【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，尤其涉及一种面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法。
技术介绍
1、随着首批第五代（fifth generation, 5g）移动通信系统全套标准的完成，5g无线网络的初步商用部署已于2019年开始。然而，5g的革命性愿景并未完全实现。对于现在用户和设备连接数量庞大的万物互联（internet of everything, ioe）系统，目前的5g无线网络仍存在诸多不足。第六代（sixth generation, 6g）无线网络的目标不仅是追求更高的传输速率，还将在5g无线网络服务的基础上继续扩展ioe的边界和范围。卫星通信网络是6g无线网络研究的重点。相较于地面无线通信系统，卫星通信系统具有覆盖面广，通信容量大等优势。其中，低轨卫星相比于高轨、中轨卫星通信系统，具有低延迟、低功耗、低传播损耗、组网灵活的特点。近年来，新一代互联网星座计划逐步进行，实现了从l（1~2 ghz）、s（2~4ghz）等低频段向ku（12~18 ghz）、ka（26~40 ghz）等高频段的转化。要实现低轨卫星通信信息的可靠和有效传输，一个必要的工作是研究低轨卫星通信信道传播特性，并对其建模。
2、低轨卫星通信信道受到多方面的影响，包括大气吸收、降雨衰减、电离层闪烁、多普勒频移等，因而具有很大的时变性，难以准确分析。现有的低轨卫星信道建模方法有基于几何的随机信道建模和射线追踪信道建模。现有研究基于几何随机信道建模方法进行建模，模型具有较高的普适性，但在目前5g移动通信系统的高准确性要求下，相比于几何随机信道建模方法，
技术实现思路
1、专利技术目的：提出一种面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，以解决现有技术存在的上述问题。
2、一种面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，步骤如下：
3、s1、生成低轨卫星系统参数；所述低轨卫星系统参数包括基本参数、大气层信道环境参数、近地端信道环境参数；
4、s2、对大尺度部分的衰落信道进行建模，包括电离层闪烁衰落建模和降雨衰减建模；
5、s3、对近地端小尺度衰落信道进行建模，包括基于射线追踪法进行多径效应建模；
6、s4、基于步骤s1至步骤s3，计算低轨卫星信道大尺度衰落损耗和多径接收功率；
7、s5、根据步骤s4实现低轨卫星仿真信道模型，分析信道特性，计算总接收功率、功率时延谱。
8、在进一步的实施例中，所述基本参数包括卫星高度、俯仰角、工作频段以及发射功率；
9、卫星-近地面通信链路距离l的计算方法如下：
10、
11、式中，是卫星俯仰角，是卫星高度，=6371 km是地球半径。
12、所述大气层信道环境参数包括电离层闪烁参数和降雨参数；
13、所述电离层闪烁参数s用于描述电离层闪烁的强度，计算如下：
14、
15、式中，i是信号强度，与信号幅度的平方根成正比；表示对括号内求平均；
16、通常将闪烁指数分为弱（<0.3）、中等（0.3<<0.6）、强（<0.6）三个级别。对于弱和中等级别，与（ghz）有固定的关系，定义如下：
17、
18、式中，为工作频率，n为闪烁指数因子；对于s波段以上的频段，多地实测结果的闪烁指数因子n在-1.6 ~ -1.9范围，n的平均值为-1.7。
19、所述降雨参数包括降雨速率（mm/h）。降雨速率为系统中断率为时的降雨速率，通常用概率超过0.01%的平均降雨量来衡量某一地区的降雨量。
20、所述近地端信道环境参数为城市建筑物场景参数，包括建筑物边缘轮廓尺寸、建筑物高度、建筑物表面反射系数。
21、所述建筑物边缘轮廓尺寸包括建筑物的边缘点坐标和建筑物的间距，根据实际场景测算得出。
22、建筑物高度对电磁波的传播有明显的影响。直射径可能会受到高建筑物的遮挡，反射径数量可能会由于接收点周围建筑高度的改变而发生变化。itu-r p.1410建议书中提出的建筑物高度符合参数的瑞利分布，其中为城市场景内普遍的建筑物高度：
23、
24、建筑物表面反射系数为r，取决于建筑物表面材料的介电常数，若入射波与介质表面的夹角为，则符合以下关系：
25、
26、在进一步的实施例中，步骤s2具体包括：
27、s201、电离层闪烁衰落建模，根据闪烁指数s计算电离层闪烁损耗（db），计算方法如下：
28、
29、s202、降雨衰减建模，信号传播路径上的降雨主要影响了3 ghz以上的卫星通信系统。建模时首先根据降雨强度和卫星俯仰角确定降雨区经历的等效路径长度，计算方法如下：
30、<mi>l</mi><mrow><msub><mi>r</mi><mi>0.01</mi></msub><mi>,θ</mi></mrow></mfenced><mi>=</mi><msup><mrow><mi>[7.41×</mi><msup><mn>10</mn><mi>-3</mi></msup><msubsup><mi>r</mi><mi>0.01</mi><mi>0.776</mi></msubsup><mo>+</mo><mrow><mi>0.232-1.8 ×</mi><msup><mn>10</mn><mi>-4</mi></msup><msub><mi>r</mi><mi>0.01</mi></msub></mrow></mfenced><mrow><mi>sin</mi><mi>θ</mi></mrow><mi>]</mi></mrow><mi>-1</mi></msu本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，步骤S1中所述基本参数包括卫星高度、俯仰角、工作频段以及发射功率；
3.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，步骤S1中所述大气层信道环境参数包括电离层闪烁参数和降雨参数；
4.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，步骤S1中所述近地端信道环境参数为城市建筑物场景参数；所述城市建筑物场景参数包括建筑物边缘轮廓尺寸、建筑物高度、建筑物表面反射系数；
5.根据权利要求3所述的面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，步骤S2中所述电离层闪烁衰落建模，包括根据闪烁指数计算电离层闪烁损耗：
6.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，步骤S2中所述降雨衰减建模，包括：
7.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，步骤S3中所述基
8.根据权利要求2所述的面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，所述低轨卫星信道大尺度衰落损耗PL的计算如下式：
9.根据权利要求8所述的面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，所述多径接收功率的计算如下式：
10.根据权利要求9所述的面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，步骤S5中所述总接收功率的计算如下式：
...【技术特征摘要】
1.一种面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，步骤s1中所述基本参数包括卫星高度、俯仰角、工作频段以及发射功率；
3.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，步骤s1中所述大气层信道环境参数包括电离层闪烁参数和降雨参数；
4.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，步骤s1中所述近地端信道环境参数为城市建筑物场景参数；所述城市建筑物场景参数包括建筑物边缘轮廓尺寸、建筑物高度、建筑物表面反射系数；
5.根据权利要求3所述的面向低轨卫星通信的射线追踪信道建模方法，其特征在于，步骤s2中所述电...
【专利技术属性】
技术研发人员：王承祥，张开元，杨松江，王樱华，曹宝华，王小聪，
申请(专利权)人：南京捷希科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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