CN102142913B - 航空信道模拟器及模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航空信道模拟器及模拟方法，属于航空信道建模领域，包括信道模拟单元和人机交互模块；所述信道模拟单元用于在从其一个端口接收到航空数据后对该数据通过射线追踪法进行仿真得到航空信道的仿真结果，再利用仿真结果对传统航空信道进行建模得到统计信道模型；用于在其另一端口接收到发射信号之后，通过射线追踪法得到实时的接收信号，从而得到信道的实时响应数据；以及用于通过所述统计信道模型从所述发射信号得到传统航空信道的统计响应曲线；人机交互模块用于显示所述统计响应曲线以及信道的实时响应数据。本发明实现了高效、准确、快速、低成本的航空信道建模。

Description

航空信道模拟器及模拟方法
技术领域
本发明涉及航空信道建模领域，特别涉及一种航空信道模拟器及模拟方法。
背景技术
航空通信在国民经济中具有重要地位，在未来的航空通信网中传输多媒体业务已经成为一种趋势，人们已经考虑使用包括多载波技术在内的各种技术来提高航空通信的系统容量。但首先就得解决信道测量的问题，信道模型对于研究一个无线信道的调制、均衡以及编码性能也是非常重要的。
航空信道模拟与普通环境下的信道模拟有着显著的不同，对于机载环境下的信道测量是在一个狭长有限空间环境中，与传统的统计模型差距很大。对于空地环境的信道测量，在飞机的整个飞行过程中，飞行姿态不断改变，并且具有高速高动态等特点使得信道测量变得非常困难。
另外，在无线通信中，收发信机之间由于多条传播路径的原因存在多径效应。通常，人们认为航空信道是由视距传播(LOS)成分和多径散射成分组成。其中多径散射成分是由于传播环境中物体对电磁波的反射和散射而产生的。但由于航空信道的时变性，目前并没有准确的信道描述。在航空通信中，空地数据链涉及到起飞、巡航、进近、着陆、滑跑。而不同状态的衰落情况也不相同。一般来说，在停场状态下，由于停机坪、机库的影响，通常不存在视距传播成分，这种情况的衰落称为瑞利(Rayleigh)衰落。而在其它的状态下，接收信号通常包含LOS成分和散射成分，称为莱斯(Rice)衰落。目前的航空信道建模方法一般采用统计模型，所建立的模型与实际的信道测量仍会有一些偏差，这些传统的信道模型并不能很好地解决信道建模的问题，而且采用传统统计模型的方法要花费巨大，特别是在航空信道建模中尤为如此，因此实现解决这一巨大开销而又得到比较精确的信道模型就成为了亟待解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何实现高效、准确、快速、低成本的航空信道建模。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种航空信道模拟器，包括信道模拟单元和人机交互模块；
所述信道模拟单元用于在从其一个端口接收到航空数据后对该数据通过射线追踪法进行仿真得到航空信道的仿真结果，再利用仿真结果对传统航空信道进行建模得到统计信道模型；用于在其另一端口接收到发射信号之后，通过射线追踪法得到实时的接收信号，从而得到信道的实时响应数据；以及用于通过所述统计信道模型从所述发射信号得到传统航空信道的统计响应曲线；
人机交互模块用于显示所述统计响应曲线以及信道的实时响应数据。
所述航空数据包括数字地图数据、航迹信息和数字环境数据。
所述传统航空信道为瑞利信道、莱斯信道以及Nakagami信道中的一种。
还提供了一种航空信道模拟方法，包括以下步骤：
S1、在接收到航空数据后对该数据通过射线追踪法进行仿真得到航空信道的仿真结果，再利用仿真结果对传统航空信道进行建模得到统计信道模型；
S2、在接收到发射信号之后，通过射线追踪法得到实时的接收信号，从而得到信道的实时响应数据；
S3、通过所述统计信道模型从所述发射信号得到传统航空信道的统计响应曲线；
S4、显示所述统计响应曲线以及信道的实时响应数据。
(三)有益效果
本发明的创新在采用了射线追踪法模拟产生信道数据，高效、快速且低成本地建立统计信道模型；采用混合模型，既能实时给出信道响应，又可以按照传统统计模型给出信道的平均响应；本航空信道模拟器能同时模拟机载和空地两种信道环境；本模拟器接口对于数字和模拟信号均可接入。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2信道模拟单元的结构示意图；
图3～5是信道模拟单元的三个功能流程图；
图6是本发明实施例中用于机舱舱段近似模拟的长方体立体图；
图7、8是本发明实施例的结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1～5所示，本发明提供了一种航空信道模拟器，包括信道模拟单元和人机交互模块；
所述信道模拟单元用于在从其一个端口接收到航空数据后对该数据通过射线追踪法进行仿真得到航空信道的仿真结果(射线追踪模块的功能)，再利用仿真结果对传统航空信道进行建模得到统计信道模型(传统模块的功能)；用于在其另一端口接收到发射信号之后，通过射线追踪法得到实时的接收信号，从而得到信道的实时响应数据；以及用于通过所述统计信道模型从所述发射信号得到传统航空信道的统计响应曲线；
人机交互模块用于显示所述统计响应曲线以及信道的实时响应数据。
所述航空数据包括数字地图数据、航迹信息和数字环境数据。
所述传统航空信道为瑞利信道、莱斯信道以及Nakagami信道中的一种。
本发明还提供了一种航空信道模拟方法，包括以下步骤：
S1、在接收到航空数据后对该数据通过射线追踪法进行仿真得到航空信道的仿真结果，再利用仿真结果对传统航空信道进行建模得到统计信道模型；
S2、在接收到发射信号之后，通过射线追踪法得到实时的接收信号，从而得到信道的实时响应数据；
S3、通过所述统计信道模型从所述发射信号得到传统航空信道的统计响应曲线；
S4、显示所述统计响应曲线以及信道的实时响应数据。
举例说明如下：
为了简化计算，近似认为机场的舱段为一个长方体(长为20m、宽和高均为5m)。现用本方法在机舱舱段中建立Nakagami-m信道模型信道模型。发射天线位于长方体顶部，如图6中的小三角所示。利用本发明得到的模拟结果如图7、8所示。图7显示了Z＝2.5m的平面内的m值分布；图8显示了Y＝10m平面内的m值分布。该例子说明用射线追踪法可以进行传统信道的建模，实现本发明的功能之一。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (3)

1.一种航空信道模拟器，其特征在于，包括信道模拟单元和人机交互模块；
所述信道模拟单元用于在从其一个端口接收到航空数据后对该数据通过射线追踪法进行仿真得到航空信道的仿真结果，再利用仿真结果对传统航空信道进行建模得到统计信道模型；用于在其另一端口接收到发射信号之后，通过射线追踪法得到实时的接收信号，从而得到信道的实时响应数据；以及用于通过所述统计信道模型从所述发射信号得到传统航空信道的统计响应曲线；
人机交互模块用于显示所述统计响应曲线以及信道的实时响应数据；
其中，所述航空数据包括数字地图数据、航迹信息和数字环境数据。
2.如权利要求1所述的模拟器，其特征在于，所述传统航空信道为瑞利信道、莱斯信道以及Nakagami信道中的一种。
3.一种航空信道模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在接收到航空数据后对该数据通过射线追踪法进行仿真得到航空信道的仿真结果，再利用仿真结果对传统航空信道进行建模得到统计信道模型；
S2、在接收到发射信号之后，通过射线追踪法得到实时的接收信号，从而得到信道的实时响应数据；
S3、通过所述统计信道模型从所述发射信号得到传统航空信道的统计响应曲线；
S4、显示所述统计响应曲线以及信道的实时响应数据；
其中，所述航空数据包括数字地图数据、航迹信息和数字环境数据。
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