基于時(shí)域有限差分算法的海洋無(wú)線信道建模研究.pdf

1、人類(lèi)在海洋的活動(dòng)越來(lái)越多，如海洋科考、航運(yùn)、海洋捕撈以及海上救援等，這些活動(dòng)都離不開(kāi)無(wú)線通信技術(shù)的支持?，F(xiàn)有的海洋通信系統(tǒng)主要包括地面無(wú)線電通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。前者技術(shù)落后，后者通信資費(fèi)過(guò)于昂貴。目前陸地環(huán)境下成熟的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)沒(méi)法覆蓋到海洋環(huán)境，因此研究無(wú)線通信新技術(shù)和開(kāi)發(fā)適用于海洋環(huán)境的通信系統(tǒng)迫在眉睫。無(wú)線信道作為無(wú)線通信的傳輸媒質(zhì)，對(duì)于通信系統(tǒng)的具有重要影響。而海洋環(huán)境與陸地環(huán)境具有較大的差別，信道特性也很不一樣，該領(lǐng)域的研

2、究相對(duì)較少，難度也大。因此研究海洋無(wú)線信道特性，對(duì)于未來(lái)建設(shè)海洋無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。
　　本文首先研究了無(wú)線信道建模的一般方法，并選擇以FDTD(Finite-DifferenceTime Domain，時(shí)域有限差分)算法為基礎(chǔ)建立2D海洋信道模型以及自由空間無(wú)線信道仿真，詳細(xì)描述了其數(shù)學(xué)基本原理和仿真的具體實(shí)現(xiàn)，包括FDTD算法推導(dǎo)和關(guān)鍵技術(shù)介紹，采用PM海譜和方向分布函數(shù)來(lái)進(jìn)行海洋表面形態(tài)建模，以及海洋邊界條件的處理和損

3、耗計(jì)算。接著考慮到蒸發(fā)波導(dǎo)對(duì)無(wú)線信道的影響，研究了波導(dǎo)形成原因、波導(dǎo)模型以及算法實(shí)現(xiàn)，采取了以線性的大氣折射率代替蒸發(fā)波導(dǎo)下大氣折射率的仿真方法，克服了缺乏必要的水文氣象數(shù)據(jù)的問(wèn)題，得出了傳輸損耗模型和電磁波傳播路徑圖。最后本文搭建海上信道測(cè)試系統(tǒng)，選取了三個(gè)典型場(chǎng)景做了信道測(cè)試，主要是以USRP(Universal Software RadioPeripheral，通用軟件無(wú)線電外設(shè))來(lái)接收信號(hào)，并記錄每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的接收信號(hào)頻譜，計(jì)算得