空地毫米波通信链路传播路径损耗计算方法

摘要

本发明公开了一种空地毫米波通信链路传播路径损耗计算方法，步骤如下：用户输入空地毫米波通信链路的参数，包括地面场景类型，空中和地面节点位置的坐标参数，以及通信频率参数；计算不同场景空地毫米波通信链路出现视距、反射和绕射情况的概率；结合地面和空中节点坐标，通信频率等参数，计算视距情况下的空地毫米波通信路径损耗；计算反射和绕射情况下的空地毫米波通信路径损耗；最终获得不同场景下的毫米波传播路径损耗值。本发明提出的毫米波空地传播路径损耗计算方法，无需用户提供详细的传播场景数据地图，计算方法简单，计算结果的统计偏差较小；考虑了空中节点的高度参数，比传统方法更适用于空地传播场景。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种空地毫米波通信链路传播路径损耗计算方法，特别针对不同地面场景、高度、频段和距离的空地链路传播路径损耗的计算，属于无线信息传输领域。

背景技术：

随着毫米波应用越来越广泛，对毫米波通信系统的可靠性和有效性要求趋于严格。为实现频谱资源的高效利用，需要根据毫米波信道特性采取一系列抗衰落和干扰的措施。因此，加强对毫米波信道的研究使得我们能够更加深刻地理解其传播损耗特性。随着通信、微电子、材料等领域技术的兴起和发展，无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)技术发展迅速，得到全球各个国家的关注。基于UAV平台的空地毫米波通信技术，得到了学术界和工业界的广泛重视。比如，UAV毫米波空中基站被认为是下一代移动通信系统的典型应用。

空地毫米波通信由于传播地理环境导致的反射和绕射等影响，地面接收机接收到的信号通常包含直射路径、地面反射分量及周围建筑物绕射分量。深入研究空地信道尤其是传播损耗特性反映了毫米波信号在特定通信场景中的大尺度衰落，是空地毫米波通信网络规划和系统设计的重要参考依据，对空中和地面节点的通信系统设计和优化具有重要意义。

发明内容：

本发明提供了一种基于场景分类的空地毫米波通信链路传播路径损耗计算方法，该方法无需提供精确的传播场景数字地图，而是通过前期典型场景大数据分析结果获取场景、高度、频率和距离依赖的模型参数。

本发明所采用的技术方案有：一种空地毫米波通信链路传播路径损耗计算方法，包括如下步骤：

第一步，用户输入空地毫米波通信链路的参数，包括地面场景类型参数、空中和地面节点位置的坐标参数、以及通信频率参数，利用如下方法进行传播路径平均损耗计算

L

其中，P

第二步，针对分类场景下空地毫米波通信链路出现视距、反射、绕射和无传播路径概率的具体方法如下：

1)存在视距传播路径的概率计算方法如下，

其中，d

其中，h

2)不存在视距传播路径，但是存在反射传播路径的概率计算方法如下，

其中，

其中，参数A

3)不存在视距和反射传播路径，但是存在绕射传播路径的概率计算方法如下，

其中，

其中，参数A

4)无传播路径的概率计算方法如下，

P

其中，P

第三步，针对视距情况下的空地毫米波通信路径损耗的计算方法如下，

其中，f

第四步，针对反射和绕射情况下的空地毫米波通信路径损耗计算方法如下，

其中，n为传播损耗指数，

进一步地，第三步中：

进一步地，第四步中：

1)传播损耗指数具体计算方法如下

n＝J·h

其中，J和K是与环境有关的参数，本发明不同场景的J和K取值如传播损耗模型参数的取值表所示；

2)

本发明具有如下有益效果：

(1).本发明提出的毫米波空地传播路径损耗计算方法，无需用户提供详细的传播场景数据地图，计算方法简单，计算结果的统计偏差较小；

(2).本发明提出的毫米波空地传播路径损耗计算方法，考虑了空中节点的高度参数，比传统方法更适用于空地传播场景。

附图说明：

图1为本发明空地毫米波通信传播场景示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明空地毫米波通信链路传播路径损耗计算方法，包括如下步骤：

第一步，用户输入空地毫米波通信链路的参数，包括地面场景类型参数、空中和地面节点位置的坐标参数、以及通信频率参数，本发明利用如下方法进行传播路径平均损耗计算

L

其中，P

第二步，本发明针对分类场景下空地毫米波通信链路出现视距、反射、绕射和无传播路径概率的具体方法如下：

1)存在视距传播路径的概率计算方法如下，

其中，d

其中，h

表1视距传播路径概率的参数取值

2)不存在视距传播路径，但是存在反射传播路径的概率计算方法如下，

其中，

其中，参数A

表2反射路径概率的参数取值

3)不存在视距和反射传播路径，但是存在绕射传播路径的概率计算方法如下，

其中，

其中，参数A

表3绕射传播路径概率的参数取值

4)无传播路径的概率计算方法如下，

P

其中，P

第三步，本发明针对视距情况下的空地毫米波通信路径损耗的计算方法如下，

其中，f

进一步地，

表4视距情况σ

第四步，本发明针对反射和绕射情况下的空地毫米波通信路径损耗计算方法如下，

其中，n为传播损耗指数，

1)传播损耗指数具体计算方法如下

n＝J·h

其中，J和K是与环境有关的参数，本发明不同场景的J和K取值如表5所示；

表5传播损耗模型参数的取值

2)

表6反射和绕射情况σ

下面以不同场景固定位置的空地节点为例，对技术方案进行清楚、完整的描述。

第一步，用户输入空地毫米波通信链路的参数，包括地面场景类型，空中和地面节点位置的坐标参数，以及通信频率参数；本案例假设地面节点位置L

第二步，计算不同场景空地毫米波通信链路出现视距、反射和绕射情况的概率如下：

1)结合地面和空中节点坐标，通信频率等参数，再通过查表1得到不同场景的A

2)结合地面和空中节点坐标，通信频率等参数，再通过查表2得到不同场景的A

3)结合地面和空中节点坐标，通信频率等参数，再通过查表3得到不同场景的A

4)结合P

第三步，结合地面和空中节点坐标，通信频率等参数，通过查表4得到σ

第四步，计算反射和绕射情况下的空地毫米波通信路径损耗，具体包括：

1)结合地面和空中节点的坐标、公式(48)和表5，计算获得不同场景下反射和绕射的传播损耗指数，反射的传播损耗指数在郊区场景、市区场景、密集城市场景和高层城市场景下分别为2.313、2.367、2.361、2.383，绕射的传播损耗指数在郊区场景、市区场景、密集城市场景和高层城市场景下分别为3.106、3.909、4.362、4.210；

2)本案例中

3)将地面和空中节点的坐标，传播损耗指数和零均值高斯随机变量代入公式(47)，可得到不同场景反射和绕射情况下的路径损耗，反射情况下的路径损耗在郊区场景、市区场景、密集城市场景和高层城市场景下分别为124.284、126.485、126.166、126.988dB，绕射情况下的路径损耗在郊区场景、市区场景、密集城市场景和高层城市场景下分别为147.550、168.472、181.996、177.270dB；

第五步，将前述步骤获得的路径概率和平均损耗值代入公式(33)，最终获得本案例在郊区场景、市区场景、密集城市场景和高层城市场景下的毫米波传播路径损耗值分别为116.203、121.959、145.016、176.022dB。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。