專利名稱：：流星余跡通信信道模型的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及流星余跡通信信道，用于對(duì)流星余跡通信的研究。
背景技術(shù)：
：流星余跡通信是一種利用流星體高速進(jìn)入大氣層摩擦燃燒在高空形成的電離余跡，對(duì)VHF無(wú)線電波的反射和散射而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的一種超視距無(wú)線通信方式，也是一種突發(fā)通信方式，在應(yīng)急通信中具有特殊的地位，是受到物理或電子攻擊時(shí)的最低限度應(yīng)急通信保障手段。流星余跡通信信道具有顯著的非常規(guī)復(fù)雜時(shí)變特性，其信道的特殊性直接決定著流星余跡通信系統(tǒng)所采用的理論技術(shù)和傳輸體制的有效性。流星余跡通信是以流星射入地球高空大氣層燒毀后形成的電離余跡對(duì)無(wú)線電波的前向散射為基礎(chǔ)的，與其他無(wú)線信道一樣，流星余跡信道也是一種隨機(jī)時(shí)變信道或簡(jiǎn)稱為變參信道，但流星這一自然現(xiàn)象決定了該信道還具有其特殊性，流星余跡信道最主要的特點(diǎn)是隨機(jī)性、突發(fā)間歇性和指數(shù)衰落性，正因?yàn)檫@些特性，較常規(guī)的通信方式而言，流星余跡通信存在吞吐量低、信息等待時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)于流星余跡最低限度應(yīng)急通信的需求日益迫切，構(gòu)建一個(gè)高精度逼近流星余跡信道時(shí)變特性，可支持基于流星余跡信道的全系統(tǒng)無(wú)縫仿真的高效流星余跡通信信道模型已成為實(shí)現(xiàn)流星余跡通信系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。信道建模是指采用計(jì)算機(jī)模擬的方法搭建可以體現(xiàn)信道物理特性的虛擬模型。如果建模是以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)則稱為物理信道建模，若以觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)則稱為非物理信道建模。一般情況下，非物理信道建模需要龐大的觀測(cè)數(shù)據(jù)資源，并且易受觀測(cè)條件的影響，所以在流星余跡通信中通常采用物理信道建模的方法。該方法中通常使用大量的數(shù)學(xué)公式對(duì)流星信道物理特性進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，現(xiàn)在已有的國(guó)內(nèi)外流星信道模型包括俄羅斯咯山大學(xué)建立的突發(fā)流星輻射密度經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚐MRD、喀山大學(xué)與美國(guó)的國(guó)際應(yīng)用公司和計(jì)算機(jī)科學(xué)公司建立的流星信道的物理模型METEORLINK等等，但是這些模型主要基于大氣物理和天體分布特性，建模目的是為了對(duì)流星余跡信道的特性進(jìn)行預(yù)測(cè)和描述，無(wú)法與現(xiàn)有通信傳輸體制和關(guān)鍵技術(shù)仿真達(dá)到無(wú)縫兼容，致使在對(duì)流星余跡通信的研究中沒(méi)有可用的信道模型，不能對(duì)該通信方式下的調(diào)制技術(shù)、通信協(xié)議和編碼方案進(jìn)行研究，極大地限制了流星通信質(zhì)量的提高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種流星余跡通信信道模型的構(gòu)建方法，以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有通信傳輸體制和關(guān)鍵技術(shù)仿真的結(jié)合，為流星余跡通信的研究提供信道模型，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)仿真分析對(duì)調(diào)制技術(shù)、通信協(xié)議和編碼方案進(jìn)行完善和改進(jìn)，提高流星通信的質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)思路是將流星余跡信道分為六類子信道，基于SPW仿真軟件對(duì)每類子信道模型分別進(jìn)行建模，再依據(jù)實(shí)際試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)得到的統(tǒng)計(jì)概率進(jìn)行合成，5在能夠高精度逼近流星余跡信道各種物理特性的情況下，使得建模得到的計(jì)算機(jī)模型更能體現(xiàn)實(shí)際物理信道的統(tǒng)計(jì)分布特性，與實(shí)際信道更逼近，并且得到的信道模型可以與鏈路仿真實(shí)現(xiàn)無(wú)縫兼容，易于改進(jìn)擴(kuò)展。其具體實(shí)現(xiàn)步驟包括如下(1)根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算稀疏欠密類流星余跡平均出現(xiàn)間隔1\和過(guò)密類流星余跡平均出現(xiàn)間隔L:1\=TXPD(t)XPs(t)T2=1001\其中，T為流星平均出現(xiàn)間隔，PD(t)為流星出現(xiàn)概率的日變化調(diào)整系數(shù)，一1.2+0.39sin(7r〃8)(OS"4)L005+0.585cos[tt0—4)/14](4<K18)，1.2-0.78cos[tt(卜18)/12](18<"24)Ps(t)為流星出現(xiàn)概率的年變化調(diào)整系數(shù)，0.016,-0.17"—3.29f3+50.77—173.39/+219.23尸力)=128.83(2)根據(jù)稀疏欠密類平均出現(xiàn)間隔1\控制欠密類余跡的間隔時(shí)間t，使其遵循泊松分布特性，并假設(shè)入射和反射到流星的電磁波夾角為直角，流星入射方向P滿足cosP=2/，使用水平極化傳輸，計(jì)算稀疏欠密類流星信道的初始接收信號(hào)功率Pr(0)和對(duì)應(yīng)的—6《(0)=1.2543x103<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中，PT表示系統(tǒng)發(fā)送功率，GT表示發(fā)送天線增益，^表示接收天線增益，q表示電子線密度，RT和I^分別表示發(fā)收站點(diǎn)到流星余跡的距離，f表示發(fā)送頻率，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>，1表示通信距離，入表示發(fā)送電磁波的波長(zhǎng)，Re表示地球半徑；(3)按照欠密類余跡接收信號(hào)功率數(shù)學(xué)模型，將時(shí)間t、初始接收信號(hào)功率Pr(0)和衰落系數(shù)t合成為稀疏欠密類子信道的接收信號(hào)功率<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(4)根據(jù)稀疏欠密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)^調(diào)整每條多徑的延遲大小Ati和衰減系數(shù)ai，在多徑延遲與衰減系數(shù)的控制下生成含有多徑現(xiàn)象的欠密類子信道的接收信號(hào)功率<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中1《i《Nn&表示模擬的多徑條數(shù)；(5)將稀疏欠密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)^與欠密類多徑子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)M，按照實(shí)測(cè)流星信道出現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)概率合成為欠密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(=C(0S—+《(Omk/>2其中，P工為實(shí)測(cè)稀疏欠密類子信道的出現(xiàn)概率，P2為實(shí)測(cè)欠密類多徑子信道的出現(xiàn)概率；(6)對(duì)稀疏欠密類子信道的接收信號(hào)功率^(t)su做串行/并行處理，使得N2條并行路徑的每條路徑均單獨(dú)輸出一個(gè)完整的欠密類余跡，按照每條路徑持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度的不同控制每條路徑延遲Ati的大小，對(duì)^條路徑合成得到欠密類簇子信道的接收信號(hào)功率，G=5^(卜4—"/=1(7)將欠密類流星的并行路徑數(shù)N2增加為大于五百的數(shù)目，得到流星雨子信道的接收信號(hào)功率《df;w-《,)s^=1其中，A"表示路徑延遲；(8)根據(jù)過(guò)密類平均出現(xiàn)間隔T2控制過(guò)密類余跡的間隔時(shí)間t，使其遵循泊松分布特性，并按照上述假設(shè)條件，根據(jù)過(guò)密類余跡數(shù)學(xué)模型計(jì)算該子信道的接收信號(hào)功率W)s。=3.574x1014r0+4Dziw幾secpsec、72。02+梭)其中，r。表示余跡初始半徑，表示電子半徑；(9)生成服從瑞利衰落分布的隨機(jī)信號(hào)M(t)，用該信號(hào)調(diào)整不含瑞利衰落的過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)s—。，得到含有瑞利衰落的過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)K。=Pr(t)soM(t);(10)將不含瑞利衰落的過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)s。與含有瑞利衰落的過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)K。，按照實(shí)測(cè)流星信道出現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)概率合成為過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率C(0。=C。kg+《(—其中，P3為實(shí)測(cè)不含瑞利衰落過(guò)密類信道的出現(xiàn)概率，P4為實(shí)測(cè)含有瑞利衰落過(guò)密類信道的出現(xiàn)概率；(11)將得到的四種流星余跡子信道接收信號(hào)功率Pr(t)u、Pr(t)。Pr(t)sh禾PPf(t)。，按照實(shí)測(cè)流星信道出現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)概率合成為整個(gè)流星余跡信道的接收信號(hào)功率《(0'=尸,(0c/k/>5+《(0GI+《(0。kp8其中，P5為實(shí)測(cè)欠密類子信道的出現(xiàn)概率，P6為實(shí)測(cè)欠密類簇子信道的出現(xiàn)概率，P7為實(shí)測(cè)流星雨子信道的出現(xiàn)概率，P8為實(shí)測(cè)過(guò)密類子信道的出現(xiàn)概率；(12)對(duì)整個(gè)流星余跡信道的接收信號(hào)功率Pr(t)'添加多普勒頻移的影響，得到含有多普勒頻移的流星余跡信道的接收信號(hào)功率C，'.,W其中，fD表示多普勒頻移；(13)根據(jù)上述六種流星余跡子信道的接收信號(hào)功率^(t)su、^(t)M、^(t)e、^(t)7sh、Pr(t)s。、Pr(th。和整個(gè)流星余跡信道的接收信號(hào)功率Pr(t)，繪制出各自信道的仿真曲線，完成對(duì)信道模型的構(gòu)建。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明由于將流星信道分為六類子信道分別進(jìn)行建模，并依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)概率合成為整體流星信道，考慮了實(shí)際流星信道的各種類型，可以高精度模擬實(shí)際流星信道的物理特性，與實(shí)際情況更加接近。2)本發(fā)明由于所使用的流星信道典型數(shù)學(xué)模型為時(shí)域形式，可以在時(shí)域直接對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行作用，使信道模型能夠直接應(yīng)用到鏈路與系統(tǒng)進(jìn)行仿真，達(dá)到無(wú)縫結(jié)合。3)本發(fā)明由于重復(fù)利用了稀疏欠密類子信道和不含瑞利衰落過(guò)密類子信道的計(jì)算結(jié)果，使得系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算量少，在應(yīng)用到鏈路或系統(tǒng)仿真后對(duì)資源消耗量少，不會(huì)因?yàn)樾诺赖膹?fù)雜度影響仿真的難度與時(shí)間損耗。4)本發(fā)明由于添加了多普勒頻移的影響，使得信道模型更加符合實(shí)際流星通信的環(huán)境。圖1是本發(fā)明信道構(gòu)建流程圖；圖2是用本發(fā)明仿真的稀疏欠密類子信道接收信號(hào)功率圖；圖3是用本發(fā)明仿真的欠密類多徑子信道接收信號(hào)功率圖；圖4是用本發(fā)明仿真的欠密類簇子信道接收信號(hào)功率圖；圖5是用本發(fā)明仿真的流星雨子信道接收信號(hào)功率圖；圖6是用本發(fā)明仿真的不含瑞利衰落過(guò)密類子信道接收信號(hào)功率圖；圖7是用本發(fā)明仿真的含有瑞利衰落過(guò)密類子信道接收信號(hào)功率圖；圖8是用本發(fā)明仿真的合成流星信道接收信號(hào)功率圖。具體實(shí)施例方式參考圖l，本發(fā)明構(gòu)建流星余跡通信信道模型的步驟，包括如下步驟l，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算稀疏欠密類流星余跡平均出現(xiàn)間隔1\和過(guò)密類流星余跡平均出現(xiàn)間隔L:&(0=1\=TXPD(t)XPs(t)T2=1001\其中，T為流星平均出現(xiàn)間隔，PD(t)為流星出現(xiàn)概率的日變化調(diào)整系數(shù)，—l,2+0.39sin(7r〃8)(OS"4)1.005+0.585cos[7T(>—4)/14](4<K18)，1.2-0.78cos[tt0—18)/12](18"<24)Ps(t)為流星出現(xiàn)概率的年變化調(diào)整系數(shù)，n,、0.016,—0.17"-3.29尸+50.77一—173.39"219.23128.83步驟2，根據(jù)稀疏欠密類平均出現(xiàn)間隔L按式t二Atmod(rT》控制欠密類余跡的8間隔時(shí)間t，使其遵循泊松分布特性，式中，At為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，r是介于(0.5，1.5)之間的隨機(jī)數(shù)；然后假設(shè)入射和反射到流星的電磁波夾角為直角，流星入射方向P滿足cosP=2/^1，使用水平極化傳輸，計(jì)算稀疏欠密類流星信道的初始接收信號(hào)功率Rr(o)和對(duì)應(yīng)的,~6《(0)=1.2543x103t=義2sec2<j9/32tt2Z)其中，PT表示系統(tǒng)發(fā)送功率，GT表示發(fā)送天線增益，^表示接收天線增益，q表示電子線密度，RT和I^分別表示發(fā)收站點(diǎn)到流星余跡的距離，f表示發(fā)送頻率，sec2<p=1+/22//+/2、2復(fù)logD=0.067h-5.6，h=124-171og10f，1表示通信距離，入表示發(fā)送電磁波的波長(zhǎng)，Pe表示地球半徑。步驟3，按照欠密類余跡接收信號(hào)功率數(shù)學(xué)模型，將時(shí)間t、初始接收信號(hào)功率Pr(o)和衰落系數(shù)t合成為稀疏欠密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)s—u=Pr(0)exp(_t/t)。步驟4，根據(jù)稀疏欠密類子信道的接收信號(hào)功率&(t)su調(diào)整每條多徑的延遲大小Ati和衰減系數(shù)ai，在多徑延遲與衰減系數(shù)的控制下生成含有多徑現(xiàn)象的欠密類子信道的接收信號(hào)功率=j>W-4其中1《i《Nn&表示模擬的多徑條數(shù)。步驟5，將稀疏欠密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)^和欠密類多徑子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)M，按照實(shí)測(cè)流星信道出現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)概率合成為欠密類子信道的接收信號(hào)功《(,、=尸r0)S—(/li^+《(0Mk巧其中，P工為實(shí)測(cè)稀疏欠密類子信道的出現(xiàn)概率，P2為實(shí)測(cè)欠密類多徑子信道的出現(xiàn)概率；。步驟6，對(duì)稀疏欠密類子信道的接收信號(hào)功率Pjt)su做串行/并行處理，使得N2條并行路徑的每條路徑均單獨(dú)輸出一個(gè)完整的欠密類余跡，并合成得到欠密類簇子信道的接收信號(hào)功率。6a)使稀疏欠密類子信道產(chǎn)生N2個(gè)串行的接收信號(hào)功率Pr(t)s』；6b)將上述串行的稀疏欠密類子信道接收信號(hào)功率分為N2個(gè)小塊，每個(gè)小塊的時(shí)間長(zhǎng)度為rl\;6c)分別取出每個(gè)小塊，形成N2條并行的接收信號(hào)功率；6d)按照每條路徑持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度的不同控制每條路徑延遲At,的大小，對(duì)N2條路徑合成，得到該子信道的接收信號(hào)功率w2，c=2《("t')步驟7，將欠密類流星的并行路徑數(shù)^增加為大于五百的數(shù)目，得到流星雨子信道的接收信號(hào)功率d=|^(,—i=l其中，A"表示路徑延遲。步驟8，根據(jù)過(guò)密類平均出現(xiàn)間隔T2按式t=Atmod(rT2)控制過(guò)密類余跡的間隔時(shí)間t，使其遵循泊松分布特性，并根據(jù)上述假設(shè)條件，按照過(guò)密類典型數(shù)學(xué)模型計(jì)算該子信道的接收信號(hào)功率，s。=3.574x10".r0+4Z)、w義secp其中，r。表示余跡初始半徑，re表示電子半徑。步驟9，生成服從瑞利衰落分布的隨機(jī)信號(hào)M(t)，用該信號(hào)調(diào)整不含瑞利衰落的過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)s。，得到含有瑞利衰落的過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功Pr(t)K0=Pr(t)S0.M(t)。步驟10，將不含瑞利衰落的過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)s。與含有瑞利衰落的過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)K。，按照實(shí)測(cè)流星信道出現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)概率合成為過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率《W0=C(Os一。1/'=尸30V。1尸=尸4其中，P3為實(shí)測(cè)不含瑞利衰落過(guò)密類信道的出現(xiàn)概率，P4為實(shí)測(cè)含有瑞利衰落過(guò)密類信道的出現(xiàn)概率。步驟ll，將得到的四種流星余跡子信道接收信號(hào)功率Pr(t)u、Pr(t)。Pr(t)sh和Pr(t)。，按照實(shí)測(cè)流星信道出現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)概率合成為整個(gè)流星余跡信道的接收信號(hào)功率《(0'=《(|P=/>5+《(0G1尸=尸6+《(0S/J1尸=尸7+《(0。1尸=尸8其中，P5為實(shí)測(cè)欠密類子信道的出現(xiàn)概率，P6為實(shí)測(cè)欠密類簇子信道的出現(xiàn)概率，P7為實(shí)測(cè)流星雨子信道的出現(xiàn)概率，P8為實(shí)測(cè)過(guò)密類子信道的出現(xiàn)概率。步驟12，對(duì)整個(gè)流星余跡信道的接收信號(hào)功率Pr(t)'添加多普勒頻移的影響，得到含有多普勒頻移的流星余跡信道的接收信號(hào)功率尸r0)二《(0'-e"2"。(其中，f。表示多普勒頻移。步驟13，根據(jù)上述六種流星余跡子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)w、Pr(t)M、Pr(t)。Pr(t)sh、&(t)s。、&(t)K。和整個(gè)流星余跡信道的接收信號(hào)功率Pf(t)，繪制出各自信道的仿真曲線，完成對(duì)信道模型的構(gòu)建。本發(fā)明的效果可以通過(guò)下面的仿真實(shí)例進(jìn)一步證明—、信道仿真參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)發(fā)送功率PT=1000W、發(fā)送頻率f=40MHz、通信距離1=1000km、流星平均出現(xiàn)間隔T=138、發(fā)送天線增益&與接收天線增益&為12dBi、當(dāng)?shù)貢r(shí)間為六月份下10午兩點(diǎn)和收發(fā)站地理位置為北半球。二、仿真內(nèi)容及結(jié)果仿真1:仿真稀疏欠密類子信道，仿真結(jié)果如圖2所示；仿真2:仿真欠密類多徑子信道，仿真結(jié)果如圖3所示；仿真3:仿真欠密類簇子信道，仿真結(jié)果如圖4所示；仿真4:仿真流星雨子信道，仿真結(jié)果如圖5所示；仿真5:仿真不含瑞利衰落的過(guò)密類子信道，仿真結(jié)果如圖6所示；仿真6:仿真含有瑞利衰落的過(guò)密類子信道，仿真結(jié)果如圖7所示；仿真7:仿真合成流星信道，仿真結(jié)果如圖8所示。三、仿真結(jié)果分析從圖2中可見(jiàn)，接收信號(hào)功率在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到峰值后呈指數(shù)衰減，在短暫的幾百毫秒內(nèi)衰減到很小的值，整個(gè)衰減過(guò)程符合實(shí)際中欠密類流星余跡接收電平和持續(xù)時(shí)間的變化。從圖3中可見(jiàn)，信號(hào)在衰減過(guò)程中由于多徑的現(xiàn)象功率曲線呈現(xiàn)下降的鋸齒狀，整個(gè)過(guò)程符合實(shí)際中欠密類多徑信道的接收信號(hào)電平和持續(xù)時(shí)間的變化。從圖4中可見(jiàn)，信號(hào)功率變化起伏較快，這是由于當(dāng)?shù)谝粋€(gè)流星出現(xiàn)并且還沒(méi)有衰減到不可用時(shí)，其它流星陸續(xù)出現(xiàn)產(chǎn)生的，整個(gè)過(guò)程符合實(shí)際中欠密類簇流星信道的接收信號(hào)電平和持續(xù)時(shí)間的變化。從圖5中可見(jiàn)，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，欠密類流星陸續(xù)出現(xiàn)，多達(dá)幾百顆，整個(gè)過(guò)程符合實(shí)際中流星雨子信道的接收信號(hào)電平和持續(xù)時(shí)間的變化。從圖6中可見(jiàn)，不含瑞利衰落的過(guò)密類流星信道接收信號(hào)功率并不像欠密類那樣呈現(xiàn)指數(shù)衰減，而是經(jīng)歷了一段較長(zhǎng)時(shí)間的平坦過(guò)程后再衰減為很小的值，整個(gè)過(guò)程符合實(shí)際中不含有瑞利衰落過(guò)密類子信道的接收信號(hào)電平和持續(xù)時(shí)間的變化。從圖7中可見(jiàn)，接收信號(hào)功率的包絡(luò)由于受到瑞利衰落的影響具有類似正弦信號(hào)的起伏變化，整個(gè)過(guò)程符合實(shí)際中含有瑞利衰落過(guò)密類子信道的接收信號(hào)電平和持續(xù)時(shí)間的變化。從圖8中可見(jiàn)，出現(xiàn)的大部分是稀疏欠密類子信道和短時(shí)間內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)多顆流星的欠密類簇子信道，這與實(shí)際中各子信道的出現(xiàn)概率是相符合的，整個(gè)過(guò)程符合實(shí)際中流星余跡信道的接收信號(hào)電平和持續(xù)時(shí)間的變化。綜合上述仿真結(jié)果與分析，按照本發(fā)明的流星信道構(gòu)建方法，不僅可以構(gòu)建出實(shí)際情況下各類流星余跡信道的物理特性，還能結(jié)合實(shí)際信道類型的統(tǒng)計(jì)概率構(gòu)建出與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相符合的合成流星信道，整個(gè)信道模型具有良好的實(shí)用性，可以充分體現(xiàn)出實(shí)際流星余跡信道的接收信號(hào)功率物理特性，為流星余跡通信提供信道模型，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)仿真分析對(duì)調(diào)制技術(shù)、通信協(xié)議和編碼方案進(jìn)行完善和改進(jìn)，提高流星通信的質(zhì)量。權(quán)利要求一種流星余跡通信信道模型的構(gòu)建方法，包括如下步驟(1)根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算稀疏欠密類流星余跡平均出現(xiàn)間隔T1和過(guò)密類流星余跡平均出現(xiàn)間隔T2T1＝T×PD(t)×PS(t)T2＝100T1其中，T為流星平均出現(xiàn)間隔，PD(t)為流星出現(xiàn)概率的日變化調(diào)整系數(shù)，<mrow><msub><mi>P</mi><mi>D</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>1.2</mn><mo>+</mo><mn>0.39</mn><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>πt</mi><mo>/</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>≤</mo><mi>t</mi><mo>≤</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1.005</mn><mo>+</mo><mn>0.585</mn><mi>cos</mi><mo>[</mo><mi>π</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>-</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mn>14</mn><mo>]</mo></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo><</mo><mi>t</mi><mo>≤</mo><mn>18</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1.2</mn><mo>-</mo><mn>0.78</mn><mi>cos</mi><mo>[</mo><mi>π</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>-</mo><mn>18</mn><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mn>12</mn><mo>]</mo></mtd><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>18</mn><mo><</mo><mi>t</mi><mo><</mo><mn>24</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>PS(t)為流星出現(xiàn)概率的年變化調(diào)整系數(shù)，<mrow><msub><mi>P</mi><mi>S</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mn>0.016</mn><mi>t</mi></mrow><mn>5</mn></msup><mo>-</mo><msup><mrow><mn>0.17</mn><mi>t</mi></mrow><mn>4</mn></msup><mo>-</mo><msup><mrow><mn>3.29</mn><mi>t</mi></mrow><mn>3</mn></msup><mo>+</mo><mn>50.77</mn><msup><mi>t</mi><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mn>173.39</mn><mi>t</mi><mo>+</mo><mn>219.23</mn></mrow><mn>128.83</mn></mfrac></mrow>1≤t≤12；(2)根據(jù)稀疏欠密類平均出現(xiàn)間隔T1控制欠密類余跡的間隔時(shí)間t，使其遵循泊松分布特性，并假設(shè)入射和反射到流星的電磁波夾角為直角，流星入射方向β滿足cosβ＝2/π，使用水平極化傳輸，計(jì)算稀疏欠密類流星信道的初始接收信號(hào)功率Pr(0)和對(duì)應(yīng)的衰落系數(shù)τ<mrow><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1.2543</mn><mo>×</mo><msup><mn>10</mn><mrow><mo>-</mo><mn>6</mn></mrow></msup><mfrac><mrow><msub><mi>P</mi><mi>T</mi></msub><msub><mi>G</mi><mi>T</mi></msub><msub><mi>G</mi><mi>R</mi></msub><msup><mi>q</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mi>T</mi></msub><msub><mi>R</mi><mi>R</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>R</mi><mi>T</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mi>R</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msup><mi>f</mi><mn>3</mn></msup></mrow></mfrac></mrow>其中，PT表示系統(tǒng)發(fā)送功率，GT表示發(fā)送天線增益，GR表示接收天線增益，q表示電子線密度，RT和RR分別表示發(fā)收站點(diǎn)到流星余跡的距離，f表示發(fā)送頻率，logD＝0.067h-5.6，h＝124-17log10f，l表示通信距離，λ表示發(fā)送電磁波的波長(zhǎng)，Re表示地球半徑；(3)按照欠密類余跡接收信號(hào)功率數(shù)學(xué)模型，將時(shí)間t、初始接收信號(hào)功率Pr(0)和衰落系數(shù)τ合成為稀疏欠密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)S_U＝Pr(0)·exp(-t/τ)；(4)根據(jù)稀疏欠密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)S_U調(diào)整每條多徑的延遲大小Δti和衰減系數(shù)ai，在多徑延遲與衰減系數(shù)的控制下生成含有多徑現(xiàn)象的欠密類子信道的接收信號(hào)功率<mrow><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>M</mi></msub><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><msub><mi>N</mi><mn>1</mn></msub></munderover><msub><mi>a</mi><mi>i</mi></msub><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>-</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>S</mi><mo>_</mo><mi>U</mi></mrow></msub></mrow>其中1≤i≤N1，N1表示模擬的多徑條數(shù)；(5)將稀疏欠密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)S_U與欠密類多徑子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)M，按照實(shí)測(cè)流星信道出現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)概率合成為欠密類子信道的接收信號(hào)功率<mrow><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>U</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>S</mi><mo>_</mo><mi>U</mi></mrow></msub><msub><mo>|</mo><mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>M</mi></msub><msub><mo>|</mo><mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub></mrow>其中，P1為實(shí)測(cè)稀疏欠密類子信道的出現(xiàn)概率，P2為實(shí)測(cè)欠密類多徑子信道的出現(xiàn)概率；(6)對(duì)稀疏欠密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)S_U做串行/并行處理，使得N2條并行路徑的每條路徑均單獨(dú)輸出一個(gè)完整的欠密類余跡，按照每條路徑持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度的不同控制每條路徑延遲Δτi的大小，對(duì)N2條路徑合成得到欠密類簇子信道的接收信號(hào)功率<mrow><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>G</mi></msub><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><msub><mi>N</mi><mn>2</mn></msub></munderover><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>-</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>τ</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>S</mi><mo>_</mo><mi>U</mi></mrow></msub><mo>;</mo></mrow>(7)將欠密類流星的并行路徑數(shù)N2增加為大于五百的數(shù)目，得到流星雨子信道的接收信號(hào)功率<mrow><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>Sh</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mmultiscripts><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><msub><mi>N</mi><mn>2</mn></msub></munderover></mmultiscripts><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>-</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>ζ</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>S</mi><mo>_</mo><mi>U</mi></mrow></msub></mrow></mrow>其中，Δζi表示路徑延遲；(8)根據(jù)過(guò)密類平均出現(xiàn)間隔T2控制過(guò)密類余跡的間隔時(shí)間t，使其遵循泊松分布特性，并按照上述假設(shè)條件，根據(jù)過(guò)密類余跡數(shù)學(xué)模型計(jì)算該子信道的接收信號(hào)功率其中，r0表示余跡初始半徑，re表示電子半徑；(9)生成服從瑞利衰落分布的隨機(jī)信號(hào)M(t)，用該信號(hào)調(diào)整不含瑞利衰落的過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)S_O，得到含有瑞利衰落的過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)R_O＝Pr(t)S_O·M(t)；(10)將不含瑞利衰落的過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)S_O與含有瑞利衰落的過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)R_O，按照實(shí)測(cè)流星信道出現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)概率合成為過(guò)密類子信道的接收信號(hào)功率<mrow><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>O</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>S</mi><mo>_</mo><mi>O</mi></mrow></msub><msub><mo>|</mo><mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mn>3</mn></msub></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>R</mi><mo>_</mo><mi>O</mi></mrow></msub><msub><mo>|</mo><mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mn>4</mn></msub></mrow></msub></mrow>其中，P3為實(shí)測(cè)不含瑞利衰落過(guò)密類信道的出現(xiàn)概率，P4為實(shí)測(cè)含有瑞利衰落過(guò)密類信道的出現(xiàn)概率；(11)將得到的四種流星余跡子信道接收信號(hào)功率Pr(t)U、Pr(t)G、Pr(t)Sh和Pr(t)O，按照實(shí)測(cè)流星信道出現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)概率合成為整個(gè)流星余跡信道的接收信號(hào)功率<mrow><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msup><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>′</mo></msup><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>U</mi></msub><msub><mo>|</mo><mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mn>5</mn></msub></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>G</mi></msub><msub><mo>|</mo><mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mn>6</mn></msub></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>Sh</mi></msub><msub><mo>|</mo><mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mn>7</mn></msub></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>O</mi></msub><msub><mo>|</mo><mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mn>8</mn></msub></mrow></msub></mrow>其中，P5為實(shí)測(cè)欠密類子信道的出現(xiàn)概率，P6為實(shí)測(cè)欠密類簇子信道的出現(xiàn)概率，P7為實(shí)測(cè)流星雨子信道的出現(xiàn)概率，P8為實(shí)測(cè)過(guò)密類子信道的出現(xiàn)概率；(12)對(duì)整個(gè)流星余跡信道的接收信號(hào)功率Pr(t)′添加多普勒頻移的影響，得到含有多普勒頻移的流星余跡信道的接收信號(hào)功率<mrow><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>P</mi><mi>r</mi></msub><msup><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>′</mo></msup><mo>·</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mo>±</mo><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>π</mi><msub><mi>f</mi><mi>D</mi></msub><mi>t</mi></mrow></msup></mrow>其中，fD表示多普勒頻移；(13)根據(jù)上述六種流星余跡子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)S_U、Pr(t)M、Pr(t)G、Pr(t)Sh、Pr(t)S_O、Pr(t)R_O和整個(gè)流星余跡信道的接收信號(hào)功率Pr(t)，繪制出各自信道的仿真曲線，完成對(duì)信道模型的構(gòu)建。F2009102191040C0000014.tif,F2009102191040C0000015.tif,F2009102191040C0000033.tif2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的流星余跡通信信道模型的構(gòu)建方法，其特征在于步驟(2)中所述的根據(jù)稀疏欠密類平均出現(xiàn)間隔1\控制欠密類余跡的間隔時(shí)間t，是按照系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間At對(duì)^進(jìn)行取模運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的，其公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中，r是介于(0.5，1.5)之間的隨機(jī)數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的流星余跡通信信道模型的構(gòu)建方法，其特征在于步驟(6)中所述的對(duì)稀疏欠密類子信道的接收信號(hào)功率Pr(t)s—u做串行/并行處理，按如下方式進(jìn)行3a)使稀疏欠密類子信道產(chǎn)生N2個(gè)串行的接收—信號(hào)功率Pr(t)su;3b)將上述串行的稀疏欠密類子信道接收信號(hào)功率分為N2個(gè)小塊，每個(gè)小塊的時(shí)間長(zhǎng)度為rl\;3c)分別取出每個(gè)小塊，形成K條并行的接收信號(hào)功率。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的流星余跡通信信道模型的構(gòu)建方法，其特征在于步驟(8)中所述的根據(jù)過(guò)密類平均出現(xiàn)間隔L控制過(guò)密類余跡的間隔時(shí)間t，是按照系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間At對(duì)L進(jìn)行取模運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的，其公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種流星余跡通信信道模型的構(gòu)建方法，主要解決現(xiàn)有信道模型無(wú)法與現(xiàn)有通信傳輸體制和關(guān)鍵技術(shù)仿真達(dá)到無(wú)縫兼容的問(wèn)題。其構(gòu)建過(guò)程是首先將流星余跡通信信道分為稀疏欠密類子信道、欠密類多徑子信道、欠密類簇子信道、流星雨子信道、不含瑞利衰落的過(guò)密類子信道和含有瑞利衰落的過(guò)密類子信道六類子信道，分別對(duì)其進(jìn)行信道模型構(gòu)建，每類子信道高精度逼近其所代表的實(shí)際信道物理特性；然后依據(jù)實(shí)測(cè)得到的統(tǒng)計(jì)概率將上述六類子信道合成；最后得到可以體現(xiàn)實(shí)際流星余跡信道各種物理特性的信道計(jì)算機(jī)模型。本發(fā)明具有計(jì)算簡(jiǎn)單、易擴(kuò)展、易修改和與鏈路仿真實(shí)現(xiàn)無(wú)縫兼容的優(yōu)點(diǎn)，可用于提高流星余跡通信質(zhì)量。文檔編號(hào)H04B17/00GK101714902SQ20091021910公開(kāi)日2010年5月26日申請(qǐng)日期2009年11月20日優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日發(fā)明者萬(wàn)佳君,劉坤,司江勃,吳利平,姚磊,李贊,蔡覺(jué)平,郝本健,陳小軍,雷赟申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)