[发明专利]一种认知对流层散射通信系统及方法、无线通信系统

摘要

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种认知对流层散射通信系统及方法、无线通信系统，物理环境感知模块，用于接收附近气象测站发报的通信站址的气象参数，计算通信链路的最优工作频率和相干带宽，再根据物理层采用的具体调制解调技术，计算出信道带宽；频谱感知模块，用于根据带宽扩展或者干扰检测请求，进行频谱感知；功率控制模块，用于控制散射设备发射功率；判决逻辑模块，根据物理感知和频谱感知的结果做出判断。本发明能够满足对流层散射通信系统对通信质量和容量要求的通信体系架构，对拓展对流层散射通信业务和保障军事通信需求具有较大的实用价值；为解决当前及未来军事和民用领域对流层散射通信的需求问题提供参考。

主权项

1.一种认知对流层散射通信系统，其特征在于，所述认知对流层散射通信系统包括：

物理环境感知模块，用于接收附近气象测站发报的通信站址的气象参数，计算通信链路的最优工作频率和相干带宽，再根据物理层采用的具体调制解调技术，计算出信道带宽；

频谱感知模块，用于根据带宽扩展或者干扰检测请求，进行频谱感知；

功率控制模块，用于控制散射设备发射功率；

判决逻辑模块，根据物理感知和频谱感知的结果做出判断。

2.如权利要求1所述的认知对流层散射通信系统，其特征在于，所述物理环境感知模块包括：

对流层散射链路数据库，由链路数据库调出该条链路剖面信息，并输入ALPS；

气象参数获取模块，通过接收附近气象测站发报的通信站址的大气压、温度、水汽压和降雨量，并输入ALPS；

自动链路规划单元，据相应的计算公式和输入的相关参数，计算通信链路的最优工作频率和相干带宽，再根据物理层采用的具体调制解调技术，计算出合适的信道带宽。

3.一种如权利要求1所述认知对流层散射通信系统的认知对流层散射通信方法，其特征在于，所述认知对流层散射通信方法包括：

步骤一、对于某条给定的对流层散射链路，由链路数据库调出该条链路剖面信息，并输入ALPS；另一方面，气象参数获取模块通过接收附近气象测站发报的通信站址的气象参数，并输入ALPS；

步骤二、ALPS根据相应的计算公式和输入的相关参数，计算通信链路的最优工作频率和相干带宽，再根据物理层采用的具体调制解调技术，计算出信道带宽；

步骤三、ALPS根据计算结果发出参数重设请求；

步骤四，大流量数据传输服务发起拓展信道带宽需求；检测设备发起干扰检测请求；

步骤五，频谱感知模块根据带宽扩展或者干扰检测请求，进行频谱感知，并将检测结果输入判决逻辑和功率控制模块。

4.如权利要求3所述的认知对流层散射通信方法，其特征在于，所述认知对流层散射通信方法的工作频率计算公式：

式中，f_m为最优频率；

对流层散射通信的传输损耗为L＝10lg(P_t/P_r)，且接收功率P_r表示为：

式中，λ为波长，P_t为发射功率，ρ_c是天线耦合因子，R_t(R_r)表示散射交叠区到发射站的距离，G_t＝G_r＝4.5×(D/λ)²为发射和接收天线增益；σ_v为散射交叠区散射因子，由下面式子计算得到：

σ_v＝2πk⁴sin²χΦ(k_s)；

式中，对于水平极化波χ＝π/2，对于垂直极化波χ＝Θ+π/2，Θ为散射角，k＝2π/λ表示波数，Φ(k_s)为Kolmogorov谱，C_n表示折射指数结构变化，Λ₀为湍流外尺度，M为折射指数垂直梯度；对流层大气折射指数的垂直梯度表示为大气压p，单位为hPa、温度T，单位为K和水汽压e，单位为hPa随高度h的梯度变化：

大气湍流外尺度对应于高度变化的经验公式为：

天线耦合损耗定义为L_c＝‑10lgρ_c，表示为：

式中G′_t,r为收发天线增益的dB形式；

考虑到收发散射天线的立体角很小，因此散射交叠区表示为：

式中，θ_t,r和φ_t,r分别表示收发天线在垂直和水平方向的半功率波束宽度，一般可表示为(70°～75°)×λ/D。

5.如权利要求3所述的认知对流层散射通信方法，其特征在于，所述认知对流层散射通信方法的相干带宽计算为：

f_d＝fDR_e/(1.2d²)；

式中，d为通信两站的距离，R_e为等效地球半径，表示为：