[发明专利]一种平流层毫米波基站对地信道建模方法及其建模系统

说明书

本发明公开了一种平流层毫米波基站对地信道建模方法及其建模系统。本方法通过计算基站通信的空间段对地面接收端的用户信道的天气影响，以将空间段的空间天气条件对平流层毫米波信号的影响建模成高斯分布模型；通过计算地面段对用户信道的地面环境影响，以将地面段的地面环境对平流层毫米波信号的影响建模成三状态一阶Markov模型；通过计算基站通信信道模型中的联合影响，以联合天气条件和接收端所处地面环境引起的多径衰落及阴影衰落对信道的影响对信进行建模。本发明能准确模拟出平流层毫米波信号对地通信时的实际传输过程中受到的各类因素的影响，适用于各类天气和环境条件下的建模工作，可为平流层毫米波通信系统仿真工作和实际系统部署提供参考。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域中的一种对地信道建模方法及其对地信道建模系统，具体涉及一种平流层毫米波基站对地信道建模方法及其建模系统。

背景技术

空天地一体化网络是一个由同步卫星中继网络、中低轨卫星网络、平流层高空平台(High Altitude Platforms，HAPs)网络、地面有线/无线移动网络等组成的复杂巨系统。通过多层通信网络的协同，不仅可以实现全球无缝覆盖，也可以为导航、遥感、应急通信、军事通信提供重要保障。平流层通信系统是指利用距地20km～55km的平流层高空平台搭载通信设备进行通信覆盖，它作为空天地一体化网络中的空基节点，兼具地面移动通信系统和卫星通信系统的优点，是整个网络的重要组成部分。Ka波段的频率范围大致是25～40GHz，已经是属于毫米波范畴，与传统广泛使用的低频波段相比，Ka波段有更宽的频谱资源，系统吞吐量更大，频点更高，传输方向性较好，波长短，设备天线尺寸小等诸多优点。如果利用平流层飞艇搭载Ka毫米波基站设备进行对地通信覆盖，可以有效解决当前网络覆盖不均、局部负载过大、部分区域覆盖成本过高等问题，同时在应急通信和军事通信中也有重要作用。

无线信道是无线通信的传输媒介，无线通信很大一部份工作都是在研究如何对抗信道衰落，如果能了解信道的传输特性，就可以采取相应的通信策略，最大程度提高系统的传输效率和质量。当前针对平流层Ka毫米波信道特性的研究工作非常有限，已有工作要么没有考虑空间天气条件对平流层Ka毫米波信号传输的影响，要么将地面环境对平流层Ka毫米波信号的影响建立为单一模型，给出的模型不具有代表性，无法为平流层Ka毫米波通信系统仿真工作和实际系统部署提供支持。

发明内容

为了解决平流层Ka毫米波信号对地通信时存在的干扰，本发明提供一种平流层毫米波基站对地信道建模方法及其建模系统，通过建立平流层毫米波基站对地通信信道模型，从而最大程度的模拟出平流层毫米波信号对地通信时的实际传输过程，因而能准确模拟出平流层毫米波信号对地通信时的实际传输过程中受到的各类因素的影响，适用于各类天气条件和环境条件下的建模工作，可为平流层毫米波通信系统仿真工作和实际系统部署提供参考。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：一种平流层毫米波基站对地信道建模方法，其包括以下步骤：

步骤一，通过计算平流层毫米波基站通信的空间段对地面接收端的用户信道的天气影响c_w(t)，以将空间段的空间天气条件对平流层毫米波信号的影响建模成高斯分布模型：

其中，通过计算不同天气对平流层毫米波基站的平流层毫米波信号的幅度和相位影响，来获取c_w(t)；

步骤二，通过计算平流层毫米波基站通信的地面段对地面接收端的用户信道的地面环境影响c_β(t)，以将地面段的地面环境对平流层毫米波信号的影响建模成三状态一阶Markov模型：

其中，通过计算所述平流层毫米波信号在经历空间传输后、到达地面接收端周围时，受所述接收端所处环境的影响，来获取c_β(t)；

步骤三，通过计算平流层毫米波基站通信信道模型中的联合影响c_total(r)，以联合平流层空间天气条件和接收端所处地面环境引起的多径衰落及阴影衰落对信道的影响对信进行建模：