一种低轨卫星天地通信信道建模模型及建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111147169A(43)申请公布日2020.05.12(21)申请号201911376501.9(22)申请日2019.12.27(71)申请人东方红卫星移动通信有限公司地址401135重庆市渝北区龙兴镇两江大道618号(72)发明人王艳峰(74)专利代理机构重庆启恒腾元专利代理事务所(普通合伙)50232代理人万建(51)Int.Cl.H04B17/391(2015.01)H04B7/185(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种低轨卫星天地通信信道建模模型及建模方法(57)摘要本发明公开了一种低轨卫星天地通信信道建模模型及建模方法,该模型包括多普勒频移及其变化率模块、多径延迟及增益模块、Rician模块、lognormal模块、状态转移控制模块和Gauss白噪声模块。本发明基于马尔科夫链过程可以实现在直射状态、中等阴影状态和深度阴影状态之间进行切换，并同时考虑到传输时延、噪声和大多普勒频偏及其及频偏变化率，既能够描述静止、非静止轨道卫星通信信道特性，又能够描述宽带和窄带通信的情况，能够较为准确地描述低轨卫星移动通信信道的传输特性。CN111147169ACN111147169A权利要求书1/2页1.一种低轨卫星天地通信信道建模模型，其特征在于，包括多普勒频移及其变化率模块、多径延迟及增益模块、Rician模块、lognormal模块、状态转移控制模块和Gauss白噪声模块，输入信号经多普勒频移及其变化率模块处理后输出信号，输出信号分两路分别输送到多径延迟及增益模块和lognormal模块，多径延迟及增益模块输出信号通过Rician模块处理后输出信号到状态转移控制模块，lognormal模块的输出信号输送到状态转移控制模块，状态转移控制模块对两路信号处理后输出信号到Gauss白噪声模块，Gauss白噪声模块对信号处理后输出信号。2.一种低轨卫星天地通信信道建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据低轨卫星移动通信系统所选频段设置多普勒频偏值f0、频偏变化率值Δf、多径数L；S2：输入信号x(t)经过多普勒频移及其变化率模块，输出信号为y1(t)；S3：信号y1(t)一路通过多径延迟及增益模块，输出信号为y2(t)，另一路通过lognormal模块，输出信号为y3(t)；S4：信号y2(t)通过Rician模块，输出信号为y4(t)；S5：根据状态转移控制模块决定输出是y3(t)、y4(t)或y3(t)+y4(t)，令输出信号为y5(t)；S6：信号y5(t)通过Gauss白噪声模块，实现输出通过低轨卫星信道的信号yt(t)。3.根据权利要求1所述的低轨卫星天地通信信道建模方法，其特征在于：多普勒频移及其变化率模块，若输入信号为x(t)，则输出信号y1(t)为：式中，t为时间，exp(*)为自然指数函数。4.根据权利要求1所述的低轨卫星天地通信信道建模方法，其特征在于：多径延迟及增益模块，若输入信号为y1(t)，则输出信号为y2(t)为：式中，是卷积运算符号，δ(τ)是单位脉冲函数，τl是第l条路径的延迟。5.根据权利要求1所述的低轨卫星天地通信信道建模方法，其特征在于：lognormal模块，其概率密度函数fz(z)为如下所示：式中，z为信号的幅度，μ是lnz的均值，d0表示lnz的方差，ln(*)为自然对数函数。6.根据权利要求1所述的低轨卫星天地通信信道建模方法，其特征在于：Rician模块，其概率密度函数fr(r)为如下所示：式中，r为接收信号的幅度，z是直射波信号的幅度，2σ表示平均多径功率，I0(.)表示的是第一类零阶修正的Bessel函数。7.根据权利要求1所述的低轨卫星天地通信信道建模方法，其特征在于：状态转移控制2CN111147169A权利要求书2/2页模块，其转移概率矩阵Pt如下所示：式中，pi|j为给定状态i(i＝1,2…,N)，状态j(j＝1,2…,N)的条件概率。8.根据权利要求1所述的低轨卫星天地通信信道建模方法，其特征在于：Gauss白噪声模块，其概率密度函数Pn(f)为如下所示：式中，n0为正常数，则称该噪声为白噪声。3CN111147169A说明书1/4页一种低轨卫星天地通信信道建模模型及建模方法技术领域[0001]本发明属于6G移动通信技术领域，特别是涉及一种低轨卫星天地通信信道建模模型及建模方法。背景技术[0002]低轨卫星移动通信系统运行轨道低、传输时延小和终端要求低等特点已使其成为卫星通信系统的一个主要发展方向。在低轨卫星移动通信系统中，信号会受多普勒效应、阴影效应、多径效应和传播噪声等因素的影响。所以，在低轨卫星移动通信系统的研发过程中，为了验证系统的可靠性，必须要了