2009年第01期，第42卷 通 信 技 术 Vol.42，No.01,2009 总第205期Communications Technology No.205,Totally 宽带移动卫星通信信道模型研究 雍明远①， 梁 俊②，袁小刚② （①空军驻西北地区军事代表室，陕西 西安 710043；②空军工程大学 电讯工程学院，陕西 西安 710077） 【摘 要】从多径衰落、阴影效应和多普勒效应三个方面研究宽带移动卫星通信信道的频率色散特性和多普勒功率谱非对称特性。基于WSSUS模型提出宽带移动卫星通信信道的统计模型。采用蒙特卡洛仿真方法对农村地区和城市地区两种信道的冲激响应和误码率特性进行仿真。仿真结果表明该信道模型能够真实反映宽带移动卫星通信信道的特性，对卫星通信系统关键技术设计具有参考价值。 【关键词】宽带；卫星通信；广义平稳非相关散射；信道模型 【中图分类号】TN927【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2009)01-0065-03 Study on Simulation Model for Wideband Satellite Mobile Communications Channels YONG Ming-yuan①， LIANG Jun②， YUAN Xiao-gang② (①Army Representation Office of Air Force in Northwest Area, Xi’an Shaanxi 710043, China； ②The Telecommunication Engineering Institute, Air Force Engineering University, Xi’an Shaanxi 710077, China) 【Abstract】In the paper, the fading characteristics of the frequency-dispersion and dissymmetry of Doppler frequency shifts of the wideband satellite mobile communications are studied. The model for wideband satellite mobile communications channels is proposed considering the multi-path and Doppler frequency shifts. Finally, two channels of country and urban area are simulated using Monte Carlo method. The model provides a theoretic suggestion for design of the wideband satellite mobile communications systems. 【Key words】wideband；satellite communications；WSSUS；channel model 0 引言 卫星移动信道同时具有卫星信道和移动信道的特征，存在着多径效应、阴影效应、多普勒频移和电离层闪烁等严重影响着数字信号传输可靠性的因素。窄带卫星移动通信信道的研究较早，提出了Loo模型、Corazza-Vatalaro模型和扩展Suzuki模型等多种比较符合实际的成熟信道模型。目前，由于实现全球漫游和宽带业务传输等需求，宽带移动卫星通信的发展很快，因而对于宽带卫星移动信道的研究也一步步展开。而在军用方面，如美军用于传输机载传感器所获取的实时高速数据、图像信号的通用数据链，其低轨道卫星通信的传输速率将分别达到137.08 Mb/s和274.17 Mb/s[1]。通信信道是通信系统设计的一个关键技术问题，因此对宽带卫星移动信道的研究很有意义。Bello提出的小尺度衰落信道WSSUS（广义静态非相关散射）模型，较好地描述了宽带信道的频率色散特性。文中基于WSSUS信道，研究非对称多普功率谱下，增加直射分量的宽带移动卫星通信信道模型。 1 移动卫星通信信道的传输特性 1.1 多径衰落 无线环境中始终存在反射和散射物体，使得信道处于一种不停地变化环境中，从而影响信号的幅度、相位、时延以及到达天线时的入射角度，造成接收到的合成信号起伏很大，这就是多径衰落，它是一种快衰落。在多径传播条件下，接收信号会产生时延扩展，时延扩展值的大小将决定信号的衰落是否具有频率选择性。在窄带卫星移动通信中，此时的衰落为平坦衰落，基带码元速率较低、信号带宽远小于信道相关带宽，信号通过信道传输后各频率分量的变化具有一致性。但在宽带移动卫星通信中，收发端的基带码元速率较高， 收稿日期：2008-06-26。 基金项目：国家自然科学基金（60671001）。 作者简介：雍明远（1963-），男，高级工程师，主要从事无线通信研究工作；梁 俊（1962-），男，教授，硕士研究生导师，主要从事微波通信和卫星通信研究工作；袁小刚（1980-），男，博士生，主要从事卫星通信研究工作。 65
多元线性回归模型 一、单项选择题 1.在由30n =的一组样本估计的、包含3个解释变量的线性回归模型中，计算得多重决定 系数为，则调整后的多重决定系数为（ D ） A. B. C. 下列样本模型中，哪一个模型通常是无效 的（B ） A. i C （消费）=500+i I （收入） B. d i Q （商品需求）=10+i I （收入）+i P （价格） C. s i Q （商品供给）=20+i P （价格） D. i Y （产出量）=0.6i L （劳动）0.4i K （资本） 3.用一组有30个观测值的样本估计模型01122t t t t y b b x b x u =+++后，在的显著性水平上对 1b 的显著性作t 检验，则1b 显著地不等于零的条件是其统计量t 大于等于（ C ） A. )30(05.0t B. )28(025.0t C. )27(025.0t D. )28,1(025.0F 4.模型 t t t u x b b y ++=ln ln ln 10中，1b 的实际含义是（ B ） A.x 关于y 的弹性 B. y 关于x 的弹性 C. x 关于y 的边际倾向 D. y 关于x 的边际倾向 5、在多元线性回归模型中，若某个解释变量对其余解释变量的判定系数接近于１，则表明 模型中存在（ C ） A.异方差性 B.序列相关 C.多重共线性 D.高拟合优度 6.线性回归模型01122......t t t k kt t y b b x b x b x u =+++++ 中，检验0:0(0,1,2,...) t H b i k ==时，所用的统计量 服从( C ) (n-k+1) (n-k-2) (n-k-1) (n-k+2) 7. 调整的判定系数 与多重判定系数 之间有如下关系( D ) A.2 211n R R n k -=-- B. 22111 n R R n k -=--- C. 2211(1)1n R R n k -=-+-- D. 2211(1)1n R R n k -=---- 8．关于经济计量模型进行预测出现误差的原因，正确的说法是（ C ）。 A.只有随机因素 B.只有系统因素 C.既有随机因素，又有系统因素 、B 、C 都不对 9．在多元线性回归模型中对样本容量的基本要求是(k 为解释变量个数)：（ C ） A n ≥k+1 B n 收稿日期:2003-09-10 基金项目:国家自然科学基金资助项目/个人移动卫星通信电波传播特性研究0(60172006) 作者简介:1.符世钢(1979-),男,云南安宁人,云南大学信息学院通信与信息系统专业在读硕士研究生,主要从事 移动通信关键技术研究; 2.任友俊(1973-),男,云南宣威人,曲靖师范学院计科系讲师、工学硕士,主要从事网络通信及其编程研究; 3.申东娅(1965-),女,云南昆明人,云南大学信息学院副教授,主要从事移动通信研究. 卫星移动通信信道特性分析 符世钢1,任友俊2,申东娅3 (1.3.云南大学信息学院,云南昆明 650091;2.曲靖师范学院计科系,云南曲靖 655000) 摘 要:卫星移动通信作为地面移动通信的补充,是实现全球个人通信的必不可少的手段之一,同时也是目前发展最迅速的通信技术之一.卫星移动通信具有卫星固定业务和移动通信双重特点,其电波传输距离远,经历的环境特殊,导致其信道特性远比地面系统复杂.因此,研究其信道特性是设计出高效实用的通信系统的关键环节.本文对其信道特性进行了具体深入的分析,并对某些衰减因素的解决措施作了简要探讨. 关键词:卫星移动通信;信道特性;传输损耗;多普勒频移 中图分类号:TN927+123 文献标识码:A 文章编号:1009-8879(2003)06-0071-04 卫星移动通信是指利用卫星实现移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信.近年来地面蜂窝移动通信系统得到了飞速发展,但是它的覆盖范围有限,仅能为人口集中的城市及其附近地区提供服务.为了获得全球范围的无缝覆盖,实现名符其实的全球个人通信,不得不引入卫星移动通信来作为地面移动通信的补充.卫星移动通信具有覆盖面积大、业务范围广、适用于各种地理条件等优点,在过去二三十年中发展十分迅速,成为极具竞争力的通信手段之一. 与地面移动通信系统不同,卫星移动通信系统的电波传播要经过漫长的距离,其间要受到多种因素的干扰.这大大增加了接收信号的波动性,成为保证通信质量的最大障碍.为此,研究信道特性成为设计通信系统的首要任务.本文将对其进行具体分析. 1 传输损耗 卫星移动通信中电波传播要经过对流层(含云层和雨层)、平流层直至外层空间,传输损耗大致为自由空间传输损耗与大气损耗之和.111 自由空间传输损耗 在整个卫星无线路径中自由空间(近于真空 状态)占了绝大部分,因此,首先考虑自由空间传播损耗.卫星移动通信系统无线链路与大尺度无线电波传播模型类似,在自由空间模型中,接收功率的衰减为T-R 距离的幂函数[1] .当发射和接收天线均具有单位增益时,自由空间路径损耗为:L f =10lg( 4P K d )2=20lg(4P 3@108 d f )(db)(1)当d 取km 、f 取GHz 为单位时,可简化为下式: L f =92145+20lgd +10lg f (db) (2) 112 大气层损耗 大气层在卫星无线路径中所占比例不大,但却是最不稳定的区域,其损耗是卫星移动通信最具特色的信道特征之一.伴随着天气的变化,降雨、降雪、云、雾等都不可避免地对穿透其中的电波产生损耗,个别极恶劣的天气甚至会造成通信信号的中断.由于各种客观条件的限制,目前对其损耗只能通过实际观测积累数据并由此总结出一些经验公式. 在各种天气引起的损耗因素中,降雨损耗所占的比例最大且具有代表性.在雨中传播的电波会受到雨滴的吸收和散射影响而产生衰落.此时引入降雨衰减系数的概念,即由降雨雨滴引起的每单位路径上的衰减R ,R 如下式所示: 第22卷 第6期 2003年11月 曲 靖 师 范 学 院 学 报 JOURNAL OF QUJING TEACHERS COLLE GE Vol.22 No.6Nov.2003 二、多元线性回归模型 在多要素的地理环境系统中,多个(多于两个)要素之间也存在着相互影响、相互关联的情况。因此,多元地理回归模型更带有普遍性的意义。 （一）多元线性回归模型的建立 假设某一因变量y 受k 个自变量k x x x ,...,,21的影响,其n 组观测值为(ka a a a x x x y ,...,,,21),n a ,...,2,1=。那么,多元线性回归模型的结构形式为: a ka k a a a x x x y εββββ+++++=...22110(3、2、11) 式中: k βββ,...,1,0为待定参数; a ε为随机变量。 如果k b b b ,...,,10分别为k ββββ...,,,210的拟合值,则回归方程为 ?=k k x b x b x b b ++++...22110(3、2、12) 式中: 0b 为常数; k b b b ,...,,21称为偏回归系数。 偏回归系数i b (k i ,...,2,1=)的意义就是,当其她自变量j x (i j ≠)都固定时,自变量i x 每变化一个单位而使因变量y 平均改变的数值。 根据最小二乘法原理,i β(k i ,...,2,1,0=)的估计值i b (k i ,...,2,1,0=)应该使 ()[]min (2) 1 2211012 →++++-=??? ??-=∑∑==∧ n a ka k a a a n a a a x b x b x b b y y y Q (3、2、13) 有求极值的必要条件得 ???????==??? ??--=??=??? ??--=??∑∑=∧=∧n a ja a a j n a a a k j x y y b Q y y b Q 110) ,...,2,1(0202(3、2、14) 将方程组(3、2、14)式展开整理后得: 综合课程设计 卫星通信信道链路参数计算与模拟 姓名： 学号： 一、课程设计内容及基本参数 1、 设计目的 近年来互联网和移动通信飞速发展，使得网络终端用户数量不断扩大、新业务不断增加，这对通信技术的发展提出了新的挑战。卫星通信系统以其全球覆盖性、固定的广播能力、按需灵活分配带宽以及支持移动终端等优点，逐渐成为一种向全球用户提供互联网络和移动通信网络服务的补充方案。 本学期我们学习了《微波与卫星通信技术》这门课程，对于卫星通信技术有了基本的了解。本课程设计基于已学的的基本理论，对卫星通信信道链路参数进行计算和模拟，从而掌握卫星通信信道链路参数计算的基本方法，了解影响卫星通信信道性能的因素。同时熟悉Matlab 编程仿真过程，利于今后的学习和研究。 2、 基本参数列表 表1 根据学号得到的系统参数3、 涉及公式 1） ITU 法计算雨衰值： ),()(βα p p R L R K A =(dB) (1) 其中，p R 为降雨率，单位为mm/h ，β为仰角，可以通过以下经验公式获得 0779.041.1-?=f α (255.0≤≤f ) (2) 42 .251021.4f K ??=- (549.0≤≤f ) (3) 上式中频率f 的计算单位为GHz 。 雨衰距离： 14766.03]sin )108.1232.0(1041.7[),(---?-+?=ββp p p R R R L (km) (4) 2)ITU 法计算氧、水蒸气分子吸收损耗值： 氧分子损耗率，对于57GHZ 以下的频段，可以按下式近似计算 3230226.09 4.81[7.1910]100.227(57) 1.50 f f f γ--=?++??+-+(dB/km) (5) 对流层氧气的等效高度0h 和水蒸气的等效高度可分别按如下公式确定： 06(57)h km f GHz =< 因此，对于氧分子的吸收损耗为： 002h R O γ= (dB) (6) 水蒸气分子损耗率与频率和水蒸气密度 )/(3m g p w 有关，对于350GHz 以下频段，都可以用下式计算（dB/km)： 242223.610.68.9[0.050.0021]10(22.7)8.5(183.3)9.0(325.4)26.3 w w w p f p f f f γ-=++++???-+-+-+ (7) 对流层水蒸气等效高度w h 可按如下公式确定： ]4 )4.325(5.26)3.183(0.55)2.22(0.31[2220+-++-++-+=f f f h h w w (km) (350f GHz <) (8) 其中，0w h 取2.1km 。 同样，对于水蒸气分子的吸收损耗为： w w O H h R γ=2 (dB) (9) 3)给出经纬度，计算卫星于地面距离及仰角β; 同步卫星的经度s θ，地心角θ定义为从地心点看卫星与卫星终端之间的夹角，卫星终端所在地的经度和纬度（L L φθ,）,卫星距地球中心的距离近似为42164.2r km =,地球的平均赤道半径为6378.155e R km =。 )cos(cos cos S L L θθφθ-= (10) θcos 222r R r R d e e -+= (11) 如图1所示，A 为卫星，B 为地心，C 为地球站，仰角为地球站与卫星连线与水平 C 城市环境下低轨道卫星信道模型及Rake接收 摘要: 对城市环境城市环境下低轨道卫星低轨道卫星的信道进行了研究和建模，并对城市环境下低轨卫星地面终端采用Rake接收的性能进行了研究。关键词：低轨道卫星; CDMA; Rake; 多径多径衰落 低轨道卫星信道高度低，重量轻，研发周期短，研发成本低，组成星座系统可以实现全球任何人、任何时间、任何地点的通信，因此，低轨道卫星移动通信系统近年来已成为全球卫星通信领域的研究热点。然而，由于低轨道卫星存在较大的多普勒频移，在复杂的地面接收环境下，卫星信号会受到建筑物和树木遮挡，其信道又具有时变和衰落的特性，尤其在城市环境下，终端所接收到的信号常常没有直视分量，进入接收机的主要是多径信号。为了在如此恶劣的信道环境下实现有效的通信，采用扩频通信体制是一种可以有效抵抗衰落和干扰的方法，全球星(GlobalStar)、铱星等卫星系统的成功充分证实了这一点。在复杂的地形环境下，由于电波在传播时会遇到各种物体的反射、散射、绕射等作用，到达接收天线的信号是由幅度和相位各不相同的路径分量组成的，此时的合成信号起伏很大，称为多径衰落信号。因此对城市环境下低轨卫星信道特性进行研究和建模，是低轨卫星通信系统设计中必须考虑的重要方面。在扩频通信体制下，克服这种多径衰落的有效办法是采用Rake接收机对多径信号进行分集接收，并根据每条多径信号的信噪比按相应的权重合并起来，获得分集增益，以对抗多径衰落的影响。本文讨论了城市环境下低轨道卫星信道的特点并给出了信道模型，对Rake接收技术和性能进行了分析和仿真。1 低轨道卫星移动通信信道特性对于低轨道卫星信道特性和建模的研究，必须建立在大量的实验数据基础上，美国、日本和欧洲已对卫星信道进行了大规模测量，取得了卫星移动信道下信号传播的实际数据，为卫星通信系统的建立和运营打下了基础。目前，国内外常用的研究低轨道卫星移动通信信道特性的模型有：C.LOO模型、Corazza模型和Lutz模型三种概率分布模型。此三种模型把低轨卫星信道信号所受到的衰落分为三种：莱斯衰落、瑞利衰落和对数正态高斯衰落。在低轨道卫星移动通信系统中，卫星地面通信接收终端所处的环境较为复杂，对于不同的接收环境，低轨道卫星移动通信信道各有不同的特点。根据卫星地面终端所处的环境，将低轨道卫星移动传输环境分为三类：(1) 开阔地地区：接收信号由直视信号分量和反射多径信号分量(由镜反射和漫反射造成)组成，且直视信号不受遮蔽和阻挡，此时的接收信号包络服从莱斯分布；(2) 农村和城郊地区：接收信号存在直视分量，且直视信号被部分阻挡，存在阴影遮蔽效应，此时，受阴影遮蔽效应影响的直视信号包络服从对数正态高斯分布；(3) 城市地区：分为“好状态”和“坏状态”。“好状态”时，用户相对卫星的仰角较高，接收信号存在直视信号分量，并且直视信号不被遮挡，属于莱斯衰落信道衰落信道；“坏状态”时，用户相对卫星的仰角较低，直视信号被完全阻挡，接收信号不存在直视信号分量，此时的接收信号只有多径信号分量组成，属于瑞利衰落信道。下面重点对城市环境下的低轨道卫星信道做建模分析：① “好状态”情况:在“好状态”情况下，地面接收信号存在直视信号分量，图1给出了城市环境“好状态”情况下低轨卫星地面终端接收情景模型[1]。 ，在“好状态”时，卫星到地面接收机的信号由直视分量和反射分量组成。直视路径和反射路径的路径差Δr=rd+rS-rLOS,其中，rd=r′+r′′，因此，反射信号相对直视信号的延时为：Δt=c·Δr，其中c为光速，利用下列公式：以及等式γ-ε+α=0和r′′=rLOS·cos(γ)可以得到下式：由于γ很小，反射源靠近接收机，并且接收机和反射源之间的距离可近似为：rS=h/sin(α)≈h/sin(ε)，则接收机端接收到的可解析路径数可由主径和次径时间差除以码片码片周期Tc求得，即：将Δr代入(6)式，则 多元线性回归模型公式 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】 二、多元线性回归模型 在多要素的地理环境系统中，多个（多于两个）要素之间也存在着相互影响、相互关联的情况。因此，多元地理回归模型更带有普遍性的意义。 （一）多元线性回归模型的建立 假设某一因变量y 受k 个自变量k x x x ,...,,21的影响，其n 组观测值为 （ka a a a x x x y ,...,,,21），n a ,...,2,1=。那么，多元线性回归模型的结构形式为： a ka k a a a x x x y εββββ+++++=...22110（） 式中： k βββ,...,1,0为待定参数； a ε为随机变量。 如果k b b b ,...,,10分别为k ββββ...,,,210的拟合值，则回归方程为 ?=k k x b x b x b b ++++...22110（） 式中： 0b 为常数； k b b b ,...,,21称为偏回归系数。 偏回归系数i b （k i ,...,2,1=）的意义是，当其他自变量j x （i j ≠）都固定时，自变量i x 每变化一个单位而使因变量y 平均改变的数值。 根据最小二乘法原理，i β（k i ,...,2,1,0=）的估计值i b （k i ,...,2,1,0=）应该使 ()[]min ...212211012→++++-=??? ??-=∑∑==∧n a ka k a a a n a a a x b x b x b b y y y Q （） 有求极值的必要条件得 ???????==??? ??--=??=??? ??--=??∑∑=∧=∧n a ja a a j n a a a k j x y y b Q y y b Q 110),...,2,1(0202（） 将方程组（）式展开整理后得： ?????????????=++++=++++=++++=++++∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑===================n a a ka k n a ka n a ka a n a ka a n a ka n a a a k n a ka a n a a n a a a n a a n a a a k n a ka a n a a a n a a n a a n a a k n a ka n a a n a a y x b x b x x b x x b x y x b x x b x b x x b x y x b x x b x x b x b x y b x b x b x nb 11221211101 121221221121012111121211121011112121110)(...)()()(...)(...)()()()(...)()()()(...)()( （） 方程组（）式，被称为正规方程组。 如果引入一下向量和矩阵： 则正规方程组（）式可以进一步写成矩阵形式 B Ab =（3.2.15’） 第5章 信道及信道容量 教学内容包括：信道模型及信道分类、单符号离散信道、多符号离散信道、多用户信道及连续信道 5．1信道模型及信道分类 教学内容： 1、一般信道的数学模型 2、信道的分类 3、信道容量的定义 1、 一般信道的数学模型 影响信道传输的因素：噪声、干扰。 噪声、干扰：非函数表述、随机性、统计依赖。 信道的全部特性：输入信号、输出信号，以及它们之间的依赖关系。 信道的一般数学模型： 2、 信道的分类 输出随机信号 输入、输出随机变量个数 输入和输出的个数 信道上有无干扰 有无记忆特性 3、信道容量的定义 衡量一个信息传递系统的好坏，有两个主要指标： 图5.1.1 一般信道的数学模型 离散信道、连续信道、半离散或半连续信道 单符号信道和多符号信道 有干扰信道和无干扰信道 有记忆信道和无记忆信道 单用户信道和多用户信道 速度指标 质量指标 速度指标：信息（传输）率R ，即信道中平均每个符号传递的信息量； 质量指标：平均差错率e P ，即对信道输出符号进行译码的平均错误概率； 目标：速度快、错误少，即R 尽量大而e P 尽量小。 信道容量：信息率R 能大到什么程度； )/()()/()();(X Y H Y H Y X H X H Y X I R -=-== 若信道平均传送一个符号所需时间为t 秒，则 ) ;(1 Y X I t R t =（bit/s ） 称t R 为信息（传输）速率。 分析： 对于给定的信道，总存在一个信源（其概率分布为* )(X P ），会使信道的信息率R 达到 最大。 （);(Y X I 是输入概率)(X P 的上凸函数，这意味着);(Y X I 关于)(X P 存在最大值） 每个给定的信道都存在一个最大的信息率，这个最大的信息率定义为该信道的信道容量，记为C ，即 ) ;(max max Y X I R C X X P P ==bit/符号 （5.1.3） 信道容量也可以定义为信道的最大的信息速率，记为 t C ?? ? ???==);(1max max Y X I t R C X X P t P t （bit /s ） （5.1.4） 解释： (1)信道容量C 是信道信息率R 的上限，定量描述了信道（信息的）最大通过能力； (2)使得给定信道的);(Y X I 达到最大值（即信道容量C ）的输入分布，称为最佳输入（概率）分布，记为* )(X P ； (3)信道的);(Y X I 与输入概率分布)(X P 和转移概率分布)/(X Y P 两者有关，但信道容量 C 是信道的固有参数，只与信道转移概率)/(X Y P 有关。 4、意义： 研究信道，其核心问题就是求信道容量和最佳输入分布。根据定义，求信道容量问题就是求平均互信息量);(Y X I 关于输入概率分布)(X P 的最大值问题。一般来说，这是一个很困难的问题，只有对一些特殊信道，如无噪信道等，才能得到解析解，对于一般信道，必须借助于数值算法。 卫星通信信道的建模和测量 一、通信卫星分类 卫星可以分类的方式有很多种，这里只列出常见的分类。 1.1 轨位 卫星可以根据轨道的高度分为以下几种。其中，近地轨道卫星（Land mobile satellite-LMS）为当前研究的热点。因为在高轨位上，卫星信道更加趋近于高斯信道。而在低轨位工作的卫星，由于其运动性，会存在遮挡、时变、多径效应和多普勒效应。 1.LEO (low earth orbit): 160~2000km 2.MEO (medium earth orbit): 2000~36000km 3.HEO (high earth orbit)：>36000km 4.GEO (geostationary orbit)：36000km 1.2 频段 按照卫星工作的频段，一般可以分为以下几类。其中，在卫星信道测量上，要特别考虑高频段所带来的阴影衰落，以及天气状况。工作在ka波段的卫星，雨衰严重。 1.L-band: 0.3~3G 2.S-band: 2-4G 3.C-band: 4~8G 4.X-band: 8~12G 5.Ku-band: 12~18G 6.Ka-band: 27~40G 1.3 服务区域 根据卫星服务的区域不同，又可以把卫星分为以下几类。如果卫星服务的区域在城区，则遮挡会更加严重。而在空旷的郊区，则遮挡会相应变少。另外，最近有些工作是测量热带区域的卫星信道，主要是因为热带区域天气多变，因此，有必要单独考虑。 1.Rural 2.Suburban 3.Urban 4.Tropical area 1.4 极化方式 根据卫星的极化方式不同，又可以把卫星分为多极化和双极化卫星。 1.Single-polarized 2.Dual-polarized 目前，大部分信道建模或者测量都是选择其中的一个子集，作为研究对象。比如，研究近地轨道卫星在Ka波段下城区的信道的测量和建模。就调研的结果来看，现在大部分文献都集中在低轨卫星条件下，研究卫星信道的测量和建模。主要是由于低轨卫星高度低，卫星运动速度快，当最小通信仰角为10°，卫星轨道高度为1300km时，用户看到卫星升起到卫星落下的持续时间在10分钟左右。因此在用户的一次呼叫过程中，用户与卫星之间的仰角变化很快且变化范围大。因而，在研究信道模型时，必须研究通信全仰角下的信道模型。 多数研究都是假设在大部分时间内卫星和移动台之间存在直射分量；由于建筑物和树木等物体的遮蔽，存在阴影效应；由于信号的反射、散射和绕射造成的多径效应；由于卫星和移动台间的相对运动形成的多普勒效应。所以，移动卫星通信信道的特点可以归纳为：时变、多径效应、阴影效应和多普勒效应。 二、多元线性回归模型 在多要素的地理环境系统中，多个（多于两个）要素之间也存在着相互影响、相互关联的情况。因此，多元地理回归模型更带有普遍性的意义。 （一）多元线性回归模型的建立 假设某一因变量 y 受 k 个自变量 x 1, x 2 ,..., x k 的影响，其 n 组观测值为（ y a , x 1 a , x 2 a ,..., x ka ）， a 1,2,..., n 。那么，多元线性回归模型的结构形式为： y a 0 1 x 1a 2 x 2 a ... k x ka a （） 式中： 0 , 1 ,..., k 为待定参数； a 为随机变量。 如果 b 0 , b 1 ,..., b k 分别为 0 , 1 , 2 ..., k 的拟合值，则回归方程为 ?= b 0 b 1x 1 b 2 x 2 ... b k x k （） 式中： b 0 为常数； b 1, b 2 ,..., b k 称为偏回归系数。 偏回归系数 b i （ i 1,2,..., k ）的意义是，当其他自变量 x j （ j i ）都固定时，自变量 x i 每变 化一个单位而使因变量 y 平均改变的数值。 根据最小二乘法原理， i （ i 0,1,2,..., k ）的估计值 b i （ i 0,1,2,..., k ）应该使 n 2 n 2 Q y a y a y a b 0 b 1 x 1a b 2 x 2a ... b k x ka min （） a 1 a 1 有求极值的必要条件得 Q n 2 y a y a b 0 a 1 （） Q n 2 y a y a x ja 0( j 1,2,..., k) b j a 1 将方程组（）式展开整理后得： 南昌大学实验报告 学生姓名：学号：专业班级： 实验类型：□验证□综合 设计□创新实验日期：2018/6/16 实验成绩： 一、实验名称 实验七4G基站与移动通信信道建模 二、实验目的 1、熟悉4G基站设备 2、熟悉信道衰落对移动通信系统性能的影响 3、掌握移动多径信道特性及信道模型 4、掌握不同信道衰落条件下对传输信号误码率的影响; 三、实验原理 1、信道分类 瑞利信道就是没有直射路径信号到达接收端的，主要用于描述多径信道和多普勒频移现象 莱斯信道是当移动台与基站间存在直射波信号时，即有一条主路径，通过主路径传输过来被接收的信号为一个稳定幅度Ak和相位φk，其余多径传输过来的信号仍如“瑞利衰落概率模型”所述。 高斯信道(AWGN)主要是加性高斯白噪声，用于描述恒参信道，例如卫星通信，光纤信道，同轴电缆等等 2、损耗分类： （1）、路径传播损耗 电波在空间传播所产生的损耗。它反映出传播在宏观大范围（千米量级）的空间距离上的接收信号电平平均值的变化趋势。路径损耗在有线通信中也存在。 （2）、慢衰落损耗 它主要是指电磁波在传播路径上受到建筑物等的阻挡产生的阴影效应而产生的损耗，它反映了在中等范围内（数百波长量级）的接收信号电平平均值起伏变化的趋 势。这类损耗一般为无线传播所特有的。它服从对数正态分布，其变化率比传送信 息率慢，故称为慢衰落。 （3）、快衰落 它反映微观小范围（数十波长以下量级）接收电平平均值的起伏变化趋势。它一般服从瑞利、莱斯、纳卡伽米分布，其变化速率比慢衰落快，故称快衰落。快衰落又 可分为：空间选择性快衰落、频率选择性快衰落与时间选择性快衰落。 3、效应分类 （1）、阴影效应 由大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播的接收区域中产生传播半盲区。它类似于太阳光受阻挡后可产生的阴影，光波的波长较短，因此阴影可见，电磁波波长 较长，阴影不可见，但是接收终端(如手机)与专用仪表可以测试出来。 （2）、远近效应 由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站之间的距离也是在随机变化，若各 1.（√）所谓移动通信，是指通信双方或至少有一方处于运动中进行信息交换的通信方式。 2.（×）邻道干扰是指相邻或邻近的信道（或频道）之间的干扰，是由于一个弱信号串扰强信号而造成的干扰。（强信号串扰弱信号） 3.（√）移动通信的信道是指基站天线、移动用户天线和两幅天线之间的传播路径。 4.（×）电波的自由空间传播损耗是与距离的立方成正比的。（平方） 5.（×）由于多径传播所引起的信号衰落，称为多径衰落，也叫慢衰落。 6.【】（×）移动通信中，多普勒频移的影响会产生附加的调频噪声，出现接收信号的失真。 7.（√）莱斯分布适用于一条路径明显强于其他多径的情况。在接收信号中没有主导分量时，莱斯分布就转变为瑞利分布。 8.（×）在多径衰落信道中，由于时间色散导致发送信号产生的衰落效应是快衰落和慢衰落。（频率色散）P39 9.（√）分集接收的基本思想，就是把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理地利用这些信号的能量来改善接收信号的质量。 10.（√）在实际工程中，为达到良好的空间分集效果，基站天线之间的距离一般相当于10多个波长或更多。 11.（×）GSM移动通信系统中,每个载频按时间分为16个时隙,也就是16个物理信道.8 12.（√）GSM中的逻辑信道分为专用信道和公共信道两大类。 13.（×）GSM中的同频干扰保护比要求C/I＞-9dB，工程上一般增加3dB的余量。9 14.（×）GSM中的广播控制信道BCCH和业务信道TCH一样可通过跳频方式提高抗干扰性能。P261 15.（√）跳频就是有规则地改变一个信道的频隙（载频频带）。跳频分为慢跳频和快跳频。在GSM的无线接口上采用的是慢跳频技术。 16.（√）GPRS是指通用分组无线业务，是基于GSM网络所开发的分组数据技术，是按需动态占用频谱资源的。P293 收稿日期 :2003-09-10 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 /个人移动卫星通信电波传播特性研究0(60172006 作者简介 :1. 符世钢 (1979- , 男 , 云南安宁人 , 云南大学信息学院通信与信息系统专业在读硕士研究生 , 主要从事 移动通信关键技术研究 ; 2. 任友俊 (1973- , 男 , 云南宣威人 , 曲靖师范学院计科系讲师、工学硕士 , 主要从事网络通信及其编程研究 ; 3. 申东娅 (1965- , 女 , 云南昆明人 , 云南大学信息学院副教授 , 主要从事移动通信研究 . 卫星移动通信信道特性分析 符世钢 1, 任友俊 2, 申东娅 3 (1. 3. 云南大学信息学院 , 云南昆明 650091; 2. 曲靖师范学院计科系 , 云南曲靖 655000 摘要 :卫星移动通信作为地面移动通信的补充 , 是实现全球个人通信的必不可少的手段之一 , 同时也是目前发展最迅速的通信技术之一 . 卫星移动通信具有卫星固定业务和移动通信双重特点 , 其电波传输距离远 , 经历的环境特殊 , 导致其信道特性远比地面系统复杂 . 因此 , 研究其信道特性是设计出高效实用的通信系统的关键环节 . 本文对其信道特性进行了具体深入的分析 , 并对某些衰减因素的解决措施作了简要探讨 . 关键词 :卫星移动通信 ; 信道特性 ; 传输损耗 ; 多普勒频移 中图分类号 :TN927+123 文献标识码 :A 文章编号 :1009-8879(2003 06-0071-04 卫星移动通信是指利用卫星实现移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信 . 近年来地面蜂窝移动通信系统得到了飞速发展 , 但是它的覆盖范围有限 , 仅能为人口集中的城市及其附近地区提供服务 . 为了获得全球范围的无缝覆盖 , 实现名符其实的全球个人通信 , 不得不引入卫星移动通信来作为地面移动通信的补充 . 卫星移动通信具有覆盖面积大、业务范围广、适用于各种地理条件等优点 , 在过去二三十年中发展十分迅速 , 成为极具竞争力的通信手段之一 . 与地面移动通信系统不同 , 卫星移动通信系统的电波传播要经过漫长的距离 , 其间要受到多种因素的干扰 . 这大大增加了接收信号的波动性 , 成为保证通信质量的最大障碍 . 为此 , 研究信道特性成为设计通信系统的首要任务 . 本文将对其进行具体分析 . 1 传输损耗 卫星移动通信中电波传播要经过对流层 (含云层和雨层、平流层直至外层空间 , 传输损耗大致为自由空间传输损耗与大气损耗之和 . 111 自由空间传输损耗 在整个卫星无线路径中自由空间 (近于真空 状态占了绝大部分 , 因此 , 首先考虑自由空间传播损耗 . 卫星移动通信系统无线链路与大尺度无线电波传播模型类似 , 在自由空间模型中 , 接收功率的衰减为T-R 距离的幂函数 [1] . 当发射和接收天线均具有单位增益时 , 自由空间路径损耗为 :L f =10lg( K 2=20lg(3@108 d f (db (1 当 d 取 km 、 f 取 GHz 为单位时 , 可简化为下式 : L f =92145+20lgd +10lg f (db (2 一. 移动通信参数表 参数缩写含义解释参数缩写含义解释 1 TCH 业务信道23 BSIC 基站色码 2 BCCH 广播控制信道24 CA 小区置配 3 CCCH 公共控制信道25 HSN 跳频序列 4 RACH 随机接入信道26 MA 移动配置 5 AGCH 接入允许信道27 MAIO 移动培植指数偏移 6 PCH 寻呼控制信道28 FN 帧号码 7 DCCH 专用控制信道29 TSC 训练序列码 8 CBCH 小区广播信道30 TN 时隙号 9 SDCCH 独立专用控制信道31 PD 协议识别语 10 SACCH 慢速随路控制信道32 TI 处理识别语 11 SCH 同步信道33 IMSI 国际移动用户识别 12 CM 连接管理34 TMSI 临时移动用户识别 13 MM 移动管理35 IMEI 国际移动设备识别 14 RR 无线资源管理36 MCC 国际移动码 15 DTX 非连续发送（由话音激活）37 MNC 移动网号 16 OMC 操作维护中心38 LAC 位置区号码 17 MS 手机39 PLMN 公共陆地移动网 18 BS 基站40 TA 时间提前 19 SIM 用户识别模块41 RXLEV 平均的接收电平 20 ARFCN 频道（载频）序号42 RXQUAL 信道接收质量 21 Um 基站子系统与MS间接口43 TXPWR 发信功率电平 22 C2 小区重选信道质量标准参数44 C1 路径损耗原则参数 二. 参数详述 (一) 频道配置参数 GSM网和TACS网一样都采用等间隔频道配置方法。 1. 工作频段、频段间隔、频道序列及频点 数字公用陆地蜂窝移动通信网采用900Mhz频段。 MS发，BS收：890 –915 Mhz (上行) BS发，MS收：935-960MHz（下行） 载频间隔为200kHz，共124个无线载频，在每端留有200 kHz的保护带。 按照国家规定，邮电部门占用905 –909MHz(上行) / 950 –954 MHz(下行)； 连通公司占用909 –915 MHz（上行）/ 954 –960 MHz(下行)； 10MHz频带共有49个频道（载频），序号（ARFCN）为76 –124 。注：但如果邮电部门将ETACS的模拟网退频将继续扩频。GSM在900MHZ共有16MHZ 频段. 频道标称中心频率与序号的关系由以下公式确定： 基站收：Fl(n)=890.200MHz + (n+1)x 0.200MHz 移动卫星通信系统信道分配比较研究 移动卫星通信系统信道分配比较研究 1、引言 单路单载波(SCPC)是频分多址(FDMA)的一种，即每一话路使用一个载波。信道的按需分配方式(DAMA)是指所有的信道归各站所公有，信道的分配是根据各地面站提出的申请而临时决定。SCPC／DAMA因为是在每一载波上只传输一路话（或相当于 一路话的报或数据业务），当没有话音信号时，可以利用话音开关，关闭所有载波，有话音信号时才发射载波，从而可以大大节约卫星功率。：又由于DAMA可以提高信道利用率，使用比较灵活。所以，在每站的通信容量较小，通信地址数较多的移动卫星通信系统中，使用这种方式是非常有利的。但是，这种SCPC／DAMA方式有一个重要 缺点是产生互调干扰。产生互调干扰的主要原因是：卫星转发器的行波管放大器在同时放大多个不同频率的信号时，由于它的输入输出特性的非线性，使输出信号中出现各种组合频率成分。这种现象不但影响了通信质量，而且浪费了卫星的功率。为了避开这些干扰频率，有些频带便不得不禁止使用，因而又造成了卫星频带的浪费。另外，如果被放大的各个载波信号强度不同时，还会发生强信号抑制弱信号的现象，使弱信号大大削弱，以致无法为对方地面站所接收。由此可见，为了有利于发射功率不同的大小站兼容， 需要确定出系统的最佳或准最佳信道分配方案。本文首先利用SCPC的特点，推导出SCPC移动卫星系统中互调干扰功率谱的一种快速计算方法；然后通过对四种信道分配方法的比较，给出了SCPC／DAMA移动卫星通信系统的信道最佳分配方法；最后对一个具体的移动卫星通信系统，确定出其最佳的信道分配方案。2、三阶互调功率 谱的快速计算为了简化分析计算的过程，必须运用如下三个重要结论：第一，对等幅互调的分析表明，三阶互调显著地大于五阶互调，因而五阶互调可以忽略不计；对于 不等幅载波的情况，只要它们之间幅度相差不大(例如不超过一个数量级)，此结论仍然成立。第二，有两种三阶互调物：(fi+fj+fk)型和(2fi-fk)型，前者的功率电平比后者高6dB。第三，如果载波中没有主载波，即没有一个载波的功率超过总输入功率的 10％，那么互调产物的功率同各载波的电平成比例。通过采用快速付立叶（FFT）计算，避免了计算单个互调载波的功率，使得运算速度大为加快，并且得出计算时间与卫星移动通信信道特性分析
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