[发明专利]一种基于修正电离层信道模型进行信道对等性研究的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种基于修正电离层信道模型进行信道对等性研究的方法，属于信息技术领域。

(二)背景技术

2.1信道对等性的概念

虽然，人们对信道的研究已经经历了近半个世纪，但是对本发明提出的信道对等性的研究却很少涉及过。

电离层的对等性是指，处于异地的通信双方在同一时间进行互发互收的短波通信时，双方接收到的信息在理论上应该是一样的，那么我们便称双方信号所经过的电离层信道是对等的。

从上述概念可知，如果双方通信能够绝对的同时进行，那么双方信号所通过的电离层信道肯定是实时的对等。这个结论通过互易性原理很容易理解，而且几乎是勿需论证的。但是，在实际的工程中，很难做到同时进行的互发互收，即使可以达到一定的精度，那也必须付出相当的财力代价。因此，本发明所讨论的信道对等性是指：通信双方在一定的时间间隔内(比如：一分钟)轮换收发，他们所接收到的信息是否对等；为了使双方获得一样的信息，时间间隔应限定在怎样的范围内。这是本发明的研究方法所围绕的的核心问题。

2.2信道对等性研究涉及的技术

研究信道对等性必须首先建立适合目前短波通信要求的信道模型。建立信道模型的技术已经发展了几十年，然而，既适合窄带又适合宽带通信的信道模型非常少。其中，由美国电信科学协会(ITS)提出的宽带模型即ITS模型，是美国海军研究实验室(NRL)和ITS经过长期的研究和电离层平静期的信道实测而得出的抽象数学模型。它从功率延迟分布、多普勒频移和多普勒扩展三个主要的方面完成了对信道的统计性建模，而且从实测来看，这个模型很好的体现了信道的本来特征，跟其他模型相比更加准确。因此，ITS模型是自前发展最为完善，最权威的宽带信道模型。

但是，直接依照ITS模型建立的计算机仿真模型还不能完全适用于信道对等性的研究要求。其存在的问题如下：

1.ITS模型仿真具有多径传输结构的信道时，需要输入大量的参数。其中，每条反射路径的输入参数需求如下：

D：发射机和接收机之间的大圆距离

f_p：电离层反射层的穿透频率

h₀：电离层反射层最大电子密度处的高度

σ：电离层反射层的半厚度

f_c：发射系统的中心频率

A：接收信号的功率峰值

σ_τ：时延扩展

σ_c：部分时延扩展(峰值处的时延与最小时延的差)

σ_D：接收信号在延时τ＝τ_c时多普勒扩展的0.5倍。

f_s：τ＝τ_c处对应得Doppler频移

f_sL：τ＝τ_L处对应的Doppler频移

可见如果要仿真的信道存在N条多径，那么使用ITS模型仿真时至少需要输入11×N个参数(还有一些计算需要设置的参数没有包括在内)。

虽然，时延扩展、多普勒扩展及电离层参数(f_p、h₀、σ)都可以由实测获得或者由实践总结的经验获得。但是，在研究问题的过程中，不能每做一次仿真即进行一次实测，这样不仅不符合实际情况，而且也会失去仿真计算的意义。

2.在ITS模型中，多径延迟(τ_c＝σ_τ-σ_c)是由输入参数间接得到。它在信道计算过程中是一个常量而不是变量，与电离层信道的变化无关。因此，多径延迟无法体现信道的时变性。

综上所述，为了使信道仿真模型能够适用于本发明中的课题研究，还需要针对上述两大问题在ITS模型的基础上进行改进。

(三)发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种基于修正电离层信道模型进行信道对等性研究的方法，该方法克服了现有技术的不足，它首次提出了对随机时变电离层信道的对等性的研究，并基于信道模型，通过仿真计算预测电离层信道的对等性。

当电磁信号通过电离层传播时，信号中会带有电离层的自然信息，这种随机的、来自自然随机源的参数在接收信号中以电磁特征参数的形式呈现。当电离层信道具有对等性时，互相通信的双方即可获取对等且随机的电磁参数。这些具有随机性和对等性的参数在秘密通信领域可以发挥巨大的作用。一旦成功获取，将成为该领域的重大进步。

2、技术方案：为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：