衛(wèi)星移動(dòng)信道衰落特性模擬研究.pdf

1、隨著全球網(wǎng)絡(luò)化、信息化需求的不斷發(fā)展和個(gè)人通信時(shí)代的到來(lái)，僅僅依靠單一的移動(dòng)通信手段已經(jīng)不能滿足人們期望隨時(shí)隨地、及時(shí)可靠、不受時(shí)空限制地進(jìn)行信息傳輸?shù)男枨?。利用地面微波系統(tǒng)、蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，高空平臺(tái)通信系統(tǒng)，低軌道、中軌道以及靜止軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)異構(gòu)融合的空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)為人們這一愿望的實(shí)現(xiàn)提供了重要的解決方法。在空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的研究過(guò)程中，一個(gè)必要的工作是針對(duì)信道傳播特性的研究。因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)信息的可靠傳輸，在衛(wèi)星移動(dòng)通信系

2、統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段必須針對(duì)信道傳播特性選擇與之相適應(yīng)的各種通信技術(shù)，同時(shí)通過(guò)信道模型可以方便的仿真、驗(yàn)證各種通信技術(shù)的實(shí)用性和有效性。衛(wèi)星（主要是移動(dòng)衛(wèi)星）由于覆蓋范圍廣、組網(wǎng)靈活、可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋等特點(diǎn)，使其成為空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)中的重要環(huán)節(jié)。在此背景下，本論文針對(duì)L/S波段衛(wèi)星移動(dòng)信道的衰落特性模擬進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的分析，并得到了一些研究結(jié)論。本文的主要工作如下：
　　首先，針對(duì)單狀態(tài)窄帶概率統(tǒng)計(jì)模型只能描述單一信道環(huán)境，多狀

3、態(tài)模型隨著狀態(tài)數(shù)目的增多，參數(shù)也越多，仿真也越復(fù)雜這一矛盾，本著模型既要準(zhǔn)確反映真實(shí)信道傳播特性，同時(shí)又要相對(duì)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)這一原則，提出了一個(gè)包含“理想狀態(tài)”和“非理想狀態(tài)”的廣域環(huán)境兩狀態(tài)信道模型，并采用濾波器法和馬爾科夫鏈實(shí)現(xiàn)了模型的動(dòng)態(tài)仿真。通過(guò)在我國(guó)本土環(huán)境下得到的銥星系統(tǒng)信道特性實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用最小均方誤差準(zhǔn)則和線性最小二乘法擬合出了我國(guó)三種典型信道環(huán)境下的該模型參數(shù)。
　　其次，寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)由于要支持多媒體業(yè)務(wù)

4、和寬帶Internet接入，信號(hào)經(jīng)過(guò)的信道特性會(huì)由平坦性衰落變?yōu)轭l率選擇性衰落，多徑對(duì)系統(tǒng)性能的影響更加明顯。針對(duì)國(guó)內(nèi)外對(duì)寬帶衛(wèi)星移動(dòng)信道特性的研究均處于探索階段，且缺少經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證可用于系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究的信道模型這一問(wèn)題。在從頻域和時(shí)域兩方面對(duì)寬帶衛(wèi)星移動(dòng)信道頻率選擇性衰落的成因進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，分別基于多點(diǎn)散射原理和抽頭延遲線原理建立了寬帶衛(wèi)星移動(dòng)信道衰落特性的相位和幅度變化仿真模型。通過(guò)德國(guó)航空研究中心實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性分

5、別對(duì)兩個(gè)仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證，分析結(jié)果表明建立的信道仿真模型能夠準(zhǔn)確地模擬真實(shí)傳輸環(huán)境的信道特性。
　　再次，將天線歸入信道研究范疇，綜合考慮電波傳播特性與陣列天線特性引起的衛(wèi)星移動(dòng)信道的空間色散特性。針對(duì)衛(wèi)星和帶陣列天線的移動(dòng)體之間視距鏈路被遮擋時(shí)的信道特性，綜合考慮信號(hào)到達(dá)方向分布的三維非均勻、非全向來(lái)波情形，建立了一個(gè)基于幾何圓柱散射模型的三維信道概率統(tǒng)計(jì)模型。分別以拉普拉斯分布與Parsons模型中改進(jìn)的截尾余弦分布來(lái)描述電波

6、到達(dá)方向的方位角和仰角的角譜分布，得到了接收信號(hào)空時(shí)相關(guān)函數(shù)的表達(dá)式。同時(shí)，利用正弦波疊加法建立了理論分析模型的仿真模型，并對(duì)等面積法進(jìn)行修正后用來(lái)確定了仿真模型的參數(shù)。通過(guò)Aulin模型對(duì)建立的理論分析模型及其仿真模型進(jìn)行了驗(yàn)證。數(shù)值仿真結(jié)果顯示了天線特性和電波空間色散特性對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)信道空時(shí)域相關(guān)特函數(shù)的影響。
　　最后，在結(jié)合國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星移動(dòng)信道模擬器最新研究成果和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用軟硬件結(jié)合的方式研制了一套帶切換控制矩陣的