衛(wèi)星移動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)展和個人通信時代的到來，僅僅依靠單一的移動通信手段已經(jīng)不能滿足人們期望隨時隨地、及時可靠、不受時空限制地進(jìn)行信息傳輸?shù)男枨蟆＠玫孛嫖⒉ㄏ到y(tǒng)、蜂窩移動通信系統(tǒng)，高空平臺通信系統(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)的研究過程中，一個必要的工作是針對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)星移動通信系

2、統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計階段必須針對信道傳播特性選擇與之相適應(yīng)的各種通信技術(shù)，同時通過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L/S波段衛(wèi)星移動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，針對單狀態(tài)窄帶概率統(tǒng)計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，同時又要相對簡單、容易實(shí)現(xiàn)這一原則，提出了一個包含“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)了模型的動態(tài)仿真。通過在我國本土環(huán)境下得到的銥星系統(tǒng)信道特性實(shí)測數(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，信號經(jīng)過的信道特性會由平坦性衰落變?yōu)轭l率選擇性衰落，多徑對系統(tǒng)性能的影響更加明顯。針對國內(nèi)外對寬帶衛(wèi)星移動信道特性的研究均處于探索階段，且缺少經(jīng)過實(shí)測數(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題。在從頻域和時域兩方面對寬帶衛(wèi)星移動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)星移動信道衰落特性的相位和幅度變化仿真模型。通過德國航空研究中心實(shí)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性分

5、別對兩個仿真模型進(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)星移動信道的空間色散特性。針對衛(wèi)星和帶陣列天線的移動體之間視距鏈路被遮擋時的信道特性，綜合考慮信號到達(dá)方向分布的三維非均勻、非全向來波情形，建立了一個基于幾何圓柱散射模型的三維信道概率統(tǒng)計模型。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，得到了接收信號空時相關(guān)函數(shù)的表達(dá)式。同時，利用正弦波疊加法建立了理論分析模型的仿真模型，并對等面積法進(jìn)行修正后用來確定了仿真模型的參數(shù)。通過Aulin模型對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衛(wèi)星移動信道空時域相關(guān)特函數(shù)的影響。
　　最后，在結(jié)合國內(nèi)外衛(wèi)星移動信道模擬器最新研究成果和設(shè)計經(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