Ka频段卫星通信信道建模及系统性能仿真

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1、,""!年+月通信学报]@I.,,*@.+第,,卷第+期[=LF>AP>M,""!!"!!!!"技!"!术!报!告"!!"频段卫星通信信道建模及系统性能仿真王爱华，罗伟雄（北京理工大学电子工程系，北京!"""#!）摘要：本文给出了卫星通信系统设计、建模和仿真的一般方法，重点是$%频段卫星通信信道的建模及仿真。我们首先分析了$%频段卫星通信信道的统计特性，建立了信道的统计模型，然后在此基础上建立了$%频段卫星通信信道及系统的仿真模型，并进行了系统性能的仿真，最后利用分析法分析推导了相干&’($信号

2、在$%频段的系统性能，并与仿真结果进行了比较，得出了有用的结论。关键词：$%频段；信道模型；性能仿真中图分类号：)*+,-.,文献标识码：&文章编号：!"""/0123（,""!）"-//"+#$%&’’()*$+!",-")%."/&’’(/&0$112)(0"/($)03"))&’")%.4./&15&6+$61")0&.(12’"/($)45*65789:%，;<=4>78?7@AB（&>7C7ABDAEF7F:F>@G)>H9A@I@BJ，&>7C7AB，!"""#!，K97A%）7-./6"0/：)97EL%L>MLM>E>AFE%B>A>M%IN>F9@OG@

3、ME%F>II7F>H@NN:A7H%F7@AEJEF>NO>E7BA，N@O>II7AB%AOE7N:I%8F7@A.(FM>EE7ELI%H>O@AN@O>II7AB%AOE7N:I%F7@A@G%$%8P%AOE%F>II7F>H@NN:A7H%F7@AH9%AA>I.(F%F7EF7H%IH9%M8%HF>M7EF7HE%AON@O>I@GF9>H9%AA>I%F$%8P%AO%M>B7Q>AG7MEFIJ，F9>AR>H@AO:HF>OF9>EJEF>NL>MG@MN%AH>E7N8:I%F7@AEP%E>O@AF9>H9%AA>I%AOEJEF>NE7N:I%

4、F7@AN@O>ILM@L@E>OPJF97EL%L>M.S7A%IIJF9>%A%IJF7H%IO>M7Q%8F7@A@GF9>L>MG@MN%AH>@GH@9>M>AF&’($E7BA%I%F$%8P%AO7EO>EHM7P>O%AO%:E>G:IH@AHI:E7@A7EOM%RAPJH@NL%M7ABR7F9F9>E7N:I%F7@AM>E:IFE.!&48$6%.：$%8P%AO；H9%AA>IN@O>I；L>MG@MN%AH>E7N:I%F7@A9前言随着对卫星通信需求的增加以及新技术的发展，近年来，越来越多的国家和机构相继加入到对$%频段卫星通信系统的开发和使

5、用之中。例如，许多;T=系统将使用,"U1"6VW链路，新一代的跟踪及数据中继卫星（)XY(）将使用$%频段进行实验，*5(5打算利用高于1"6VW的频率进行深空通信等。目前，该频段已不止用作商用，其军用价值也日益显露，美国军方已开始使用,"U0"6VW链路进行军事通信。与较低频率的K频段和$:频段相比，$%频段的卫星通信具有三个明显优势，即频谱可用收稿日期：,"""/"Z/,0；修订日期：,""!/"Z/"+作者简介：王爱华（!+2Z年/），女，天津人，北京理工大学+#级博士生，主要研究方向为卫星通信系统设计及仿真分析技术研究等；罗伟雄（!+0"年/），男，上海人，北京

6、理工大学应用电子技术教研室主任，教授，博士生导师，主要研万方数据究方向为通信与电子系统和电路理论。·I.·通信学报.$$#年率高、潜在干扰小和设备体积小等。然而，!"频段卫星通信也存在一大缺点，即该频段对大气损伤非常敏感。测量数据表明［#］，在大于$%#&的时间内对于’$()*的上行频率雨衰可超过+$,-，而对于.$()*的下行频率雨衰也将超过.$,-。针对!"频段卫星通信信道的这一特点，要想预测卫星通信系统在!"频段的性能，我们首先需要了解!"频段信道的统计特性，然后再在此基础上建立相应的系统功能模型，才能进行功能评估。本文在进行功能评估时，主要采用了两种方法，即分析法

7、和仿真法。通信系统的计算机仿真技术是随着通信理论及计算机技术的不断发展而日益成熟的，并已逐渐成为通信系统设计必不可少的、强有力的工具，仿真中利用等效复基带概念，很容易实现从基带到基带的整个信号流程的仿真。!"#频段卫星通信信道的传输特性在.$/’$()*的卫星通信中，由于大气层（雨、水蒸汽、云雾、氧气和闪烁）将会引起信号的额外衰落，因此，自由空间传播公式需要进行修正。这些衰落不仅是频率的函数，而且还是位置、仰角、季节和系统可行性的函数，其中一些衰落（例如雨衰）的年平均值将随载波频率和系统可行性的增加而迅速增大。下面分别讨论之。