[发明专利]一种同轴电缆信道模型的构建方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及同轴电缆通信信道，特别涉及一种进行同轴电缆通信研究的同轴电缆信道模型的构建方法。 

背景技术

在当今的信息社会，通过同轴电缆传输信号得到了广泛的应用。因此，它有待于人们对它进行更加深入和全面的了解。同轴电缆由包裹在外护套6内的同轴的两个导体构成，外导体3是一个圆柱形的导体，内导体5是金属线，它们之间填充着绝缘介质4，当有电流在绝缘介质4中渡过时，绝缘介质4中的电场和磁场将发生变化，电场分布1和磁力线2方向和大小都有变化，实际应用中同轴电缆的外导体是接地的,它的结构和场分布如图1和图2 所示。同轴电缆通信质量好、通信容量大，也最不易受干扰，是一种理想高效的接入介质。同轴电缆是家庭已有布线中物理性能最好的一种介质，一直用于传输有线电视视频业务。我国正在建设的下一代广播电视网（Next-Generation Broadcast，NGB）的超宽带接入技术，同轴电缆作为其传输介质，就是一个很好的选择。信道的数学模型是用来表征实际物理信道的特性， 为了从研究同轴电缆信息传输的角度出发，使基于同轴电缆的通信系统的一些基本问题研究比较方便，有必要对同轴电缆的信道建立数学模型。 

经对现有文献检索发现，沈悦，蔡家麟等人在《中国有线电视》发表题目为“缆桥系统有线网络信道模型”的文章建立了一个缆桥信道模型，它的衰减系数计算过于复杂，而且它的衰减系数计算与频率相关，并不能很好的反映同轴电缆信号传输衰减特性，再者这个信道模型没有考虑同轴电缆的热噪声。同轴电缆信道属于有线信道，在现有的有线信道模型中，基于电力线的信道模型比较成熟，其中Haumonte,M.Gaeta等人发表的题目为“A model based cable network simulator:development and experimental verification”的文章以及Man -fred Zimmermann 和 Klaus Dostert发表题目为“A multi-path signal propagation model for the powerline channel in the High Frequency Range”的文章详细的给出了可靠的电力线信道模型。但是同轴电缆的通信环境和电力线的通信环境存在一定的差别，所以不能直接运用电力线的信道模型作为同轴电缆的信道模型建模。为了更好的研究基于同轴电缆的通信特性，需要建立一个同轴电缆的信道模型。 

发明内容

本发明的目的是提供一种同轴电缆的数学模型的建立方法，为同轴电缆通信的研究提供信道模型。根据同轴电缆的信道特点，本发明建立的信道模型考虑了：网络模型的路径数目及其长度、节点分支分配器和用户终端盒的反射系数、路径的传输系数、同轴电缆传输信道的衰减系数、同轴电缆传输过程中的多径延迟和同轴电缆的热噪声。 

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种同轴电缆信道模型的构建方法，该方法建立具有N条信道传输路径载波频率为 的同轴电缆信道的数学模型，包括以下步骤： 

步骤A、确定权重系数；

步骤B、确定衰减系数；

步骤C、确定每条信道的路径长度；

步骤D、计算每条信道的路径的信号延时；

步骤E、计算同轴电缆的热噪声；

步骤F、确定信噪比；

步骤G、根据下式得到同轴电缆信道传输函数的时域中的表达式：

     

根据下式得到同轴电缆信道传输函数的频域中的表达式：

 

其中：其中为路径序号，为载波频率，为步骤A确定的路径的权重系数，为步骤C确定的路径的长度，为步骤B确定的路径衰减系数，为步骤D计算出来的路径的信号延时，为绝缘材料中的电磁波速度;

步骤I、按下式获得整体信道的数据模型：

    

其中：是步骤E中计算的热噪声。

进一步的，上述的一种同轴电缆信道模型的构建方法中：所述的步骤A中是按下式确定权重系数的： 

        

式中：是权重系数，表示路径序号，是路径的反射系数，是路径的传输系数。

所述的步骤B中：所述的衰减系数是通过测量获得的。 

所述的步骤D中：按下式计算每条信道的路径的信号延时： 

        

式中为绝缘材料中的电磁波速度， ,其中为同轴电缆的介电常数。

所述的步骤D中：所述的热噪声为高斯白噪声，其功率同以下公式表示：