[发明专利]一种基于实测数据与射线追踪的地空信道建模方法及装置

说明书

本发明涉及地空信道建模技术领域，公开了一种基于实测数据与射线追踪的地空信道建模方法及装置。该建模方法是，将信号产生装置与信号接收装置在信号产生装置30MHz~1000MHz工作频段内，选择单载波信号作为测量信号通过发射天线辐射出去；每变换一次位置采集存储一组数据，并对测量数据进行处理；建立地空场景下的无线信道传播模型，包括多径数、相对时延、相对幅度、多径衰落分布类型和无线信道仿真模型；本发明能够采集地空传播链路的真实信号、分析衰落的信号，得到衰落信号的多径信息，将实测数据与仿真结果相结合建立了地空传播链路无线信道模型：进行建模仿真，通过多次的迭代及改进实现了对传播场景的精确建模。

技术领域

本发明涉及地空信道建模技术领域，尤其涉及一种基于实测数据与射线追踪的地空信道建模方法及装置。

背景技术

无线信号在传播过程中，会有建筑物，山地，树木等障碍物干扰信号的传播，此时就会经过各种复杂的传播路径，如直射、反射、绕射、散射路径以及一些随机组合，因此会出现多径效应，从而使得信号产生衰落。信号衰落在无线信道中经常发生，对于数字传输来说，衰落增加了比特误码率。这种衰落现象严重恶化了接收信号的质量，从而影响通信可靠性。无线信号到达接收端的过程中，一方面是固有的传输损耗，另一方面的信号衰减则是因为碰到了建筑物以及凹凸不平的地形等。此外，当移动台处于运动状态，或者环境有差异时，信号的不规则变化就会出现。与其他通信信道相比，无线信道最显著的特征便是复杂多变的电波传播环境和多径衰落，即无线信道具有复杂性和时变性。

无线电波的射线追踪主要用于无线电波的覆盖预测以及无线信道建模，利用射线模拟电磁波的传播来确定直射、反射、折射和绕射路径等。目前学术和工业界对无线电的射线追踪法研究主要涉及传播环境的数字化方法，各种高效算法的实现，以及应用射线追踪进行电波传播过程的重构以及信道特征参数如传播路径损耗、时延等精确预测。基于射线追踪可以计算出无线电波经过空间的多径时延、相对幅度等时延功率谱信息，但是无法获得多径的衰落分布信息。传统的基于测量的方法，所获取的数据是多径叠加合成的结果，可得到衰落信号的包络分布情况，无法分离多径信息。

发明内容

为了准确的模拟地空链路无线电波传播过程，本发明提供了一种基于实测数据与射线追踪的地空信道建模方法及装置，利用该方法可实现对该场景下无线信道参数：多径数、相对时延、相对幅度、幅度分布类型的精确建模，从而实现对复杂多变的电波传播环境的建模。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于实测数据与射线追踪的地空信道建模方法，其步骤如下：

步骤1：将信号产生装置与信号接收装置分别连接发射天线、接收天线，并将信号产生装置及发射天线放置于建筑物楼顶或山顶上，将信号接收装置及接收天线放置于地面上，测量的场景是城市、乡村或郊区，发射天线的海拔高度应高于接收天线的海拔高度，使收发天线之间形成仰角，模拟地空通信链路的传播过程；发射天线与接收天线之间的距离应保证接收信号的强度大于信号接收装置的接收灵敏度；

步骤2：在信号产生装置30MHz～1000MHz工作频段内，选择单载波信号作为测量信号通过发射天线辐射出去；

步骤3：信号接收装置根据信号产生装置的工作参数设置相应的工作参数，接收天线收到同频的信号后进行采集存储；要增加采集信号的随机性，每次测量需要变换接收天线的位置，接收天线的位置在半径为3m的圆上变换，接收天线位置变换次数大于10次，每变换一次位置采集存储一组数据，每组数据的采集时间大于3s，并对测量数据进行处理；

步骤4：构建仿真区域的数字地图，包括地形地物、高程、电参数信息，实现收发链路传播场景的数字化重构，利用射线追踪技术对发射位置与接收位置之间的电波传播场景进行仿真，并对仿真输出结果进行的聚合成簇处理，得到无线信道多径信息的多径数、相对时延、相对幅度，并进行处理；