[发明专利]一种低轨卫星天地通信信道建模模型及建模方法

说明书

本发明公开了一种低轨卫星天地通信信道建模模型及建模方法,该模型包括多普勒频移及其变化率模块、多径延迟及增益模块、Rician模块、lognormal模块、状态转移控制模块和Gauss白噪声模块。本发明基于马尔科夫链过程可以实现在直射状态、中等阴影状态和深度阴影状态之间进行切换，并同时考虑到传输时延、噪声和大多普勒频偏及其及频偏变化率，既能够描述静止、非静止轨道卫星通信信道特性，又能够描述宽带和窄带通信的情况，能够较为准确地描述低轨卫星移动通信信道的传输特性。

技术领域

本发明属于6G移动通信技术领域，特别是涉及一种低轨卫星天地通信信道建模模型及建模方法。

背景技术

低轨卫星移动通信系统运行轨道低、传输时延小和终端要求低等特点已使其成为卫星通信系统的一个主要发展方向。在低轨卫星移动通信系统中，信号会受多普勒效应、阴影效应、多径效应和传播噪声等因素的影响。所以，在低轨卫星移动通信系统的研发过程中，为了验证系统的可靠性，必须要了解低轨卫星信道对系统信号所产生的影响。所以，为了更好地进行低轨卫星信号传输、提高传输质量，就必须对低轨卫星信道特性有更加深入的了解。

虽然现场实测获得的数据可以准确地反映低轨卫星信道特性，然而，对于租用实际卫星链路进行测试，现场实测往往是针对某一特定环境、卫星仰角和运动方向进行的，不同场景下的实测不仅会消耗巨大的人力、财力和物力，且不能保证相同的测试条件和信道条件，也不能人为地改变信道参数，有时还很难找出问题的症结所在。

针对低轨卫星信道的复杂性和难以预测性，实际中不可能做到对实际信道随时随地的分析，通常采用建立信道模型的方式来模拟实际信道。在众多的方法中，概率分布模型是研究人员通常采用的方法。目前，在国内外研究中常用的描述卫星通信信道衰落特性的概率分布模型有C.Loo模型、Corazza模型和Lutz模型。虽然这三种模型基本都能近似地描述卫星信道的传播特性，但对低轨卫星这种复杂信道不能精确地模拟状态持续时间及其统计特性。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明的目的是提供一种低轨卫星天地通信信道建模模型及建模方法，能够较为准确地描述低轨卫星移动通信信道传输特性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种低轨卫星天地通信信道建模模型，包括多普勒频移及其变化率模块、多径延迟及增益模块、Rician模块、lognormal模块、状态转移控制模块和Gauss白噪声模块，输入信号经多普勒频移及其变化率模块处理后输出信号，输出信号分两路分别输送到多径延迟及增益模块和lognormal模块，多径延迟及增益模块输出信号通过Rician模块处理后输出信号到状态转移控制模块，lognormal模块的输出信号输送到状态转移控制模块，状态转移控制模块对两路信号处理后输出信号到Gauss白噪声模块，Gauss白噪声模块对信号处理后输出信号。

一种低轨卫星天地通信信道建模方法，包括以下步骤：

S1：根据低轨卫星移动通信系统所选频段设置多普勒频偏值f₀、频偏变化率值Δf、多径数L；

S2：输入信号x(t)经过多普勒频移及其变化率模块，输出信号为y₁(t)；

S3：信号y₁(t)一路通过多径延迟及增益模块，输出信号为y₂(t)，另一路通过lognormal模块，输出信号为y₃(t)；

S4：信号y₂(t)通过Rician模块，输出信号为y₄(t)；

S5：根据状态转移控制模块决定输出是y₃(t)、y₄(t)或y₃(t)+y₄(t)，令输出信号为y₅(t)；