一种卫星移动通信系统中无线传输环境的仿真系统及方法技术方案

本发明专利技术一种卫星移动通信系统中无线传输环境的仿真系统及方法，所述方法对各种自然因素的抽象建模时，主要考虑的是对中纬度地区无线环境的建模。由于电离层闪烁出现的频率和严重程度在地理区域上以高纬度地区以及以磁赤道为中心的±20°的低纬区域较为显著，所以在本发明专利技术中不再考虑电离层对无线电波的影响；同时根据ITU‑R的相关建议，在对地球上各种自然因素抽象建模时，增加了对对流层闪烁及多源同生大气的影响，它使得对真实的自然环境的考虑更加细致和全面。本发明专利技术所述的系统更注重模块化，各种环境因素的建模彼此独立，各子模块是否被系统考虑彼此无影响，它使得操作更灵活；能够客观、准确的模型现实无线传输环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星移动通信领域，具体为一种卫星移动通信系统中无线传输环境的仿真系统及方法。
技术介绍
无线信道是指对无线通信中发送端和接收端之间的通路，是在发送端和接收端之间的一个看不见的传输链路衔接。在卫星移动通信中，不同种类的收发设备形成了不同种类的传输链路，由于对链路性能要求不同，需要采用的不同物理层传输技术。对一般卫星移动通信系统来说主要会包含以下三类的通信链路：卫星之间的链路、地面固定设施(包括关口站、卫星测控和网络操作中心等)与卫星之间的链路、地面移动终端与卫星间的链路(也叫用户链路)。卫星间之间的传播环境可以看成理想状态下的真空环境，所以其链路模型比较简单。后面两种类型的链路主要涉及的是地球-空间链路，在卫星移动通信系统中，无线电波通过上、下行链路传播时必须要穿过地球的大气层，由于大气层中各种自然因素的影响，会造成无线电波幅度的衰减和相位的改变，其影响主要表现在路径损耗上，而路径损耗是由大气气体衰减、降雨引起的衰减、云雾衰减、闪烁损耗一种或多种信号功率损耗的总和。在设计通信系统的地球-空间链路时必须加以考虑。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种卫星移动通信系统中无线传输环境的仿真系统及方法，利用ITU-R模型将传输环境中大气层的各种因素考虑在内，客观准确模拟现实无线传输环境，得到更为精确的评估。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种卫星移动通信系统中无线传输环境的仿真方法，包括如下步骤，步骤1，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，计算自由空间衰减；步骤2，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，使用ITU-R大气模型计算大气衰减；步骤3，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，使用ITU-R雨衰模型计算雨衰；步骤4，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，使用ITU-R云雾模型计算云雾衰减；步骤5，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，使用ITU-R对流层闪烁模型计算对流层闪烁衰减；步骤6，据步骤2至步骤5的计算结果，根据如下公式计算多源同生大气总衰减系数；其中，AT为总衰减系数，其单位为dB；AG为大气衰减；AR为雨衰；AC云雾衰减；AS对流层闪烁衰减；步骤7，根据由卫星移动通信系统提供的阴影衰落的衰落因子得到阴影衰落系数；步骤8，根据抽头延迟线模型建立起宽带卫星移动通信的多径信道模型，计算得到多径衰落系数；步骤9，以及步骤1到步骤8中得到的衰减和系数，通过干扰计算得到目标链路的载干噪比；步骤10，根据步骤9中所得目标链路载干噪比，以及卫星移动通信系统提供的信号调制和编码方式查误码率表，获得当前仿真时隙的误码率，根据推衍规则从而得到目标链路的误块率，藉此完成整个卫星移动通信无线环境的仿真。优选的，步骤1中，由ITU-R模型作为自由空间模型，根据公式ALos＝20lg4πd/λ，计算得到自由空间衰减，其中λ为电波波长，d为地面站与卫星之间的距离。优选的，步骤8中，根据抽头延迟线模型建立起宽带卫星移动通信多径信道模型，由如下步骤计算得到多径衰落系数；步骤8.1，通过如下公式确定信道的时变冲激响h(τ,t)；式中，P0为直射信号的功率，Pi、gi(t)、τi分别表示第i条径的功率、时延分量、时延，其中，i＝1，2…M，M为径的数量；步骤8.2，对上式做傅里叶变换得到，将移动终端使用的电波频率代入上式即可得出多径衰落系数。优选的，步骤9的具体步骤如下：步骤9.1，由下式确定计算目标链路的载噪比C/N：其中，载噪比C/N取dB值；Pt、Gt分别表示发射节点的发射功率和天线发射增益；(G/T)r表示接收节点的品质因数；K为玻尔兹曼常数；B为无线电波带宽；Loss为路径损耗，由卫星移动通信系统提供的阴影衰落系数，以及步骤1到步骤8中得到的衰减和系数计算得到；步骤9.2，由下式求目标链路的载干比C/I，如下式所示：其中，自然数k为干扰链路的序号；Pt、Gt、Loss与上式声明相同；Gr为目标链路接收节点的接收天线增益；P′t,k表示干扰链发射节点的发射功率；G′t,k干扰链路发射节点天线在干扰方向上的增益；Loss′k表示无线电波在干扰链路发射节点到目标链路的接收节点之间传输所经历的损耗；G′r,k为目标链路接收节点天线在干扰方向上的接收增益；M为干扰链路的条数；步骤9.3，得到目标链路的载干噪比为：进一步，计算路径损耗Loss时，包括如下步骤，首先判断系统是否满足多源同生大气衰减的条件，当满足时，否则，AT＝AG+AR+AC+AS；当目标链路为上行链路时：[Loss]＝AT-ASH；当目标链路为星间链路时：[Loss]＝ALos；当目标链路为下行链路时：[Loss]＝AT-AsH-AM；其中，[LoSS]表示路径损耗单位取dB；AG为大气衰减，AR为雨衰，AC云雾衰减，AS对流层闪烁衰减，AT为多源同生大气衰减；ASH为阴影衰落系数，AM为多径衰落系数，ALos为自由空间衰减，它们的单位都是dB。本专利技术一种卫星移动通信系统中无线传输环境的仿真系统包括，计算自由空间衰减的模块，通过ITU-R大气模型计算大气衰减的模块，通过ITU-R雨衰模型计算雨衰的模块，通过ITU-R云雾模型计算云雾衰减的模块，通过ITU-R对流层闪烁模型计算对流层闪烁衰减的模块，根据计算大气衰减的模块、计算雨衰的模块、计算云雾衰减的模块和计算对流层闪烁衰减的模块计算结果计算多源同生大气总衰减系数的模块，根据由卫星移动通信系统提供的阴影衰落的衰落因子得到阴影衰落系数的模块；根据抽头延迟线模型建立起宽带卫星移动通信的多径信道模型，计算得到多径衰落系数的模块；根据以上模块中得到的衰减和系数，通过干扰计算得到目标链路的载干噪比的模块；根据得到的目标链路载干噪比，以及卫星移动通信系统提供的信号调制和编码方式查误码率表，获得当前仿真时隙的误码率，根据推衍规则从而得到目标链路的误块率的模块。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术在对各种自然因素的抽象建模时，主要考虑的是对中纬度地区无线环境的建模。由于电离层闪烁出现的频率和严重程度在地理区域上以高纬度地区以及以磁赤道为中心的±20°的低纬区域较为显著，所以在本专利技术中不再考虑电离层对无线电波的影响；同时根据ITU-R的相关建议，在对地球上各种自然因素抽象建模时，增加了对对流层闪烁及多源同生大气的影响，它使得对真实的自然环境的考虑更加细致和全面。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星移动通信系统中无线传输环境的仿真方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，计算自由空间衰减；步骤2，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，使用ITU‑R大气模型计算大气衰减；步骤3，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，使用ITU‑R雨衰模型计算雨衰；步骤4，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，使用ITU‑R云雾模型计算云雾衰减；步骤5，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，使用ITU‑R对流层闪烁模型计算对流层闪烁衰减；步骤6，据步骤2至步骤5的计算结果，根据如下公式计算多源同生大气总衰减系数；AT=AG+[AR+AC]2+AS2;]]>其中，AT为总衰减系数，其单位为dB；AG为大气衰减；AR为雨衰；AC云雾衰减；AS对流层闪烁衰减；步骤7，根据由卫星移动通信系统提供的阴影衰落的衰落因子得到阴影衰落系数；步骤8，根据抽头延迟线模型建立起宽带卫星移动通信的多径信道模型，计算得到多径衰落系数；步骤9，以及步骤1到步骤8中得到的衰减和系数，通过干扰计算得到目标链路的载干噪比；步骤10，根据步骤9中所得目标链路载干噪比，以及卫星移动通信系统提供的信号调制和编码方式查误码率表，获得当前仿真时隙的误码率，根据推衍规则从而得到目标链路的误块率，藉此完成整个卫星移动通信无线环境的仿真。...

【技术特征摘要】
1.一种卫星移动通信系统中无线传输环境的仿真方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤1，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，计算自由空间衰减；
步骤2，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，使用ITU-R大气模型计算大气衰减；
步骤3，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，使用ITU-R雨衰模型计算雨衰；
步骤4，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，使用ITU-R云雾模型计算云雾衰减；
步骤5，根据卫星移动通信系统提供的用户参数，使用ITU-R对流层闪烁模型计算对流
层闪烁衰减；
步骤6，据步骤2至步骤5的计算结果，根据如下公式计算多源同生大气总衰减系数；
A T = A G + [ A R + A C ] 2 + A S 2 ; ]]>其中，AT为总衰减系数，其单位为dB；AG为大气衰减；AR为雨衰；AC云雾衰减；AS对流层闪
烁衰减；
步骤7，根据由卫星移动通信系统提供的阴影衰落的衰落因子得到阴影衰落系数；
步骤8，根据抽头延迟线模型建立起宽带卫星移动通信的多径信道模型，计算得到多径
衰落系数；
步骤9，以及步骤1到步骤8中得到的衰减和系数，通过干扰计算得到目标链路的载干噪
比；
步骤10，根据步骤9中所得目标链路载干噪比，以及卫星移动通信系统提供的信号调制
和编码方式查误码率表，获得当前仿真时隙的误码率，根据推衍规则从而得到目标链路的
误块率，藉此完成整个卫星移动通信无线环境的仿真。
2.根据权利要求1所述的一种卫星移动通信系统中无线传输环境的仿真方法，其特征
在于，步骤1中，由ITU-R模型作为自由空间模型，根据公式ALos＝20lg4πd/λ，计算得到自由
空间衰减，其中λ为电波波长，d为地面站与卫星之间的距离。
3.根据权利要求1所述的一种卫星移动通信系统中无线传输环境的仿真方法，其特征
在于，步骤8中，根据抽头延迟线模型建立起宽带卫星移动通信多径信道模型，由如下步骤
计算得到多径衰落系数；
步骤8.1，通过如下公式确定信道的时变冲激响h(τ,t)；
h ( τ , t ) = P 0 δ ( τ ) + P 1 g 1 ( t ) δ ( τ ) + Σ i = 2 M P i g i ( t ) δ ( τ - τ i ) ; ]]>式中，P0为直射信号的功率，Pi、gi(t)、τi分别表示第i条径的功率、时延分量、时延，其
中，i＝1，2…M，M为径的数量；
步骤8.2，对上式做傅里叶变换得到，
H ( f , t ) = P 0 + P 1 g 1 ( t ) + Σ i = 2 M P i g i ( t ) e - j 2 πfτ i ; ]]>将移动终端使用的电波频率代入上式即可得出多径衰落系数。
4.根据权利要求1所述的一种卫星移动通信系统中无线传输环境的仿真方法，其特征
在于，步骤9的具体步骤如下：
步骤9.1，由下式确定计算目标链路的载噪比C/N：
[ C N ] = [ P t ] + [ G t ] - [ L o s s ] + [ ( G T ) r ] - [ K · B ] ( d B ) ; ]]>其中，载噪比C/N取dB值；Pt、Gt分别表示发射节点的发射功率和天线发射增益；(G/T)r表示接收节点的品质因数；K为玻尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕刚明，范斌，任品毅，李国兵，杜清河，王晓杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61