[发明专利]一种临近空间毫米波信道幅频响应获取方法

说明书

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种临近空间毫米波信道幅频响应获取方法。本发明提出了一种毫米波信道幅频响应的获取方法，可应用于实际的临近空间毫米波中远距离通信系统中。该模型通过实际数据分析得到大气层中氧气和水蒸气对毫米波的吸收衰减系数，并使用逐线计算法得到50‑70GHz频段信号的整体衰减特性，最终获得不同高度毫米波频段信道的幅频响应。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种临近空间毫米波信道幅频响应获取方法。

背景技术

随着通信的快速发展，人们对通信速率和通信可靠性的要求越来越高，但频谱资源越来越紧张，低频段的频谱十分拥挤，因此，人们将目光投向频段更高的频谱资源。60GHz频段及其附近拥有丰富的频谱资源。相比于低频段无线通信，60GHz频段的无线通信具有速率高、距离短、方向性强、安全性高等特点。

一般称距离地面20～100km的空间区域为临近空间，临近空间的海拔高度，超出了目前绝大多数的地面武器的攻击范围，而且临近空间具有极大的军事开发应用价值，如情报收集、侦查监测和对空对地作战等。并且无线电波受大气影响主要来自大气层0-90km的范围，所以我们只考虑大气层0-90km的范围，分析和研究这个范围无线电波的传播特性意义重大。在0-90km范围内，由于气候的变化和海洋的存在空气里面湿度是不断改变的，这些因素都会影响水蒸气的含量变化，而其他大气组成成分基本不会受到影响。大气对于毫米波来说相当于特殊的过滤器，毫米波在过滤器中会因为氧气分子传播性能、吸收衰减和散射特性，形成氧气吸收谱，这是在其他低频段不具有的。大气中的稀有气体对无线电波的影响和氧气、水的影响差不多，但由于含量稀少，所以可以忽略它们的影响。气压和大气密度都是受万有引力影响，所以随着高度的变化呈现指数规律。

国际上在研究60GHz频段通信时，对60GHz频段在大气中传播特性的研究也是关注的。毫米波信号频段较高波长较短，很容易受到大气环境的影响，比如与氧气分子、水蒸气分子，大气中其他分子气体发生吸收谐振作用。大气中云、雨、甚至是沙尘颗粒都会产生影响。在特别是60GHz频段氧气吸收衰减很大。因此分析60GHz频段在大气中传播特性的情况意义很大。

发明内容

本发明目的在于对临近空间60GHz频段无线通信设计一种获取信道幅频响应的方法以应用到实际的毫米波中远距离通信系统中。本发明提出了一种获得毫米波信道幅频响应的方法。考虑到毫米波在大气中会因为反射、折射、绕射引起衰减，在传播过程中大气中的氧气与水蒸气是毫米波吸收和散射的主要原因，并且毫米波的氧气吸收和水蒸气吸收的衰减程度与大气温度、大气压强、水汽密度等参数和不同的频率都有关系。当气体分子由高能级到低能级发生跃迁时会吸收毫米波的能量，但是气体分子对毫米波的吸收不是连续平稳的吸收，而在某些频率上的衰减突然之间增大，通常在毫米波谱中叫吸收谱线。所以毫米波会形成各种吸收谱，比如氧气吸收谱，水蒸气吸收谱等。因此结合大气环境的各类参数建立一个毫米波通信大气衰减模型来获取临近空间毫米波信道的幅频响应是有必要的。

在60GHz频段，信号传播能量被吸收主要来自于氧气和水蒸气并产生谱线。在海拔h10km时传播特性形成连续的氧吸收带，h10km时吸收谱线主要考虑压力展宽效应的影响。h40km时传播要考虑塞曼分裂的影响，h60km时传播主要考虑多普勒展宽效应。

本发明所提的毫米波信道幅频响应获取方法内容如下：

S1、在临近空间毫米波中远距离通信系统中，首先考虑氧气和水蒸气吸收谱。

S11、氧气吸收谱对毫米波影响最大。在正常温度，气压，氧含量的情况下氧吸收系数

其中f,P,T分别为频率(GHz)，大气压强(mbar)，绝对温度(K)，吸收谱曲线为F′函数：

其中，