地空通信信道仿真模型研究

摘要

随着军事领域和民用领域对地空通信应用需求的迅速增长,对地空通信系统进行深入研究并开发与之适应的通信技术已迫在眉睫。掌握地空通信信道特性是地空通信系统研发的关键之一,因此,研究地空通信信道的传播特性,建立适当的仿真模型对理论研究和工程应用都具有十分重要的意义。
　　本文结合国内外研究工作者的实测数据归纳了地空通信信道小尺度衰落参数和大尺度衰落参数。通过几何模型仿真分析了飞行器在航行、起飞到达、滑行、停场等状态下的多普勒谱。鉴于成形滤波器法构建地空通信信道仿真模型的复杂度高,本文重点研究采用Rice法构建地空通信信道仿真模型,实现地空平坦衰落信道、频率选择性衰落信道及阴影衰落的建模。Rice法的核心是构造多普勒参数的计算方法。本文对比分析了等距离法(MED)、等面积法(MEA)、Monte Carlo法(MCM)、最小均方误差法(MSEM)、精确多普勒扩展法(MEDS)、LPNM法(Lp-norm)、Jakes法(JM)以及近几年Xiao C S、Zheng Y R等人提出的Rayleigh衰落信道仿真方法的精度和复杂度。通过仿真分析上述方法的均值和自相关函数,比较了上述方法的各态历经性。采用自相关函数均方误差准则仿真分析了上述方法的统计特性,并给出选择参数计算方法应当遵循的准则。地空通信信道小尺度衰落模型由Rayleigh和Rician衰落模型构成。论文针对现有Rician衰落信道仿真模型统计特性不能迅速收敛于理论值的问题,给出了一种改进的高效Rician衰落信道仿真模型。仿真结果表明该模型在较少的统计平均次数下即可达到良好的精度。文中还给出了信道状态最复杂的飞行器低空飞行时的信道衰落特性仿真结果。鉴于Rice法建立的信道仿真模型在精度较高的情况下仿真速度较慢,本文将三角函数快速生成法引入该法建立的信道仿真模型中,设计了一种能有效节省存储容量的Rice模型查表法。改进后的Rice信道仿真模型在提高仿真速度的同时降低了存储空间的耗费。最后,针对随机型仿真模型由于多普勒频移中存在随机变量,难以直接使用查表法提高仿真速度的问题,给出了解决方法并予以实现。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景和意义

§1.2 国内外研究现状

§1.3 论文的主要工作及结构安排

第二章 无线电波传播特性及移动无线信道基本理论

§2.1 无线电波传播特性

§2.2 移动无线信道基本理论

§2.3 本章小结

第三章 地空信道特性分析与建模

§3.1 衰落信道包络的统计特性

§3.2 地空信道小尺度衰落统计特性分析

§3.3 地空信道大尺度衰落统计特性分析

§3.4 本章小结

第四章 地空信道仿真模型

§4.1 窄带地空信道小尺度衰落仿真模型

§4.2 宽带地空信道小尺度衰落仿真模型

§4.3 考虑大尺度衰落的地空信道仿真模型

§4.4 本章小结

第五章 快速信道仿真模型

§5.1 查表法在Rice模型中的应用

§5.2 改进的Rice模型查表法

§5.3 查表法在随机型信道仿真模型中的应用

§5.4 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 全文工作总结

§6.2 有待解决的问题及下一步工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果