[发明专利]高动态卫星信道模拟器

说明书

技术领域：

本发明属于卫星通信领域，具体涉及一种高动态卫星信道模拟器。

背景技术：

在卫星通信系统设计、规划以及收发设备的预研阶段，需要对卫星与地面之间的通信信道特性进行分析和模拟，特别是在卫星处在低轨道运行情况下，卫星和接收机之间的相对速度、相对加速度都特别大，卫星信道具有高动态多普勒频移变换特性。

真实可靠的卫星信道特性需要通过卫星或者航天器进行实测，但这种方式资金消耗巨大、测试系统复杂、费时费力，国内外只有少数例如NASA这样的组织能够承担这样的实测，在设备预研的初期，由于技术上的不成熟和设备的不稳定，通过卫星搭载来进行信道特性分析也是不可行的。

实验室条件下科研人员可以通过对信道特性进行数学建模再用软件进行仿真模拟，良好的数学模型可以模拟卫星通信信道特性，国内外已有不少关于信道模型的研究成果。有三类分析模型被用来描述卫星信道，分别是经验模型、概率分布模型和几何模型。经验模型不能够解释传播过程的物理本质，但可以描述出对重要参数的敏感度；概率分布模型建立了对传播过程的理解，对实际情况做除了简化的假设，几何模型采用几何分析的方法，能预测单个或多个散射源的作用、解释衰落机制，但须将实际结果引申到实际的复杂情况。大多数经典模型都是将经验模型和概率分布模型相结合，形成具有统计接近度的统计模型，经典的统计模型有C.Loo模型、Corazza模型和Lutz模型。

信道仿真模型能够精确的模拟信道特性，但由于计算机运算量过大和没有通用的通信接口，致使单独的计算机无法完成实时信道的模拟。若要完成信道特性的实时仿真，通常采用计算机配合信道模拟器来解决。信道模拟器能够精确、实时、可重复地模拟卫星通信的信道特性，是一种相对成本可控、操作性强的信道模拟方式。目前国内外均有科研机构和公司进行信道模拟器的研发工作。

发明内容：

本发明实现了一种高动态卫星信道模拟器，支持对瑞利信道、莱斯信道、C.Loo信道模型、Corazza信道模型和Lutz信道模型的实时模拟，支持高动态多普勒频偏，支持最大多径数量为16径，支持最大多径延时为10ms、延时步进为10ns，并可完成中频、L波段、X波段的自由切换。

本发明具体技术方案如下：

本发明涉及一种高动态卫星信道模拟器，包括信道参数生成单元、信道模拟单元和射频单元构成。

所述信道参数生成单元由计算机和高动态卫星信道模拟软件组成，卫星信道模拟软件包括用户界面、信道参数生成模块、数据传输模块组成。

用户界面用于配置卫星信道模型、通信频点、轨道参数、终端参数、环境参数，其中卫星信道模型有以下选项瑞利信道、莱斯信道、C.Loo模型、Corazza模型和Lutz模型，通信频点为L波段和X波段任意频点，轨道参数包括轨道半长轴、轨道偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角、真近点角，终端参数包括经度、纬度、运行速度，环境参数包括城市密集区域、郊区较空旷区域、乡村开阔区域。

所述轨道半长轴，为椭圆轨道长轴的一半，它决定了卫星沿轨道飞行一周的时间；轨道偏心率，为轨道半焦距与半长轴之比；轨道倾角，描述了地球赤道平面与卫星运动平面的夹角；升交点赤经，为升交点与春分点相对地心的角距；近地点幅角，为近地点与升交点相对地心的角距；真近点角，为卫星位置与近地点相对地心的角距。

根据用户界面所提供的轨道参数，信道参数生成模块首先按照开普勒定律计算出卫星在轨道中的运行轨迹，然后根据信道模型、卫星运行轨迹、终端参数和环境参数，计算出信道特性参数，所述信道特性参数包括多普勒频偏、多径数量、多径延时、多径衰落和高斯白噪声信噪比。根据不同的信道模型，多普勒频偏最大为-100kHz到100kHz，多径数量最多为16径，最大多径延时为10ms，最小延时步进为10ns。

数据传输模块，首先把信道特性参数按特定顺序打包成帧，并对成帧后的数据进行CRC循环冗余校验编码，最后通过以太网驱动接口把编码后的数据发送给信道模拟单元。