卫星通信信道模型研究及实现

Ｐ Ｒ ￣ ｌ （ Ｓ ｌ ） ＝ ｅ ｘ ｐ （ 一 詈）
１ ０
—
（ ６ ）
模型假设接收信号 由受到阴影作用的直射信 号分量 与不受 阴 影作用的多径信号分量组成。因此， 接 收 信 号 可 以表 示 为 ：
阴影慢衰落使 ｓ 。 服从对数正态分布 ， 其概率密度 函数 为：
及 到 的概 率 分 布 ； 继而对 Ｃ ． Ｌ ｏ ｏ 、 Ｃ ｏ ｒ ａ ｚ ｚ ａ 、 Ｌ ｕ ｔ ｚ三 种 典 型 的 卫
常用卫星信道模型相 比更加符合实际， 适用于包括乡村 、 公路 、 郊 区和城 市等在 内的几乎所有卫星通信环境 Ｌ ｕ ｔ ｚ模型将接 收信 号功率较高 的部分视为处于 “ 好信道状态 ” ， 较低的部分
组成的接收信 号的包络为莱斯过程 ，故瞬时功率 Ｓ服从莱斯 衰 落 分 布 。 则信 号 的 归一 化 功 率 密 度 函数 为 ：
Ｒ抛
（ ） ＝ ｃ ｅ － Ｃ （ Ｓ ＋ １ ） ， ０ （ ２ ｃ √ ）
（ ５ ）
其中： ｃ为莱斯 因子 （ 即信号直射分量功率与多径分量功 率之 比） ， Ｉ ｏ （ ・ ） 为第一类零阶修正 贝塞尔函数。 在“ 坏状态” 中， 假设接收信号不存在直射分量， 受到阴影 效应的接收信号包络 ｒ 服从莱斯． 对数正态分布 。 令Ｓ 。 表示短 时间 内的平 均接 收功率 ， 在阴影遮 蔽一定的条件 下， 接收信号
即瑞 利 、莱斯 和 对 数 正 态 分 布 ， 从 而 通 过 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ软 件仿 真 了卫 星 信道 模 型 。仿 真 结 果所 得 的 曲线 和 理 论 曲线 拟 合 程 度
较 高， 表明三种模型能 准确地反映卫 星信道特性， 对硬件仿 真和 实际系统 建立有 着参考价值 。
关键词 ： 卫 星 通信 ； Ｃ ． Ｌ ｏ ｏ模 型 ； Ｃ ｏ ｒ ａ ｚ ｚ ａ模 型 ； Ｌ ｕ ｔ ｚ模 型 ； Ｊ ａ ｋ ｅ ｓ法 ； ＭＥ ＤＳ法
视 为处 于“ 坏信道状态” 。 在“ 好状 态 ”中不 存 在 阴影 效 应 ， 由多 径 分 量 和 直 射 分 量
星移动通信信 道进 行了仿真，验证 了其信道模型的可行性和
适用性 。
ｌ卫星移 动通信 信 道模 型原 理
对卫星移动通信信 道的传播特性 的分析与研究 ，通常针 对概率分布模型来进行的，因为概率分布 函数建立 的概率模 型， 可 以较为直观、 简单地分析传播 过程 的物理 意义 ， 在仿真 实现上难度也较低。 目前业界研 究中最常用于反 映卫星通信
号。
不同， 无线通信在传播 中由于 电磁波受到反射、 绕射、 散射 以 及多径衰 落、 移动终端的移动、 传播路径上障碍物的移动等因 素的影 响， 存在着极强的随机 性， 要对其进行控制和预测是非 常困难 的。因此随着通信技术 的发展 ， 通信系统 日趋复杂化 ， 为了保证移动通信 服务 的优质 、 可靠， 必须充分考虑与结合卫 星通信信 道的传播特性 ， 以便选择高效的调制、 访 问和编码技 术。故而， 利用 软、 硬件仿真卫星移动通信信道 ， 对信道特性
上 式 即为 Ｃ ｏ ｒ ａ ｚ ｚ ａ 模 型 的理 论 公 式 。
｝ 出
（ ４ ）
１ ＿ ３ Ｌ ｕ ｔ ｚ 模 型
Ｌ ｕ ｔ ｚ模 型 由于 其 在 实验 基础 上建 立起 来真软件 ， 首先采用正弦波叠加法模拟 了瑞利、莱斯和对 数正态三种卫星信道传播特性研究中所涉
ｒ （ ｆ ） ＝ ［ ｚ （ ｆ ） ＋ （ ｆ ） ］ （ ｆ ） ＝ （ ｒ ） （ ｆ ）
（ ３ ）
其 中： ｔ ） 为接收信号； ｚ （ ｔ ） 为信号直射分量； ｓ （ ｔ ） 表示阴影 衰落； ｄ （ ｔ ）为信号多径分量； Ｒ （ ｔ ）表示未受到阴影作用的原信
中图分类号 ： Ｔ Ｎ９ ２ ７
文献标识 码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ ３ ． １ １ ３ ｌ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ ． Ｏ １ ５ ２ — ０ ４
在卫 星通信系统 的研究和设计 中，对于卫星信 道传 播特
性 的 研 究 是 最 重要 的方 面之 一 。 因为 与 有 线 通 信 的 可 预 见 性
进行仿真， 对于系统设计者充分、 细 致 地 了解 卫 星 移 动 通 信 信 道 的 传播 特 性 、设 计 出低 成 本高 质 量 的卫 星 移 动 通 信 系 统 有 着十分重要的意义。
接 收信 号包络 ｒ 的概率密度 函数为 ：
２ （ Ｋ ＋ １ ） ｒ ｘ Ｆ ￣ ｏ ｘ ｐ ［ 一 （ 丁 Ｋ ＋ １ ） ｒ ２ 一 Ｉ ｏ
的功率密度函数为：
信道传播特性的概率分布模型有 Ｃ． Ｌ ｏ ｏ模 型、 Ｃ ｏ ｒ ａ ｚ ｚ ａ 模型和
Ｌ ｕ ｔ ｚ 模型， 它们常用于选择高效的调制解调方式、 多址访 问方 式、 信道编码方 式和差错控制方式 。
１ ． １ Ｃ ． Ｌ ｏ ｏ模 型…
Ｃ． Ｌ ｏ ｏ模 型 适 用 于 乡村 、 旷 野 等 较 为 开 阔 的 信道 环 境 。 该
２ ０ １ ３年 第 ７ 期
信 息 通 信
Ｉ ＮＦ ＯＲ Ｍ ＡＴ Ｉ ＯＮ ＆ ＣＯＭ Ｍ ＵＮＩ ＣＡＴ Ｉ ＯＮＳ
２ ０１ ３ （ Ｓ ｕ ｍ． Ｎｏ １ ２９）
（ 总第 １ ２ ９期）
卫星通信信道模型研 究及 实现
巩雷伦 。 王宇轩
（ 东南大学 信息科学与工程学院 ， 江苏 南京 ２ １ １ １ ８ ９ ）
摘要 ： 对卫星通信信道 的特性分析有助 于在设计 系统时选择 合适的调 制解调方式、 信道编码方式和差错控 制方式。 文章
讨论能 实时反映卫星信道特性 的 Ｃ ． Ｌ ｏ ｏ 、 Ｃ ｏ ｒ ａ ｚ ｚ ａ 、 Ｌ ｕ ｔ ｚ 模型 ， 采用正弦波叠加 法实现 了建立三种模型所必需的三种分布，