_R^{pq}-2|\mathrm{\ψ}\left|\right|& p\≥2\end{array}\right.,$其中：为经过p次散射的第q条路径的接收端接收波束与水平线的夹角；为经过p次散射的第q条路径的发射端发射波束与水平线的夹角；为经过p次散射的第(q+1)条路径的发射端发射波束与水平线的夹角；f(x)为散射体所在曲边的解析方程；Ψ为f(x)在散射点x₀处的切线与水平线的夹角，满足：$\mathrm{\ψ}=\arctan \frac{df}{dx}{|}_{x=x_0};$步骤4，得出基于曲边梯形对流层散射随机信道的信道冲激响应h(t)；信道响应h(t)：h(t)≈h^NLOS(t)，其中：$h^{NLOS}\left(t\right)=\underset{p=1}{\overset{P}{\Σ}}\underset{q=1}{\overset{Q}{\Σ}}{h}^{pq}\left(t\right),$表示由近及远，电磁波束所走的路径总数；$h^{pq}\left(t\right)=\sqrt{{\mathrm{\η}}^{pq}}\underset{N^{pq}\→\mathrm{\∞}}{\underset{\begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}}{\underset{N^{2q}\→\mathrm{\∞}}{\underset{N^{1q}\→\mathrm{\∞}}{\lim }}}}\underset{n^{1q}=1}{\overset{N^{1q}}{\Σ}}\underset{n^{2q}=1}{\overset{N^{2q}}{\Σ}}\underset{...}{\overset{...}{\Σ}}\underset{n^{pq}=1}{\overset{N^{pq}}{\Σ}}\sqrt{{\mathrm{\η}}_s^{pq}}\left(\underset{p=1}{\overset{p}{\Π}}{E}^{pq}\right)e^{j\left(\underset{p=1}{\overset{p}{\Σ}}{\mathrm{\θ}}^{pq}-k_0\underset{p=1}{\overset{p}{\Σ}}{D}^{pq}\right)},$其中：E^pq为非视距链路增益；n^pq表示经过p次散射的第q条路径上的第n个散射体；N^pq表示经过p次散射的第q条路径上的散射体的总数；η^pq为链路损耗中值；θ^pq为散射后叠加上的随机相位，其服从[0,2π)的均匀分布；k₀为自由空间波数，有λ₀为发射波束的波长。