移动卫星通信中的三态信道模型

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1、http://www.paper.edu.cn移动卫星通信中的三态信道模型何涛北京邮电大学无线新技术研究所，北京(100876)E-mail：buptnimo@gmail.com摘要：本文首先介绍了无线信道中主要的损耗和主要的信道模型。接下来，在理论分析的基础上，提出了一种卫星信道模型。模型按照卫星直视信号受遮挡的程度不同，将陆地卫星移动通信信道质量的变化描述为三个不同状态。同时考虑了卫星对接收机仰角不同、不同通信环境等因素对模型的影响。关键词：信道模型,损耗模型,卫星移动通信1．引言移动卫星信道是一种时变信道，其特性是比较复杂、恶

2、劣的，它带来的多径效应、Doppler[1]频移和阴影效应严重影响数字信号传输的可靠性，并且可用的频率带宽和功率受到限制。因此对这样恶劣的信道的建模需要考虑不同的条件，相应不同条件下的信道模型会更加的适用。由于卫星通信具有通信距离远、覆盖面积大、不受地理条件限制、通信频带宽、传输容量大、通信质量稳定可靠，且费用与通信距离无关，既可以为固定终端，又可为车载、船载和机载移动体以及个人终端提供各种通信业务等特点，所以卫星移动通信在未来的个人通信中将扮演重要的角色。目前对于高轨道卫星（GEO）来讲，由于卫星轨道高，路径损耗大，延迟时间长，要

3、求地面站用户终端设备具有高增益、大口径的天线装置和大功率发射设备，显然不能满足全球个人移动通信终端设备体积小、重量轻、易于携带的要求。而低轨道（LEO）卫星系统，由于轨道高度低、路径损耗小，能够达到系统所要求的EIRP和G/T值，卫星终端[2]可以做到手机化，是实现全球个人移动通信的有效手段之一。特别是将陆地蜂窝移动通信系统和低轨道移动卫星通信系统相结合作为相互补充可覆盖全球。使最终真正实现全球个人[3]通信成为可能。2．无线通信系统的信道模型卫星通信系统服从无线通信系统的性质，多以首先介绍一下无线通信系统中的主要问题和对应的模型。

4、2.1信道损耗模型在信道的传输中，人们用平均路径损耗来描述和测量发射机与接收机之间的平均衰落。根据理论和实验的传播模型，无论室内或者室外信道，平均接受信号功率随距离对数衰减，这种模型已经被广泛的接受。人们根据不同的地形地貌条件，归纳总结出了不同的电磁场传[4]播模型。2.1.1自由空间模型假定发射天线和接收台都处于自由空间中，我们所说的自由空间是指真空，或者在发射天线和接受台之间不存在任何可能影响电波传播的物体，电波是以直射线的方式到达移动台的。其路径损耗的公式：Lp=324.+20lgd+20lgf其中，Lp是以dB为单位的路径损

5、耗，d是以km为单位的移动台与基站之间的距离，f是以MHz为单位的移动工作频点或工作频段的频率。空气的性质可以近似为真空，在发射天线和移动台距离地面都较高时，可以近似使用自由空间模型来估计路径损耗。2.1.2布灵顿模型布灵顿模型假设发射天线和接收台之间是理想的平面大地，而且两者之间的距离d大于发射天线的高度ht或者移动台的高度hr，此时的路径损耗的计算公式为：-1-http://www.paper.edu.cnLp=120+40lgd−20lght−20lghrLp其中距离d的单位是km，天线和移动台的高度单位是m，路径损耗的单位是

6、dB一般把移动台的高度默认为1.5m，所以公式可以简化为：Lp=1165.+40lgd−20lght按照自由空间模型计算，每增加一倍的传输路径，对应的损耗增加6dB，而对于布灵顿模型则要增加12dB。2.1.3Egli模型前面的两种模型都是理论推导的结果，而Egli模型是从大量的实测结果中归纳出来的中值预测公式，属于经验模型，其计算公式为：Lp=88+40lgd−20lght−20lghr+20lgf−G其中路径损耗的单位是dB，距离d的单位是km，天线高度ht和移动台高度hr单位是m，工作频率的单位是MHz,地形修正因子G的单位是

7、dB。G反映了地形因素对路径损耗的影响。Egli模型认为路径损耗和接受点的地形起伏程度Δh有关，地形起伏越大，路径损耗也越大。当Δh用m来测量时，可按照下式近似的估计地形的影响。⎧⎪0Δh<15m⎪⎪ΔhG≈⎨.2431(−)Δh>15m150MHz⎪15Δh⎪.3051(−)Δh>15m280MHz⎪⎩15将移动台的典型高度设定为1.5m，那么模型公式可以简化为：Lp=845.+40lgd−20lght+20lgf−G2.1.4Hata-Okumura模型Hata-Okumura模型也是根据实测数据建立的模型，当移动台的典型值设定

8、为1.5m的时候，Hata-Okumura模型下的损耗的计算公式为市区：Lp1=69.55+262.lgf−13.82lght+(449.−.655lght)lgd开阔地：2Lp2=Lp1−.478(lgf)+18.33lgf−40.