CN106850087A - 一种开阔地环境的信道建模方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开阔地环境的信道建模方法及装置，该方法包括确定当前开阔地环境中影响信道传输的环境参数，所述环境参数至少包括：地表地形特征参数；获取发射端与接收端的已知信息，其中，所述发射端与接收端的已知信息包括：发射端与接收端的地理位置、收发天线的相关指标、无线电波的相关特征；根据所述环境参数和发射端与接收端的已知信息，确定无线电波的传播方式，并计算确定的无线电波的传播方式的相关参数；基于所述确定的无线电波的传播方式的相关参数，构建所述开阔地的信道模型，如此建立的信道模型中考虑地表地形造成的传播方式对信道传输的影响，提高了信道模型的有效性。

Description

一种开阔地环境的信道建模方法及装置

技术领域

本发明涉及无线信道建模技术领域，更具体地说涉及一种开阔地环境的信道建模方法及装置。

背景技术

在对开阔地环境进行信息采集的过程中，常利用无人机等飞行器将勘测到的数据，经过空地间信道传输到地面架高基站，地面架高基站经过地地间信道将接收到的数据回传到信息中心控制站进行分析处理，为了精确地评估某种开阔地环境下的信道传输性能，需要建立开阔地环境下的信道模型。

目前，对于开阔地环境的信道建模方法都是基于简化的直射径+反射径的二径模型进行分析，该二径模型通过衡量发射端和接收端间的视距传播和反射传播来建立模型，但是，这种模型在实际应用中的有效性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种开阔地环境信道建模方法及装置，以提高开阔环境信道模型的有效性。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

本发明提供一种开阔地环境的信道建模方法，该方法包括：

确定当前开阔地环境中影响信道传输的环境参数，所述环境参数至少包括：地表地形特征参数；

获取发射端与接收端的已知信息，其中，所述发射端与接收端的已知信息包括：发射端与接收端的地理位置、收发天线的相关指标、无线电波的相关特征；

根据所述环境参数和所述发射端与接收端的已知信息，确定无线电波的传播方式，并计算确定的无线电波的传播方式的相关参数；

基于所述确定的无线电波的传播方式的相关参数，构建所述开阔地的信道模型。

本发明还提供一种开阔地环境的信道建模装置，该装置包括：

第一确定单元，用于确定当前开阔地环境中影响信道传输的环境参数，所述环境参数至少包括：地表地形特征参数；

获取单元，用于获取所述发射端与接收端的已知信息，其中，所述发射端与接收端的已知信息包括：发射端与接收端的地理位置、收发天线的相关指标、无线电波的相关特征；

第二确定单元，用于根据所述环境参数和所述发射端与接收端的已知信息，确定无线电波的传播方式，并计算确定的无线电波的传播方式的相关参数；

构建单元，用于基于所述确定的无线电波的传播方式的相关参数，构建所述开阔地信道模型。

从上述的技术方案可以看出，本发明首先确定在当前开阔地环境中影响信道传输的环境参数，所述环境参数至少包括：地表地形特征参数，并获取发射端与接收端的已知信息，进而根据环境参数和已知信息确定无线电波的传播方式，可见，相对于现有技术只衡量视距传播方式和反射传播方式，本发明对电磁波的传播方式进行了具体的判断，进而确定出无线电波的传播方式中包括的所有传播方式，即能够确定出除距传播方式和反射传播方式以外的传播方式，如散射传播方式，进而可以计算散射传播方式的相关参数进行建模。综上，该方案中引入了开阔地环境的地表地形特征，并基于当前地表地形特征分析确定产生的传播方式，如此在信道模型中考虑地表地形造成的传播方式对信道传输的影响，令建立的信道模型与实际场景具有较强的一致性，有效体现实际信道的传输特性的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种开阔地环境的信道模型的建立方法基本流程图；

图2为开阔地的应用场景示意图；

图3为球形地面反射转换的示意图；

图4为本发明实施例公开的一种在建模中确定无线电波传播方式以及计算相关参数的方法基本流程图；

图5所示为有效菲涅尔反射区的示意图；

图6为本发明另一实施例公开的一种开阔地环境的信道模型的建立装置基本框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种开阔地环境的信道建模方法，如图1所示，该方法包括：

S100、确定当前开阔地环境中影响信道传输的环境参数，所述环境参数至少包括：地表地形特征参数；

开阔地环境由于其所在地理位置的不同，会出现农田、荒野、广场、沙漠等形式各异的空旷平坦开阔地，而不同形式的开阔地，其地表地形特征也不尽相同，如其可能存在小型岩石沙丘、低矮灌木丛、湖泊等不同的地表地 形，如图2，其所示即为一个开阔地的应用场景，该场景中在发射端TX和接收端RX之间存在灌木丛地形，该地形容易导致发生散射现象。实际中，在确定环境参数时，需要对当前开阔地环境的地理位置和地表地形进行分析，进而从分析结果中确定出影响信道传输的地表地形特征参数，这些参数能够反映当前开阔地环境的真实地表地形特征。

其中，地表地形特征参数包括有地表面的反射系数、地表面的粗糙度、表示有无成片遮挡物的遮挡信息等，若是湖泊地貌则还包括水面起伏度等。

S110、获取发射端与接收端的已知信息，其中，所述发射端与接收端的已知信息包括：发射端与接收端的地理位置、收发天线的相关指标、无线电波的相关特征。

具体的，如图3所示，收发天线的相关指标包括发射端A的天线高度h₁、接收端B天线高度h₂、视距距离d；无线电波的相关特征包括无线电波频率、电磁波入射方向与地球切线的夹角

S120、根据所述环境参数和发射端与接收端的已知信息，确定无线电波的传播方式，并计算确定的无线电波的传播方式的相关参数；

S130、基于所述确定的无线电波的传播方式的相关参数构建所述开阔地的信道模型。

具体的，根据所述环境参数和发射端与接收端的已知信息，确定无线电波的传播方式中是否存在视距传播方式、是否存在反射传播方式和是否存在散射传播方式、即确定出的无线电波传播方式是上述三种传播方式中的一种或几种的组合，其中视距传播方式的相关参数为功率、时延和LOS(Level of Service，视距)直射径的传输损耗，反射传播方式和散射传播方式的相关参数为：多径数、相对时延、传输损耗和相对功率。

上述实施例中，确定在当前开阔地环境中影响信道传输的环境参数，所述环境参数至少包括：地表地形特征参数，并获取发射端与接收端的已知信息，进而根据环境参数和已知信息确定无线电波的传播方式，可见，相对于现有技术只衡量视距传播方式和反射传播方式，本发明对电磁波的传播方式 进行了具体的判断，进而确定出无线电波的传播方式中包括的所有传播方式，即能够确定出除视距传播方式和反射传播方式以外的传播方式，如散射传播方式，进而可以计算散射传播方式的相关参数进行建模。综上，该方案中引入了开阔地环境的地表地形特征，并基于当前地表地形特征分析确定产生的传播方式，如此在信道模型中考虑地表地形造成的传播方式对信道传输的影响，令建立的信道模型与实际场景具有较强的一致性，能够有效体现实际信道的传输特性的目的。

其中，在上述实施例中，在确定环境参数和发射端与接收端的已知信息后，可以先初步确定信道模型的类型和配置参数，配置参数包括多径数、相对时延、传输损耗，相对功率，进而通过后续确定的传播方式的相关参数进行模型构建时对信道模型的配置参数和模型进行细化修正。

在本发明另一实施例中根据所述环境参数和发射端与接收端的已知信息，确定无线电波的传播方式，并计算确定的无线电波的传播方式的相关参数的具体过程，如图4所示包括：

S400、根据所述环境参数和发射端与接收端的已知信息，判断是否存在直射径；当不存在直射径时，直接执行步骤S420；

具体的，通过判断接收端的天线与发射端的天线的距离是否在视距传播距离内，且传输路径上无成片遮挡物确定是否存在直射径。

S410、当存在直射径时，计算直射径的传输损耗和时延；

其中，直射径传输方式中，时延采用公式：τ_LOS＝d/c得到，式中，d为视距距离，c＝3×10⁸是光速。

S420、根据所述环境参数和发射端与接收端的已知信息，对无线电波传输的球形地面反射面进行参数转换，获得反射面的等效平面参数；

实际中，无线电波传输不是在理想平面上，而是在一个曲面上，地球表面可以等效成一个光滑的球面和大小不规则起伏面的组合，这样就形成了以球面的反射点为主，多个不规则面的反射点综合作用的多径模型，到达接收 点的电波为LOS直射径和这些反射径的总和。按照经典双径模型理论，考虑到地球曲面对反射的影响，需要将实际的地球曲面平面化，将球形的地面反射面进行参数转换，使其球形参数转换为等效平面参数。

参照图3，A和B分别为发射点和接收点，T为反射点，EF为通过反射点T的地球切线，A₁和B₁分别是天线A和B在地球上的投影，E和F分别为天线A和B在地球切线上的投影，则AB＝d，该d即为视距距离、ET＝d₁、FT＝d₂、AT＝d₁′、BT＝d₂′。发射点A发射的无线电波照射到地表面会引起反射或散射。地表面的粗糙程度，直接决定电波是发生反射还是散射，以及反射波的强弱程度。

关于地面对电波反射特性的研究比较成熟，对于不同极化形式的电波，相同的地面呈现不同的反射特性，这与电矢量是否在电磁场的入射平面内有关。根据菲涅尔(Fresnel)反射定律，对于光滑地面反射，菲涅尔反射系数的计算公式：

公式(1)中，Γ_V为垂直极化菲涅耳系数，Γ_H为水平极化菲涅耳系数，为电磁波入射方向与地球切线的夹角，ε_c是表述地球表面电特性的参量，即地球表面介电常数。

对于地面反射来说，实际的电波反射并非发生在光滑的平面而是球面上。平面反射与球面反射有明显差别，两者对波束的扩散不一样，球面扩散会使反射电波的场强减弱。如果反射区不能看成平面，就要考虑地球曲面的球面反射，引出球面反射的扩散系数。上述菲涅尔反射系数要乘以球面扩散系数，即Γ_V＝Γ_V×D_f、Γ_H＝Γ_H×D_f，其中球面扩散系数的计算，与反射点到发射天线垂足的球面距离、反射点到接收天线垂足的球面距离、等效地球半径和电磁波入射方向与地球切线的夹角有关。

S430、根据所述接收端与发射端的已知信息和所述等效平面参数，确定有效反射区；

具体的，根据菲涅尔定理，第一菲涅尔椭圆和等效反射平面相交的阴影区域表示了地面反射的有效作用，即为有效菲涅尔反射区，如图5所示。

空地通信链路的多径信道中，空中平台离地面高度举例一般在20km～100km之间，设发射点位于位置A，地面站接收机位于位置B，则位置B′是位置B相对有效反射平面的镜像。如果没有反射平面，位置A和位置B’确定了第一菲涅尔椭圆区，其与有效反射平面相交的阴影区域是可以引起信号反射的有效菲涅尔反射区，该有效菲涅尔反射区的形状由反射的仰角、空中平台高度、地面站接收机高度和无线电波频率决定。

S440、判断反射点的位置是否在所述有效反射区内，若是，则执行S450；

S450、根据反射点表面的粗糙程度判断入射电磁波在所述反射点位置发生的传输现象；

具体的，根据反射点表面的粗糙程度判断入射电磁波在所述反射点位置是发生反射现象还是发生散射现象；

针对开阔地环境，如果开阔地环境中反射区域内地表面较为粗糙，甚至存在岩石沙丘、低矮灌木丛等成片遮挡物，则入射无线电波可能会在多个角度出现散射现象。所以，确定了有效菲涅尔反射区后，由反射点T位置判断是否在有效反射区内。如果反射点处于有效菲涅尔反射区内，进而根据有效菲涅尔反射区内地表面的起伏粗糙程度判定是存在反射径还是散射径。而有效菲涅尔反射区域外的电波，其反射作用很小，可以不予考虑。

其中，反射区域内地表面的粗糙程度，直接决定入射电波是反生反射还是散射，以及反射径的强弱程度。所以，引入衡量反射面粗糙程度的参数评估地表反射面是光滑反射面还是粗糙反射面，如下述计算公式：

公式(2)中，λ为载波的波长，为电磁波入射方向与地球切线的夹角，Δh是不规则地面的波高。当反射面起伏的最大突起高度δh＞h_c时，认为反射 表面是粗糙的，发生散射；反之反射面起伏的最大突起高度δh≤h_c时，认为反射表面是光滑的，发生反射。

S460、当发生反射现象时，获得反射径的数量并计算所述每条反射径的相对时延、传输损耗和相对功率；

其中，反射区域内地表面较为平坦，则无线电波只在电磁波入射方向与地球切线的夹角对称方向上发生反射，接收天线则在该方向收到较强功率的无线电波信号，其他方向上信的号功率会有严重衰减。

其中，如图3所示，根据光线反射原理和平面几何理论及简单近似推导，可计算出视距距离d值及计算出发射端到反射点路径长度d’₁和反射点到接收端的路径长度d'₂，进而求出反射径和直射径的程差：Δd＝(d’₁+d'₂)-d，从而求出每条反射径相对直射径的路径时延差：τ＝Δd/c，式中，c为光速。

S470、当发生散射现象时，获得散射径的数量并计算所述每条散射径的相对时延、传输损耗和相对功率。

其中，在无线电波的散射传播中，接收端的散射场是接收天线和发射天线波束相交的区域内所有散射体、不规则的突变层及反射层等二次波源辐射场的和。由于在开阔地环境中，各种类型散射体的随机分布并随时间变化，从而存在经由这些散射体多次产生的散射路径即散射径，每条散射路径的特性取决于传输时延和传播系数，传播系数包括了传输损耗和相移，相应的传输时延和传播系数都可以作为建模时的相关参数。

传统的信道模型中，假设等效二次波源在接收端周围的圆形散射体区域内为全向性分布，即电磁波入射方向与地球切线的夹角是在(-π,π)内均匀分布。针对开阔地环境，地表面各类型散射体间呈现随机散落分布，多次散射和反射的概率比较低，所以仍可遵循传统信道模型的假设，在模拟散射传播时，散射径数参照地形不规则度或粗糙度配置，每条散射径到接收端的电磁波入射方向与地球切线的夹角满足(-π,π)内均匀概率分布随机生成。

上述实施例中，通过环境参数和已知信息确定出无线电波的具体传播方式，传播方式有视距传播方式、反射传播方式和散射传播方式，如此考虑到 了开阔地环境中地表地形带来的散射现象，进一步利用计算出的散射传播方式的相关参数建立的信道模型更为有效准确。

在本发明另一实施例中，考虑实际开阔地环境中气候条件对信道传输的影响，令确定的环境参数中包括气候参数。

具体的可以参考其国际气候区和中国气候区的划分，确定当前开阔地环境处于的气候条件，气候参数可以包括：大气吸收参数、云雾参数和降雨参数，这些参数反映了当前环境的真实气候条件。

进而，所述建模方法还包括：

根据气候参数提取气候影响参数，其中提取的气候影响参数为大气吸收损耗、云雾吸收损耗和降雨吸收损耗中的一种或多种，进而结合气候影响参数值进行信道模型构建。

例如：降雨相关参数可以包括降雨量，若开阔地环境位于沙漠、荒野地区，该开阔地环境降雨量非常小，可以忽略其对信道建模的影响，所以提取气候影响参数时不提取降雨吸收损耗参数。又如：开阔地环境位于热带雨林地区，降雨充沛、气候湿润，所以降雨引发的衰减损耗是信道建模的气候影响因素。

上述实施例中，在建立开阔地信道模型时引入了开阔地的气候因素，进一步提高了建立的信道模型的模拟场景与实际的应用场景的一致性。

在本发明另一实施例中，计算各路径的传输损耗的过程，包括：

1)计算直射径的传输损耗PL_LOS[dB]，其中，

公式(3)中，P_t为无线电波的发射功率，P_rLOS为无线电波经直射径传播后到达接收端的功率，PL_F(d)[dB]为自由空间路径损耗，PL_AT[dB]为大气吸收 损耗，PL_CL[dB]为云雾吸收损耗，PL_Rain[dB]为降雨吸收损耗，通过该公式(3)可知，直射径的传输受到了大气吸收、云雾吸收和降雨吸收造成的影响。

其中，若不考虑收发端天线增益和系统硬件损耗，则自由空间路径损耗PL_F(d)[dB]与无线电波频率f和收发端的天线距离d有关，其计算公式如下：

PL_F(d)[dB]＝32.45+20log₁₀(f)+20log₁₀(d) (4)

公式(4)中，大气吸收损耗PL_AT[dB]一般是指氧气(O₂)吸收衰减和水蒸气(H₂O)吸收衰减，两者的计算公式相同，只是吸收系数不同。ITU-R(ITU-Radio communicationsector，国际电信联盟无线电通信组)推荐倾斜传输途径中的氧气/水蒸气吸收衰减损耗的计算公式如下：

公式(5)中，表示氧气吸收衰减，是氧气吸收系数，是干燥空气的垂直有效高度，θ是天线仰角。表示水蒸气吸收衰减，是水蒸气吸收系数，是干燥空气的垂直高度。

其中，云雾吸收损耗PL_CL[dB]与传播路径中液体水的含量及温度有关。特别是对于低仰角的高纬度地区或波束区域边缘，云雾的衰减影响是不可忽略的，ITU-R推荐的倾斜传输路径中云雾吸收损耗PL_CL[dB]的计算公式为：

公式(6)中，L是云雾厚度；f是无线电波的频率；ε”是水的介电常数，η是和介电常数相关的参数，θ是传输路径的倾斜程度；

其中，降雨吸收损耗PL_Rain[dB]可参考ITU-R推荐的降雨衰减预测模型，计算降雨损耗PL_Rain[dB]。

2)计算第i条地面反射径引起的传输损耗P_rRL(i)，其中，

公式(7)中，P_rRL(i)为第i条地面反射径到达接收端的功率，P_rLOS为视距LOS直射径到达接收端的功率，Γ(i)为第i条地面反射径的菲涅尔反射系数，Δd(i)为直射径与第i条地面反射径间的程差；

由上式可知，地面反射径损耗反映了直射径和反射径分别到达接收端的功率差，开阔地环境下，长距离通信时还要加入球面反射扩散系数D_f对反射系数Γ的影响。

3)计算第i条地面散射径引起的传输损耗PL_SC(i)，其中，

公式(8)中，P_rSC(i)为第i条地面散射径到达接收端的功率，P_rLOS为视距LOS直射径到达接收端的功率，ρ_scat(i)＝ρ_s*Γ(i)为第i条地面散射径的散射损耗系数，ρ_s为散射系数修正因子，Δd(i)为直射径与第i条地面散射径间的程差。

其中，在散射传播中还存在一些附加损耗，例如：使用大口径、高增益天线时，来自散射体不同区域的散射信号的幅度和相位都是随机变化的，到达接收端的天线口面后，相干效应减弱，导致天线增益降低。因此需要考虑天线口径与介质耦合损耗L_c，其中，

公式(9)中，G_t为发射天线增益；G_r为接收天线增益。

上述实施例中在计算散射传播方式的相关参数时对反射传播方式进行相关参数计算时利用到的菲涅尔反射系数Γ进行了修正，令计算的散射径的传输损耗更为准确。

在本发明另一实施例中，若建立的开阔地环境的信道模型是一个空地信道模型，则获取的接收端与发射端的已知信息中还包括：发射端与接收端的相对运动速度，则建模方法还包括：

计算每条反射径或每条散射径的多普勒频率，获得多普勒频率变化，即多普勒谱图，进而结合多普勒谱图构建所述开阔地的信道模型。

具体的，根据多普勒效应理论，空中平台与地面站间的相对运动V_y，造成电波频率f_c受到多普勒频移f_d的影响，多普勒频移计算公式如下：

式中，c是光速，f_c是电波频率，则瞬时电波频率为

f＝f_c±f_d (11)

通过上式，可以得到反映多普勒频率变化的多普勒谱图。

上述实施例，在建立开阔地中的信道模型是空地信道模型时，考虑到接收端与发射端的相对运动速度引起的多普勒效应，即在模型中引入了多普勒谱图，提高了建立的信道模型的有效性。

本发明实施例还提供一种开阔地环境的建模装置，如图6所示，所述装置包括：

第一确定单元600，用于确定当前开阔地环境中影响信道传输的环境参数，所述环境参数至少包括：地表地形特征参数；

第一获取单元610，用于获取所述发射端与接收端的已知信息，其中，所述发射端与接收端的已知信息包括：发射端与接收端的地理位置、收发天线的相关指标、无线电波的相关特征；

第二确定单元620，用于根据所述环境参数和所述发射端与接收端的已知信息，确定无线电波的传播方式，并计算确定的无线电波的传播方式的相关参数；

构建单元630，用于基于所述确定的无线电波的传播方式的相关参数，构建所述开阔地信道模型。

优选地，所述第二确定单元620包括：

判断单元621，用于根据所述环境参数和所述发射端与接收端的已知信息，判断是否存在直射径，若不存在直射径，则执行转换单元623；

视距传播方式相关参数计算单元622，用于当存在直射径时，计算直射径的传输损耗和时延；

转换单元623，用于根据所述环境参数和所述发射端与接收端的已知信息，对无线电波传输的球形地面反射面进行参数转换，获得等效平面参数；

确定子单元624，用于根据所述发射端与接收端的已知信息和所述等效平面参数，确定有效反射区；

第一判断单元625，用于判断反射点的位置是否在所述有效反射区内；

第二判断单元626，用于当反射点的位置在所述有效反射区内时，根据反射点表面的粗糙程度判断入射电磁波在所述反射点位置发生的传输现象；

反射传播方式相关参数计算单元627，用于当发生反射现象时，获得反射径的数量并计算所述每条反射径的相对时延、传输损耗和相对功率；

散射传播方式相关参数计算628，用于当发生散射现象时，获取散射径的数量并计算所述每条散射径的相对时延、传输损耗和相对功率。

优选地，当所述环境参数还包括：气候参数，所述气候参数包括：大气吸收相关参数、云雾相关参数和降雨相关参数，所述装置还包括：

提取单元640，用于根据所述气候参数，提取气候影响参数，其中提取的气候影响参数为大气吸收损耗、云雾吸收损耗和降雨吸收损耗中的一种或多种；

则所述构建单元，还用于基于所述气候影响参数，构建所述开阔地的信道模型。

优选地，所述视距传播方式相关参数计算单元622包括：

第一损耗计算单元，用于计算直射径的传输损耗PL_LOS[dB]，其中，

式中，P_t为无线电波的发射功率，P_rLOS为无线电波经直射径传播后到达接收端的功率，PL_F(d)[dB]为自由空间路径损耗，PL_AT[dB]为大气吸收损耗，PL_CL[dB]为云雾吸收损耗，PL_Rain[dB]为降雨吸收损耗；

所述反射传播方式相关参数计算单元627包括：

第二损耗计算单元，用于计算第i条地面反射径引起的传输损耗PL_RL(i)，其中，

式中，P_rRL(i)为第i条地面反射径到达接收端的功率，P_rLOS为视距LOS直射径到达接收端的功率，Γ(i)为第i条地面反射径的菲涅尔反射系数，Δd(i)为直射径与第i条地面反射径间的程差；

所述散射传播方式相关参数计算单元628包括：

第三损耗计算单元，用于计算第i条地面散射径引起的传输损耗PL_SC(i)，其中，

式中，P_rSC(i)为第i条地面散射径到达接收端的功率，P_rLOS为视距LOS直射径到达接收端的功率，ρ_scat(i)＝ρ_s*Γ(i)为第i条地面散射径的散射损耗系数，ρ_s为散射系数修正因子，Δd(i)为直射径与第i条地面散射径间的程差。

优选地，当所述发射端与接收端的已知信息还包括：发射端与接收端的相对运动速度，则

所述反射传播方式相关参数计算单元627，还用于计算每条反射径的多普勒频率，获得多普勒谱图；

所述散射传播方式相关参数计算单元628，还用于计算每条散射径的多普勒频率，获得多普勒谱图；

所述构建单元，还用于结合所述多普勒谱图，构建所述开阔地的信道模型。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包 括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种开阔地环境的信道建模方法，其特征在于，所述方法包括：

确定当前开阔地环境中影响信道传输的环境参数，所述环境参数至少包括：地表地形特征参数；

获取发射端与接收端的已知信息，其中，所述发射端与接收端的已知信息包括：发射端与接收端的地理位置、收发天线的相关指标、无线电波的相关特征；

根据所述环境参数和所述发射端与接收端的已知信息，确定无线电波的传播方式，并计算确定的无线电波的传播方式的相关参数；

基于所述确定的无线电波的传播方式的相关参数，构建所述开阔地的信道模型。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据所述环境参数和所述发射端与接收端的已知信息，确定无线电波的传播方式，并计算确定的无线电波的传播方式的相关参数，包括：

根据所述环境参数和所述发射端与接收端的已知信息，判断是否存在直射径，如果否，则直接执行根据所述环境参数和所述发射端与接收端的已知信息，对无线电波传输的球形地面反射面进行参数转换，获得反射面的等效平面参数；

如果是，则计算直射径的传输损耗和时延；

根据所述环境参数和所述发射端与接收端的已知信息，对无线电波传输的球形地面反射面进行参数转换，获得反射面的等效平面参数；

根据所述发射端与接收端的已知信息和所述等效平面参数，确定有效反射区；

判断反射点的位置是否在所述有效反射区内；

若是，则根据反射点表面的粗糙程度判断入射电磁波在所述反射点位置发生的传输现象；

若发生反射现象，则获得反射径的数量并计算所述每条反射径的相对时延、传输损耗和相对功率；

若发生散射现象，则获得散射径的数量并计算所述每条散射径的相对时延、传输损耗和相对功率。

3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述环境参数还包括：气候参数，所述气候参数包括：大气吸收相关参数、云雾相关参数和降雨相关参数：

则所述方法还包括：

根据所述气候参数，提取气候影响参数，其中提取的气候影响参数为大气吸收损耗、云雾吸收损耗和降雨吸收损耗中的一种或多种；

基于所述气候影响参数，构建所述开阔地的信道模型。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述计算直射径的传输损耗PL_LOS[dB]，包括：

${\mathrm{PL}}_{LOS}\[dB\]=10{\log }_{10}\left(\frac{P_t}{P_{rLOS}}\right)={\mathrm{PL}}_F\left(d\right)\[dB\]+{\mathrm{PL}}_{AT}\[dB\]+{\mathrm{PL}}_{CL}\[dB\]+{\mathrm{PL}}_{Rain}\[dB\]$

式中，P_t为无线电波的发射功率，P_rLOS为无线电波经直射径传播后到达接收端的功率，PL_F(d)[dB]为自由空间路径损耗，PL_AT[dB]为大气吸收损耗，PL_CL[dB]为云雾吸收损耗，PL_Rain[dB]为降雨吸收损耗；

计算第i条地面反射径引起的传输损耗PL_RL(i)，其中，

${\mathrm{PL}}_{RL}\left(i\right)\[dB\]=10{\log }_{10}\left(\frac{P_{rLOS}}{P_{rRL}\left(i\right)}\right)=-10{\log }_{10}\[1+\mathrm{\Γ}{\left(i\right)}^2-2\mathrm{\Γ}\left(i\right)\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\mathrm{\Δ}d\right(i\left)\right)\]$

式中，P_rRL(i)为第i条地面反射径到达接收端的功率，P_rLOS为视距LOS直射径到达接收端的功率，Γ(i)为第i条地面反射径的菲涅尔反射系数，Δd(i)为直射径与第i条地面反射径间的程差；

计算第i条地面散射径引起的传输损耗PL_SC(i)，其中，

${\mathrm{PL}}_{SC}\left(i\right)\[dB\]=10{\log }_{10}\left(\frac{P_{rLOS}}{P_{rSC}\left(i\right)}\right)=-10{\log }_{10}\[1+{\mathrm{\ρ}}_{scat}\left(i\right)\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\mathrm{\Δ}d\right(i\left)\right)\]$

式中，P_rSC(i)为第i条地面散射径到达接收端的功率，P_rLOS为视距LOS直射径到达接收端的功率，ρ_scat(i)＝ρ_s*Γ(i)为第i条地面散射径的散射损耗系数，ρ_s为散射系数修正因子，Δd(i)为直射径与第i条地面散射径间的程差。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发射端与接收端的已知信息还包括：发射端与接收端的相对运动速度，则所述方法还包括：

计算每条反射径或散射径的多普勒频率，获得多普勒谱图；

结合所述多普勒谱图，构建所述开阔地的信道模型。

6.一种开阔地环境的信道建模装置，其特征在于，所述装置包括：

第一确定单元，用于确定当前开阔地环境中影响信道传输的环境参数，所述环境参数至少包括：地表地形特征参数；

获取单元，用于获取发射端与接收端的已知信息，其中，所述发射端与接收端的已知信息包括：发射端与接收端的地理位置、收发天线的相关指标、无线电波的相关特征；

第二确定单元，用于根据所述环境参数和所述发射端与接收端的已知信息，确定无线电波的传播方式，并计算确定的无线电波的传播方式的相关参数；

构建单元，用于基于所述确定的无线电波的传播方式的相关参数，构建所述开阔地信道模型。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元包括：

判断单元，用于根据所述环境参数和所述发射端与接收端的已知信息，判断是否存在直射径，若不存在直射径，则执行转换单元；

视距传播方式相关参数计算单元，用于当存在直射径时，计算直射径的传输损耗和时延；

转换单元，用于根据所述环境参数和所述发射端与接收端的已知信息，对无线电波传输的球形地面反射面进行参数转换，获得反射面的等效平面参数；

确定子单元，用于根据所述发射端与接收端的已知信息和所述等效平面参数，确定有效反射区；

第一判断单元，用于判断反射点的位置是否在所述有效反射区内；

第二判断单元，用于当反射点的位置在所述有效反射区内时，根据反射点表面的粗糙程度判断入射电磁波在所述反射点位置发生的传输现象；

反射传播方式相关参数计算单元，用于当发生反射现象时，获得反射径的数量并计算所述每条反射径的相对时延、传输损耗和相对功率；

散射传播方式相关参数计算单元，用于当发生散射现象时，获取散射径的数量并计算所述每条散射径的相对时延、传输损耗和相对功率。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，当所述环境参数还包括：气候参数，所述气候参数包括：大气吸收相关参数、云雾相关参数和降雨相关参数，所述装置还包括：

提取单元，用于根据所述气候参数，提取气候影响参数，其中提取的气候影响参数为大气吸收损耗、云雾吸收损耗和降雨吸收损耗中的一种或多种；

则所述构建单元，还用于基于所述气候影响参数，构建所述开阔地的信道模型。

9.如权利要求8所述的装置，所述视距传播方式相关参数计算单元包括：

第一损耗计算单元，用于计算直射径的传输损耗PL_LOS[dB]，其中，

${\mathrm{PL}}_{LOS}\[dB\]=10{\log }_{10}\left(\frac{P_t}{P_{rLOS}}\right)={\mathrm{PL}}_F\left(d\right)\[dB\]+{\mathrm{PL}}_{AT}\[dB\]+{\mathrm{PL}}_{CL}\[dB\]+{\mathrm{PL}}_{Rain}\[dB\],$

式中，P_t为无线电波的发射功率，P_rLOS为无线电波经直射径传播后到达接收端的功率，PL_F(d)[dB]为自由空间路径损耗，PL_AT[dB]为大气吸收损耗，PL_CL[dB]为云雾吸收损耗，PL_Rain[dB]为降雨吸收损耗；

所述反射传播方式相关参数计算单元包括：

第二损耗计算单元，用于计算第i条地面反射径引起的传输损耗PL_RL(i)，其中，

${\mathrm{PL}}_{RL}\left(i\right)\[dB\]=10{\log }_{10}\left(\frac{P_{rLOS}}{P_{rRL}\left(i\right)}\right)=-10{\log }_{10}\[1+\mathrm{\Γ}{\left(i\right)}^2-2\mathrm{\Γ}\left(i\right)\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\mathrm{\Δ}d\right(i\left)\right)\],$

式中，P_rRL(i)为第i条地面反射径到达接收端的功率，P_rLOS为视距LOS直射径到达接收端的功率，Γ(i)为第i条地面反射径的菲涅尔反射系数，Δd(i)为直射径与第i条地面反射径间的程差；

所述散射传播方式相关参数计算单元包括：

第三损耗计算单元，用于计算第i条地面散射径引起的传输损耗PL_SC(i)，其中，

${\mathrm{PL}}_{SC}\left(i\right)\[dB\]=10{\log }_{10}\left(\frac{P_{rLOS}}{P_{rSC}\left(i\right)}\right)=-10{\log }_{10}\[1+{\mathrm{\ρ}}_{scat}{\left(i\right)}^2-2{\mathrm{\ρ}}_{scat}\left(i\right)\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\mathrm{\Δ}d\right(i\left)\right)\],$

式中，P_rSC(i)为第i条地面散射径到达接收端的功率，P_rLOS为视距LOS直射径到达接收端的功率，ρ_scat(i)＝ρ_s*Γ(i)为第i条地面散射径的散射损耗系数，ρ_s为散射系数修正因子，Δd(i)为直射径与第i条地面散射径间的程差。

10.如权利要求7所述装置，其特征在于，所述发射端与接收端的已知信息还包括：发射端与接收端的相对运动速度；

则所述反射传播方式相关参数计算单元，还用于计算每条反射径的多普勒频率，获得多普勒谱图；

所述散射传播方式相关参数计算单元，还用于计算每条散射径的多普勒频率，获得多普勒谱图；

所述构建单元，还用于结合所述多普勒谱图，构建所述开阔地的信道模型。