LEO卫星移动通信信道模拟器设计

摘要

随着卫星移动通信技术的发展，低轨卫星移动通信技术越来越受到人们的青睐。由于低轨卫星移动通信系统有着较低的传输时延，并且受到大气环境的影响较小，因此各国都建立了自己的低轨卫星通信系统。对于低轨卫星通信系统的研发和调试需要在相应的卫星信道环境中进行测试，而采用真实卫星去测试耗时长且价格昂贵，信道模拟器在此时便成为一种经济而有效的替代方案。利用信道模拟器可以方便的构造不同的实验环境，在低成本低耗时的条件下为通信系统的研发提供便利条件。 本文根据低轨卫星信道的传播特性，设计并实现了基于通用软件无线电外设（Universal Software Radio Peripheral，USRP）平台的低轨卫星信道模拟器。该模拟器选用了多状态的陆地移动卫星（Land Mobile Satellite，LMS）信道模型，可模拟近地轨道（Low Earth Orbit，LEO）卫星从上升、过顶到离开这一过程中的卫星信道特性，包括多普勒频移、多径传播、阴影遮蔽等传播特性。另外，本文还实现了信道模拟器所配套的监控软件，可以实时显示所模拟信道的各种参数和图像，帮助使用人员方便快捷地了解信道模拟器当前的运行状态。本文主要工作如下： （1）首先对卫星通信信道中的各种传播特性如自由空间传播损耗、多径衰落、阴影衰落、多普勒频移等进行了论述，又介绍了描述信道常用的概率密度函数，然后对比了常用的C.Loo、Corazza和Lutz等经典信道模型，最后选用多状态的LMS模型作为本模拟器的实现模型。 （2）对LMS模型进行了深入研究，并采用Matlab对实现LMS模型进行了必要的仿真。实现了Markov链的状态选取，并且对要使用的对数正态分布和瑞利分布生成算法进行了仿真，与理论曲线作了比较。 （3）基于USRP平台设计并用C++实现了LEO卫星信道模拟器，主要实现了卫星运行参数的计算，然后根据卫星参数可以对低轨卫星通信信道中的多普勒频移、多径衰落、阴影衰落和传播时延等特性进行模拟。 （4）基于wxPython设计并实现了信道模拟器的监控软件，该软件拥有友善的用户交互界面，可以实时将信道特性展示出来，并对卫星和地面接收端的几何位置进行实时显示，同时绘制出传播信号在经历模拟信道前后的频谱图像，为使用人员的研究提供参考。

目录

第一个书签之前

摘要

ABSTRACT

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 卫星移动通信信道模型研究现状

1.2.2 卫星信道模拟器研究现状

1.3 硬件平台介绍

1.4 论文工作和内容安排

第二章 卫星移动通信信道概述

2.1 卫星信道传播特性

2.1.1 自由空间损耗

2.1.2 阴影衰落

2.1.3 多径衰落

2.1.4 多普勒频移

2.2 常用概率密度函数

2.2.1 Lognormal概率密度函数

2.2.2 Rician概率密度函数

2.2.3 Rayleigh概率密度函数

2.3 常用经典信道模型

2.3.1 C.Loo模型

2.3.2 Corazza模型

2.3.3 Lutz模型

2.3.4 LMS模型

2.4 本章小结

第三章 LMS信道模型研究及仿真

3.1 LMS信道模型

3.1.1 LMS模型概述

3.1.2 LMS接收信号描述

3.1.3 LMS模型实现

3.2 Markov过程

3.3 对数正态分布的生成

3.3.1 正态分布

3.3.2 对数正态分布

3.4 瑞利分布的生成

3.5 本章小结

第四章 信道模拟器的方案设计

4.1 设计要求

4.1.1 功能需求

4.1.2 性能指标

4.2 整体设计

4.3 信道模拟软件的设计

4.3.1 基带信道模块

4.3.2 命令执行模块

4.3.3 Server进程

4.4 信道监控软件的设计

4.4.1 信道监控软件的架构

4.4.2 信道监控软件的功能需求

4.5 通信流程设计

4.6 本章小结

第五章 信道模拟器的软件实现

5.1 信道模拟软件的实现

5.1.1 信号处理流程

5.1.2 参数配置

5.1.3 基带信道模块

5.1.4 命令执行模块

5.1.5 Server子进程

5.2 信道监控软件的实现

5.2.1 界面实现

5.2.2 软件流程

5.2.3 界面更新流程

5.3 本章小结

第六章 系统测试及结果分析

6.1 多普勒频移测试

6.2 时延测试

6.3 处理速度测试

6.4 LMS信道模型测试

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介

1. 基本情况

2. 教育背景