[发明专利]浅海水声信道模型建立及其计算方法

说明书

本发明公开了一种浅海水声信道模型建立及其计算方法，主要包括以下步骤：步骤一：提出与实际情况符合的几何模型，步骤二：提出供数学分析的参考模型，推导出衰落信道参考模型的时变信道冲激响应，进而推导了离开角和到达角的概率密度函数以及UWA信道模型传播时间以及频率延迟的表达式，步骤三：根据参考模型建立用于实验仿真的SOC随机信道仿真模型，并提出等区域散射方法用于参数化信道仿真模型，步骤四：利用传统的Lp标准方法参数化仿真信道模型，并将两种方法性能进行比较，步骤五：理论结果与分析。本发明的一种浅海水声信道模型建立及其计算方法，采用MESS参数化方法，在参数计算方面相对简单，能够得到函数闭合解析式，并且与传统的Lp方法相比较，在数值精确度方面也是准确高效的。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及浅海水声信道模型建立及其计算方法。

背景技术

上个世纪，海洋水下随机通信(underwater-acoustic,UWA)系统主要用于军事领域，进入到本世纪，UWA通信网络由于其在海洋探索，污染监控，沿海石油勘探以及水下机器人操纵等方面的应用得到众多领域的研究，而设计UWA通信系统，信道模型是不可或缺的。研究人员针对仿真UWA信道已经进行了大量的研究，这些研究通常是基于在某些实际场景中测量获得的数据。部分研究人员认为UWA的包络呈莱斯分布,其他则认为这类包络服从瑞利分布。除此之外，近期有文献考虑了对数正态的信道包络分布，并分析了信道的多输入多输出通信收集到的数据的限制，假设在接收端能够接收到完整的的信道状态信息。有研究人员推导了UWA信道的正交频分复用的信道容量，并将其作为计算发送端和接收端之间距离的函数。在信道模型中，散射体的分布决定了离开角(angle-of-departure,AOD)和到达角(angle-of-arrival,AOA)的统计特性，因此对模型的建立至关重要。最近，一些研究针对UWA通信系统设计出了MIMO信道模型。例如，有研究人员提出了一个针对宽带移动设备之间的UWA信道模型，假设AOA和AOD服从正态分布，另一方面，假设AOA在区间(0,2π]内服从均匀分布的各向同性的散射情况也得到了研究。现有的UWA模型在参数计算方面工作量太大，并且最后不能得到时间频率相关函数闭合的解析式，难以将仿真模式与参考模型进行数值的比较。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提出一种参数计算方面相对简单，能够得到函数闭合解析式，并且与计算量较大的传统的Lp方法相比较，在数值精确度方面准确高效的浅海水声信道模型建立及其计算方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种浅海水声信道模型建立及其计算方法，包括以下步骤：

S01，建立浅海水声信道模型，假设在散射体S_i,n都是随机分布在海洋浅水区海面和海底上，其中n代表第n个散射体S_i,n，n＝1、2、3…N_i，其中，i＝1对应海洋浅水区海面，i＝2对应海洋浅水区海底，N₁和N₂分别代表海洋浅水区海面和海底散射体的总个数；发送端Tx距离海面的距离为且距离海底距离为接收端R_x以的速度沿着角度决定的方向匀速运动，距离海面和海底的距离分别为和接收端R_x与发送端T_x在x轴方向上的距离为D，符号β_(i,n)和α_(i,n)分别表示海面以及海底有关的第n条路径的AOD和AOA，符号α₀表示LOS分量的AOA；

S02，计算时变信道冲激响应h(τ’,t)，其计算方法如下，

其中，τ’,t分别代表传播延迟和时间，h₀(τ’,t)代表LOS分量决定的时变信道冲激响应，h₁(τ’,t)和h₂(τ’,t)分别代表海面和海底的散射分量决定的时变信道冲激响应，