移动卫星通信的信道模型和传输特性分析

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1、移动卫星通信的信道模型和传输特性分析2003年7月第26卷第7期重庆大学学报JOurnaIOfChOnggingUniversityJuI.2003VOI.26NO.7文章编号：1000-582X（2003）07-0037-05邱晶，余平，杨士中（重庆大学通信工程学院，重庆400044）摘要：研究了移动卫星信道的统计特性，给出了非频率选择性信道条件下描述移动卫星信道的有遮蔽莱斯衰落模型，用实验和修正的方法给出了模型参数。在此模型基础上分析了相干PSK调制方式下窄带系统和宽带扩频系统的误码性能，计算了数值曲线。结果表明移动卫星信道中存在的多径和阴影现象使系统的

2、误码性能恶化，而采用宽带扩频调制则可极大改善系统的性能。此外，推导了相干PSK方式下由于接收信号相位的抖动所引起的不可消减的误码率下限。关键词：移动卫星信道；衰落信道模型；扩频中图分类号：TN921.23随着卫星通信的发展，静止轨道卫星GEO（GeO-statiOnaryEarthOrbit）通信系统时延长、衰减大以及轨道资源紧张等缺点日益突出，而小卫星组成的中、低轨LEOMediumEarthOrbit、LOwEarth移动卫星（MEO、［1-2］———————————————————————————————————————————————通信系统则具有很

3、多独特的优点：LEO的Orbit）轨道高度仅为GEO的1/20~1/80，所以其路径损耗所发射功率是GEO的1/200通常比GEO低数十分贝，传播时延仅为GEO的1/75，这非常有利于~1/2000，实现手持终端小型化以及满足实时通信要求，因此小卫星系统将成为实现个人通信以及完成信息高速公路的最有前途的通信手段之一。但是，由于卫星以及用户的不断移动，使发射电波在到达接收机的过程中不可避免地要受到树木、建筑物或其他障碍物的反射、折射（引起多径衰落）以及吸收或阻挡（阴影效应）等，这［3-4。因此，这种阴影效应和多将严重影响接收性能径现象是卫星移动通信信道的特点，

4、是卫星移动通信系统中必须考虑的重要因素。通常，根据阴影效应作用的范围，可将信道概率模型分两类：部分阴影模型和全阴影模型。C.LOO提出［5］认为：接收信号由直视（LOSLineOf的部分阴影模型分量与多径分量之和组成，阴影只作用于LOSSight）分量，它服从对数正态分布；多径分量是RayIeigh分布［6］的。G.E.COrazza和F.VaraIarO建立的全阴影模型认为：阴影不但作用于LOS分量，也作用于多径分量；———————————————————————————————————————————————文献标识码：A接收信号包络可以看成是两个独立随

5、机过程之积r=RS，R是莱斯过程，S为对数正态过程。这两种模型都认为接收信号中LOS信号占主要分量，且LOS信号都受到阴影的影响。其不同之处在于是否认为阴影作用于多径信号。考虑到卫星通信主要依靠LOS信号工作而多径分量不占主导地位，笔者采用部分阴影模型对信道进行建模。［3］LOS分量传播的两种极限情况是：在电波传输方向上没有障碍物或电波完全被阻挡，分别对应于开阔地和城市环境。介于两者之间的情况则对应于乡村这是小郊区环境，即LOS信号受到树木的部分阻挡，卫星系统最典型的信道环境。1信道模型接收信号可表示为：（rt）=（zt）+d（t）+n（t）（1）其中，（z

6、t）为直视分量，d（t）为反射分量，n（t）为高斯［5，7-8］噪声。那么，接收信号包络的概率密度函数为：r1p（?rr）=zJ0!00222（Inz-）r+z）rzdz（2）!exp--0———————————————————————————————————————————————2d02J0J0r为信号包络，J0为平均多径功率，d0分别为其中，!、()()收稿日期：2003-03-01基金项目：教育部重点项目资助（2000-6187）作者简介：邱晶（1978-），女，辽宁省沈阳市人，重庆大学硕士研究生，主要从事移动卫星通信信道模型、扩频通信及数字信号处理

7、方向研究。38lnz的均值和方差（i0=z22，z=修正贝塞尔函数。重庆大学学报2003年1ln10），0为零阶20Pe=-（p）cP（eI）e（8）在非静止轨道卫星系统中，由于卫星的运动，使得地面上任何地点的卫星仰角都在连续不断地变化，相应地，信道模型的参数J0、、都是变化仰角的函数。文献［9］根据大量测量数据和曲线拟合，给出了模型参数J0、和随卫星仰角变化的拟合关系式：———————————————————————————————————————————————其中，P（为接收信号相位为时的条件误码率：eeI）P（eeI）=erfc12(r)=r1)-e

8、rf(2（9）（）=0+1（3a）J（=J+J230