[发明专利]多云天气条件下的气象卫星复合信道仿真模型的建立方法

权利要求书

1.多云天气条件下的气象卫星复合信道仿真模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

(一)分析多云天气条件下云层对气象卫星信号的阴影遮蔽效应和多径效应的影响，理论分析并给出接收信号包络概率密度分布函数和误码率上限函数；

(二)根据步骤(一)分析的结果建立气象卫星复合信道仿真模型。

2.根据权利要求1所述的多云天气条件下的气象卫星复合信道仿真模型的建立方法，其特征在于，所述的步骤(一)具体为：

气象卫星地面接收站接收信号包括经云层阴影遮蔽后衰落的直射信号和经云团反射、绕射、折射以及散射形成的一定强度的多径信号，则接收信号可以表示为

式(1)中，z_s·exp(jφ_s)为阴影遮蔽后衰落的直射信号分量，包络z_s的概率密度服从Lognormal分布；w_m·exp(jφ_m)为多径信号分量，包络w_m的概率密度服从Rayleigh分布；相位φ_s、φ_m在[0,2π]上均匀分布；

多云天气时，如果短时间尺度的直射信号分量保持稳定，存在z_s暂时保持不变的情况，接收信号包含稳定的直射信号分量和多径信号分量，则接收信号包络r的概率密度服从Rice分布，即

P(r|z)=rb0exp(-r2+z22b0)·I0(zrb0),r≥0---(2)]]>

式(2)中，b₀为多径信号的平均功率，I₀(·)为零阶修正贝塞尔函数；

长时间尺度的接收信号所包含的直射信号分量受云层阴影遮蔽的影响，直射信号分量包络的概率密度服从Lognormal分布，即

Pz(z)=12πd0·zexp[-(lnz-μ)22d0]---(3)]]>

式(3)中，和μ分别为lnz的标准差和均值；

若考虑长时间尺度的接收信号包含多径信号分量和经阴影遮蔽的直射信号分量，通信信道表现为一种阴影遮蔽效应和多径效应共存的复合效应，则接收信号包络r的概率密度表示为

P(r)=∫0∞P(r,z)dz=∫0∞P(r|z)Pz(z)dz---(4)]]>

将式(2)、式(3)代入式(4)可得

P(r)=r2πd0b0∫0∞1zexp(-(lnz-μ)22d0-r2+z22b0)·I0(zrb0)dz---(5)]]>

当采用QPSK调制方式时，地面接收站点如果采用相干解调方式，则接收信号在AWGN信道中的静态条件误码率为

Pe|r=12erfc(r2N)---(6)]]>

式(6)中，N为噪声功率，erfc(·)为互补误差函数；

式(6)可近似为

Pe|r=12erfc(r2N)≤12exp(-r22N)---(7)]]>

假设信号衰落速率比信号传输速率小，当给定接收信号的概率密度分布函数时，误码率可表示为

Pe=∫0∞Pe|rP(r)dr---(8)]]>

将式(5)、式(6)代入式(8)可得

Pe=r22πd0b0∫0∞∫0∞1zexp(-(lnz-μ)22d0-r2+z22b0)·erfc(r2N)I0(zrb0)dzdr---(9)]]>

根据式(7)，式(9)可表示为

Pe≤r22πd0b0∫0∞∫0∞1zexp(-(lnz-μ)22d0-r2+z22b0)·exp(-r22N)I0(zrb0)dzdr---(10)]]>

将式(10)进一步推导为QPSK调制方式的最简误码率上限表达式，即为

Pe≤12πd0(b0b0·SN+1)∫0∞1zexp(-(lnz-μ)22d0)·exp(-z2·SN2(b0·SN+1))dz---(11)]]>

由式(11)可知，最简误码率上限表达式是归一化信噪比S/N的函数。

3.根据权利要求1所述的多云天气条件下的气象卫星复合信道仿真模型的建立方法，其特征在于，所述的步骤(二)的气象卫星复合信道仿真模型的建立包括如下步骤：

a、将信源经过QPSK调制后作为发射信号s(t-τ)，发射信号经过云层后形成直射信号分量和多径信号分量；

b、发射信号经过Lognormal信道形成阴影遮蔽的直射信号分量；

c、发射信号经过不同的路径形成多径信号分量，路径的衰减系数为k_iexp(jθ_i)，其中i＝1,2…n，0<k_i<1且取值服从正态分布，0<θ_i<2π且取值服从均匀分布；

d、阴影遮蔽的直射信号分量、多径信号分量和信道的加性高斯白噪声相加混合形成接收端的接收信号r(t)；

e、接收信号r(t)经过QPSK解调形成信宿需要的信号源。