CN108540248B - 海上无线通信动态多径信道模型及构建方法 - Google Patents

海上无线通信动态多径信道模型及构建方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108540248B
CN108540248B CN201810220796.XA CN201810220796A CN108540248B CN 108540248 B CN108540248 B CN 108540248B CN 201810220796 A CN201810220796 A CN 201810220796A CN 108540248 B CN108540248 B CN 108540248B
Authority
CN
China
Prior art keywords
path
receiving end
height
calculating
coh
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810220796.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108540248A (zh
Inventor
宫丰奎
杨涛
沈亮
马仕清
李果
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201810220796.XA priority Critical patent/CN108540248B/zh
Publication of CN108540248A publication Critical patent/CN108540248A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108540248B publication Critical patent/CN108540248B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/391—Modelling the propagation channel
    • H04B17/3912—Simulation models, e.g. distribution of spectral power density or received signal strength indicator [RSSI] for a given geographic region
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/391—Modelling the propagation channel
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/391—Modelling the propagation channel
    • H04B17/3913—Predictive models, e.g. based on neural network models
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/02—Transmission systems in which the medium consists of the earth or a large mass of water thereon, e.g. earth telegraphy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明属于利用无线电波技术领域，公开了一种海上无线通信动态多径信道模型及方法、无线通信系统，给出海浪高度预测模型；计算有效天线高度；计算直视路径上接收端处的场强大小；计算镜面反射路径上接收端处的场强大小；计算漫反射路径上接收端处的场强大小；计算镜面反射路径上的时延；计算漫反射路径上的时延；增加动态信道模型。本发明在海上多径信道模型的基础上考虑了海浪的高度起伏对信道增益的影响，并考虑了船体之间相对运动产生的多普勒效应，更好地反映了海上无线通信信道环境。

Description

海上无线通信动态多径信道模型及构建方法
技术领域
本发明属于利用无线电波技术领域，尤其涉及一种海上无线通信动态多径信道模型及方法、无线通信系统。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：海上无线信道分为大尺度衰落和小尺度衰落两种类型。其中大尺度衰落指的是收发机远距离通信时接收信号场强的缓慢变化情况。小尺度衰落指的是在短时间内其电信号的幅度、相位、或多径时延的快速变化情况。在传播环境中，无线电波到达接收机的路径不止一条，而是会遇到各种障碍物，经反射、散射、绕射后，形成为以微小时间差到达的多路径的叠加波。不同路径分量具有随机幅度和相位会引起信号强度的波动，称为多径干涉效应。多径干涉效应使得接收信号是直达信号与多径信号的叠加信号，会导致严重的符号间串扰ISI。多径干涉效应是导致小尺度衰落的重要因素。小尺度衰落直接反映了无线信道的复杂性和随机性，因此研究小尺度衰落对于分析无线信道性能具有重要意义。目前，已经有许多学者建立了基于多径衰落的经典统计模型。第一个模型由Ossana提出，该模型主要研究了入射波与障碍物表面随机产生的反射波之间的相互干涉，然而该模型假设发射机与接收机之间存在一条直视路径，从而使得其应用具有一定的局限性。近年来基于散射的Clarke模型逐渐被广泛使用。该模型假设发射机位置固定，使用垂直极化天线，接收机天线的电磁场由多个平面波组成，这些平面波具有任意载频相位、入射方位角及相等的平均幅度。之后Jakes在Clarke基础上提出了简化的SOS模型，并被广泛使用。然而Jakes模型并不适用于多径频率选择性衰落信道。除了基于理论推导的统计模型，基于实测数据的海上信道模型只适用于特定的地理场景和频段。例如基于希腊爱琴海的实测多径海上信道模型。Reyes-Guerrero实测了5.8GHz无线电波在西班牙加的斯湾海域传播的数据，分析了收发端固定和一方移动两种情况下接收信号功率与时延之间的关系。通过实测数据对2GHz频段海上信道进行建模，分析了短距离和长距离通信时接收信号功率与时延之间的关系，得出收发距离过长时海上信道不具有频率选择性衰落特性的结论。近年来，计算有效漫反射区域成为多径衰落信道建模的研究热点。海面的反射信号可依据相位的不同分为相干镜面反射信号和非相干漫反射信号，首次提出了有效散射区的概念，但并未给出具体的计算方法。从海面粗糙度和瑞利粗糙准则两方面证明了入射角在(0°～5°)范围内，海情级为3～6时，海面反射以镜面反射为主，漫反射可以忽略不计的结论。雷达波在海面上的传播特性，提出了一个多径信道建模的理论，该理论指出多径分量包括镜面反射分量和漫反射分量，并通过实测数据验证该理论的正确性。基于PO(PhysicalOptics)模型的海上多径信道模型，该模型考虑了收发端之间的直视路径分量、镜面反射分量、漫反射分量，提出了海上三径信道模型，较好地反映了海上无线传输的信道环境。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)PO模型仅考虑各条径在接收端处场强及接收功率的大小，没有给出除主径外另外两条径时延的计算方法，而仅仅是通过实测数据给出特定环境下的时延数据，这种给出时延数据的方法不具有通用性。
(2)PO模型假设收发端位置固定不变，即有效收发天线高度不变，没有考虑海面上海浪高度的变化对信道增益的影响，而实际的海面环境中，海浪高度是随时在变化的，因此有效收发天线高度也在随时变化。
(3)PO模型假设通信过程中收发台不移动，没有考虑到由于船体运动产生的多普勒频移对信道增益的影响，构建的信道模型属于静态模型，不符合海上船体间通信的信道环境。
解决上述技术问题的难度和意义：
鉴于现有的PO信道模型不能更好且真实地反映海面无线通信环境，一种新的海上信道建模方案的提出是必须的。针对现有技术存在的缺陷，本发明在解决上述技术问题的难度主要体现在：
(1)由于漫反射分量路径上信道参数的计算是将漫反射区域划分成若干个区域小块，通过独立计算各小块上的信道参数来得到漫反射路径上的信道参数因此，如何通过计算各区域小块上的时延来得到漫反射路径上的总时延是本发明要解决的问题。
(2)收发端有效天线的高度的计算与海浪高度有关。因此，如何确立合理的海浪高度预测模型是本发明要解决的问题。
(3)船体的相对运动会产生多普勒频移。因此，如何将船体运动产生的多普勒频移加入到信道模型中是本发明要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种海上无线通信动态多径信道模型及方法、无线通信系统。
本发明是这样实现的，一种海上无线通信动态多径信道模型，所述海上无线通信动态多径信道模型的信道响应计算公式为：
h(t)＝h3-ray(t)·(hc(t)+jhs(t))；
其中，h3-ray(t)＝ELOSδ(t)+Ecoh(t)δ(t-tcoh)+Einc(t)δ(t-tinc)；；
Figure GDA0003021979380000031
Figure GDA0003021979380000032
其中，
Figure GDA0003021979380000033
ωm表示最大的多普勒角频率，M＝N/4代表了低频振子的数量，ρn在(0，1)内服从均匀分布。
本发明的另一目的在于提供一种所述海上无线通信动态多径信道模型的构建方法，所述海上无线通信动态多径信道模型的构建方法包括以下步骤：
步骤一，海浪高度预测模型，海浪高度h服从均值为0，方差为
Figure GDA0003021979380000034
的高斯分布，概率密度函数为：
Figure GDA0003021979380000041
利用Matlab程序，调用rayleighchan函数和filter函数，输出数据的实部和虚部分别作为对应时刻下发送端和接收端处的海浪高度；
步骤二，计算有效天线高度，发端天线高度为lTX，收端天线高度为lRX，同一时刻t0下发端的海浪高度为hTX(t0)，收端的海浪高度为hRX(t0)，天线为全向天线，t0时对应的发端有效天线高度为：
lTXe＝lTX+hTX(t0)；
收端有效天线高度为：
lRXe＝lRX+hRX(t0)；
步骤三，计算直视路径上接收端处的场强大小，计算公式为：
Figure GDA0003021979380000042
其中，Pt为发射功率，Gt,LOS和Gr,LOS为直视路径方向上发送端和接收端的天线增益，dLOS为直视路径距离，λ为波长；
步骤四，计算镜面反射路径上接收端处的场强大小计算公式为：
Figure GDA0003021979380000043
其中，Gt,coh和Gr,coh为镜面反射路径方向上发送端和接收端的天线增益，dTX,coh(t)为当前时刻下镜面反射点到发端的距离，dRX,coh(t)为当前时刻下镜面反射点到收端的距离，S为阴影因子，计算公式为：
Figure GDA0003021979380000044
Figure GDA0003021979380000045
Θi为入射角，Θr为反射角，β0为海面表面坡度的标准差；
Γrough为粗糙表面反射系数，计算公式为：
Figure GDA0003021979380000051
其中，Γ为菲涅尔反射系数，计算公式为：
Figure GDA0003021979380000052
Θt为折射角，η1和η2为空气和海水的折射率，ρs定义为：
Figure GDA0003021979380000053
Figure GDA0003021979380000054
步骤五，计算漫反射路径上接收端处的场强大小计算公式为：
Figure GDA0003021979380000055
其中，Atile表示漫反射区域小块面积，Gt,inc和Gr,inc为漫反射路径方向上发送端和接收端的天线增益，dTX,n(t)为当前时刻下漫反射点到发端的距离，dRX,n(t)为当前时刻下漫反射点到收端的距离，φR为满足[0,2π)均匀分布的随机变量，σ0,n表示每个区域小块对应的散射系数，计算公式为：
Figure GDA0003021979380000056
Figure GDA0003021979380000057
步骤六，计算镜面反射路径上的时延，公式为：
Figure GDA0003021979380000061
步骤七，计算漫反射路径上的时延计算公式为：
Figure GDA0003021979380000062
步骤八，信道响应计算公式为：
h(t)＝h3-ray(t)·(hc(t)+jhs(t))；
其中，h3-ray(t)＝ELOSδ(t)+Ecoh(t)δ(t-tcoh)+Einc(t)δ(t-tinc)；；
Figure GDA0003021979380000063
Figure GDA0003021979380000064
其中，
Figure GDA0003021979380000065
ωm表示最大的多普勒角频率，M＝N/4代表了低频振子的数量，ρn在(0，1)内服从均匀分布。
进一步，所述步骤二中将对应时刻下发送端和接收端的海浪高度与天线高度相加作为对应时刻下发送端和接收端处的有效天线高度。
进一步，所述步骤四中根据直视路径距离和有效天线高度计算镜面反射点处的入射角和反射角的大小以及反射点到发端和收端的距离，得到反射路径上接收端处的场强大小。
进一步，所述步骤五中确定漫反射区域范围，漫反射区域为矩形，长为收发天线之间的距离dh，宽为200m；并将漫反射区域划分为若干个区域小块，每个区域小块的面积为10×10＝100m2。
进一步，所述步骤七中计算每个区域小块对应的路径时延，其中选取区域小块中心点作为路径时延的计算点，并选取区域小块中时延的最大值作为漫反射路径上的时延。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述海上无线通信动态多径信道模型的无线通信系统。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：在本发明中，引入了海浪高度预测模型，根据不同时刻的海浪高度给出收发端处的有效天线高度，更好地反映了海上实际环境。在本发明中，考虑船体之间的相对运动，引入船体运动模型，给出了基于三径信道的动态信道模型。
本发明与原PO模型技术上的不同主要由以下表格呈现：
Figure GDA0003021979380000071
附图说明
图1是本发明实施例提供的海上无线通信动态多径信道模型的构建方法流程图。
图2是本发明实施例提供的海上无线通信动态多径信道模型的构建方法的实现流程图。
图3是本发明实施例提供的仿真使用的场景图。
图4是本发明实施例提供的接收功率与通信距离关系仿真图。
图5是本发明实施例提供的海浪高度预测模型的三维立体图。
图6是本发明实施例提供的数据经过信道传输在接收端处的接收功率示意图。
图7是本发明实施例提供的原PO模型中，数据经过信道传输在接收端处的接收功率示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明考虑了海浪高度和船体移动的影响，引入了海浪高度预测模型和船体运动模型，提出了一种基于三径模型的海上动态多径信道模型，更好地反映了海上无线传输信道环境。
本发明实施例提供的海上无线通信动态多径信道模型的信道响应计算公式为：
h(t)＝h3-ray(t)·(hc(t)+jhs(t))；
其中，h3-ray(t)＝ELOSδ(t)+Ecoh(t)δ(t-tcoh)+Einc(t)δ(t-tinc)；；
Figure GDA0003021979380000081
Figure GDA0003021979380000082
其中，
Figure GDA0003021979380000083
ωm表示最大的多普勒角频率，M＝N/4代表了低频振子的数量，ρn在(0，1)内服从均匀分布。
如图1所示，本发明实施例提供的海上无线通信动态多径信道模型的构建方法包括以下步骤：
S101：给出海浪高度预测模型；
S102：计算有效天线高度；
S103：计算直视路径上接收端处的场强大小；
S104：计算镜面反射路径上接收端处的场强大小；
S105：计算漫反射路径上接收端处的场强大小；
S106：计算镜面反射路径上的时延；
S107：计算漫反射路径上的时延；
S108：增加动态信道模型。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
如图2所示，本发明实施例提供的海上无线通信动态多径信道模型的构建方法包括以下步骤：
步骤一：给出海浪高度预测模型
在本发明中，根据线性海浪理论，认为海浪是平稳正态过程，假设海浪高度h服从均值为0，方差为
Figure GDA0003021979380000091
的高斯分布，概率密度函数为：
Figure GDA0003021979380000092
利用Matlab程序，调用rayleighchan函数和filter函数，输出数据的实部和虚部分别作为对应时刻下发送端和接收端处的海浪高度。
步骤二：计算有效天线高度
将对应时刻下发送端和接收端的海浪高度与天线高度相加作为对应时刻下发送端和接收端处的有效天线高度。即：假设发端天线高度为lTX，收端天线高度为lRX，同一时刻t0下发端的海浪高度为hTX(t0)，收端的海浪高度为hRX(t0)，天线为全向天线，则t0时对应的发端有效天线高度为：
lTXe＝lTX+hTX(t0)；
收端有效天线高度为：
lRXe＝lRX+hRX(t0)；
步骤三：计算直视路径上接收端处的场强大小
根据实际考虑的直视路径距离，计算直视路径上接收端处的场强大小，其计算公式为：
Figure GDA0003021979380000101
其中，Pt为发射功率，Gt,LOS和Gr,LOS为直视路径方向上发送端和接收端的天线增益，dLOS为直视路径距离，λ为波长。
步骤四：计算镜面反射路径上接收端处的场强大小
根据直视路径距离和有效天线高度计算镜面反射点处的入射角和反射角的大小以及反射点到发端和收端的距离，进而得到反射路径上接收端处的场强大小，计算公式为：
Figure GDA0003021979380000102
其中，Gt,coh和Gr,coh为镜面反射路径方向上发送端和接收端的天线增益，dTX,coh(t)为当前时刻下镜面反射点到发端的距离，dRX,coh(t)为当前时刻下镜面反射点到收端的距离，S为阴影因子，计算公式为：
Figure GDA0003021979380000103
Figure GDA0003021979380000104
Θi为入射角，Θr为反射角，β0为海面表面坡度的标准差。
Γrough为粗糙表面反射系数，计算公式为：
Figure GDA0003021979380000105
其中，Γ为菲涅尔反射系数，计算公式为：
Figure GDA0003021979380000111
Θt为折射角，η1和η2为空气和海水的折射率，ρs定义为：
Figure GDA0003021979380000112
Figure GDA0003021979380000113
步骤五：计算漫反射路径上接收端处的场强大小
首先确定漫反射区域范围，本发明中认为漫反射区域为矩形，长为收发天线之间的距离dh，宽为200m。并将漫反射区域划分为若干个区域小块，每个区域小块的面积为10×10＝100m2。
其次计算漫反射路径上接收端处的场强大小，其计算公式为：
Figure GDA0003021979380000114
其中，Atile表示漫反射区域小块面积，Gt,inc和Gr,inc为漫反射路径方向上发送端和接收端的天线增益，dTX,n(t)为当前时刻下漫反射点到发端的距离，dRX,n(t)为当前时刻下漫反射点到收端的距离，φR为满足[0,2π)均匀分布的随机变量，σ0,n表示每个区域小块对应的散射系数，计算公式为：
Figure GDA0003021979380000115
Figure GDA0003021979380000116
步骤六：计算镜面反射路径上的时延，公式为：
Figure GDA0003021979380000117
步骤七：计算漫反射路径上的时延
首先计算每个区域小块对应的路径时延，其中选取区域小块中心点作为路径时延的计算点，并选取区域小块中时延的最大值作为漫反射路径上的时延，其计算公式为：
Figure GDA0003021979380000121
步骤八：船体之间的相对运动会产生多普勒效应，将多普勒效应加入到三径模型中，考虑多普勒频移对信道产生的影响，完成动态三径信道建模。其信道响应计算公式为：
h(t)＝h3-ray(t)·(hc(t)+jhs(t))；
其中，h3-ray(t)＝ELOSδ(t)+Ecoh(t)δ(t-tcoh)+Einc(t)δ(t-tinc)；；
Figure GDA0003021979380000122
Figure GDA0003021979380000123
其中，
Figure GDA0003021979380000124
ωm表示最大的多普勒角频率，M＝N/4代表了低频振子的数量，ρn在(0，1)内服从均匀分布。
下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。
1.仿真条件
本发明仿真实验软件环境：MATLAB R2014a。
本发明仿真条件为给定发射功率为43dBm，中心频率为5.2GHz，发射天线高度6.29m，接收天线高度32.9m，收发天线增益均为0dBi，海面坡度标准差为0.135m。
2.仿真内容与结果
在给定的仿真条件下，本发明仿真了通信距离为0.1km～50km时接收端处接收功率的大小。分别给出了直视路径、镜面反射路径、漫反射路径以及三条路径的叠加信号在接收端处的接收功率随通信距离的变化关系。
3、本发明中给出的海浪高度预测模型的三维立体图如图5所示：本发明中，数据经过信道传输在接收端处的接收功率如图6所示：原PO模型中，数据经过信道传输在接收端处的接收功率如图7所示：两图进行比较可以得出，原PO模型的接收功率是不变的，而本发明所提出的信道模型中的接收功率是不断变化的，反映了信道的快时变特性，因而本发明所提出的信道模型能更好的反映海面真实环境。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种应用海上无线通信动态多径信道模型的无线通信系统，其特征在于，所述应用海上无线通信动态多径信道模型的无线通信系统的海上无线通信动态多径信道模型，信道响应计算公式为：
h(t)＝h3-ray(t)·(hc(t)+jhs(t))；
其中，h3-ray(t)＝ELOSδ(t)+Ecoh(t)δ(t-tcoh)+Einc(t)δ(t-tinc)；
Figure FDA0003014546610000011
Figure FDA0003014546610000012
其中，
Figure FDA0003014546610000013
其中，ELOS(t)表示直视路径上接收端处的场强；Ecoh(t)表示镜面反射路径上接收端处的场强；Einc(t)表示漫反射路径上接收端处的场强；
ωm表示最大的多普勒角频率，M＝N/4代表了低频振子的数量；
海浪高度预测模型，海浪高度h服从均值为0，方差为
Figure FDA0003014546610000015
的高斯分布，概率密度函数为：
Figure FDA0003014546610000014
利用Matlab程序，调用rayleighchan函数和filter函数，输出数据的实部和虚部分别作为对应时刻下发送端和接收端处的海浪高度；
计算有效天线高度，发端天线高度为lTX，收端天线高度为lRX，同一时刻t0下发端的海浪高度为hTX(t0)，收端的海浪高度为hRX(t0)，天线为全向天线，t0时刻对应的发端有效天线高度为：
lTXe＝lTX+hTX(t0)；
收端有效天线高度为：
lRXe＝lRX+hRX(t0)；
计算直视路径上接收端处的场强大小，计算公式为：
Figure FDA0003014546610000021
其中，|ELOS|表示直视路径上接收端处的场强模值，φLOS表示直视路径上接收端处的场强的相位，Pt为发射功率，Gt,LOS和Gr,LOS为直视路径方向上发送端和接收端的天线增益，dLOS为直视路径距离，λ为波长；
计算镜面反射路径上接收端处的场强大小计算公式为：
Figure FDA0003014546610000022
其中，|Ecoh|表示镜面反射路径上接收端处的场强模值，φcoh表示镜面反射路径上接收端处的场强的相位，Gt,coh和Gr,coh为镜面反射路径方向上发送端和接收端的天线增益，dTX,coh(t)为当前时刻下镜面反射点到发端的距离，dRX,coh(t)为当前时刻下镜面反射点到收端的距离，S为阴影因子，计算公式为：
Figure FDA0003014546610000023
Figure FDA0003014546610000024
Θi为入射角，Θr为反射角，β0为海面表面坡度的标准差；
Γrough为粗糙表面反射系数，计算公式为：
Figure FDA0003014546610000025
其中，Γ为菲涅尔反射系数，计算公式为：
Figure FDA0003014546610000031
Θt为折射角，η1和η2为空气和海水的折射率，因子ρs定义为：
Figure FDA0003014546610000032
Figure FDA0003014546610000033
根据直视路径距离和有效天线高度计算镜面反射点处的入射角和反射角的大小以及反射点到发端和收端的距离，得到反射路径上接收端处的场强大小；
计算漫反射路径上接收端处的场强大小计算公式为：
Figure FDA0003014546610000034
其中，|Einc|表示漫反射路径上接收端处的场强模值，φinc表示漫反射路径上接收端处的场强的相位，Atile表示漫反射区域小块面积，Gt，inc，n和Gr，inc，n为漫反射路径方向上发送端和接收端的天线增益，dTX,n(t)为当前时刻下漫反射点到发端的距离，dRX,n(t)为当前时刻下漫反射点到收端的距离，φR为满足[0,2π)均匀分布的随机变量，σ0,n表示每个区域小块对应的散射系数，计算公式为：
Figure FDA0003014546610000035
Figure FDA0003014546610000036
计算镜面反射路径上的时延，公式为：
Figure FDA0003014546610000041
计算漫反射路径上的时延计算公式为：
Figure FDA0003014546610000042
2.一种如权利要求1所述无线通信系统的海上无线通信动态多径信道模型的构建方法，其特征在于，所述海上无线通信动态多径信道模型的构建方法包括以下步骤：
步骤一，海浪高度预测模型，海浪高度h服从均值为0，方差为h02的高斯分布，概率密度函数为：
Figure FDA0003014546610000043
利用Matlab程序，调用rayleighchan函数和filter函数，输出数据的实部和虚部分别作为对应时刻下发送端和接收端处的海浪高度；
步骤二，计算有效天线高度，发端天线高度为lTX，收端天线高度为lRX，同一时刻t0下发端的海浪高度为hTX(t0)，收端的海浪高度为hRX(t0)，天线为全向天线，t0时刻对应的发端有效天线高度为：
lTXe＝lTX+hTX(t0)；
收端有效天线高度为：
lRXe＝lRX+hRX(t0)；
步骤三，计算直视路径上接收端处的场强大小，计算公式为：
Figure FDA0003014546610000044
其中，|ELOS|表示直视路径上接收端处的场强模值，φLOS表示直视路径上接收端处的场强的相位，Pt为发射功率，Gt,LOS和Gr,LOS为直视路径方向上发送端和接收端的天线增益，dLOS为直视路径距离，λ为波长；
步骤四，计算镜面反射路径上接收端处的场强大小计算公式为：
Figure FDA0003014546610000051
其中，|Ecoh|表示镜面反射路径上接收端处的场强模值，φcoh表示镜面反射路径上接收端处的场强的相位，Gt,coh和Gr,coh为镜面反射路径方向上发送端和接收端的天线增益，dTX,coh(t)为当前时刻下镜面反射点到发端的距离，dRX,coh(t)为当前时刻下镜面反射点到收端的距离，S为阴影因子，计算公式为：
Figure FDA0003014546610000052
Figure FDA0003014546610000053
Θi为入射角，Θr为反射角，β0为海面表面坡度的标准差；
Γrough为粗糙表面反射系数，计算公式为：
Figure FDA0003014546610000054
其中，Γ为菲涅尔反射系数，计算公式为：
Figure FDA0003014546610000055
Θt为折射角，η1和η2为空气和海水的折射率，ρs定义为：
Figure FDA0003014546610000056
Figure FDA0003014546610000057
根据直视路径距离和有效天线高度计算镜面反射点处的入射角和反射角的大小以及反射点到发端和收端的距离，得到反射路径上接收端处的场强大小；
步骤五，计算漫反射路径上接收端处的场强大小计算公式为：
Figure FDA0003014546610000061
其中，|Einc|表示漫反射路径上接收端处的场强模值，φinc表示漫反射路径上接收端处的场强的相位，Atile表示漫反射区域小块面积，Gt，inc，n和Gr，inc，n为漫反射路径方向上发送端和接收端的天线增益，dTX，n(t)为当前时刻下漫反射点到发端的距离，dRX，n(t)为当前时刻下漫反射点到收端的距离，φR为满足[0，2π)均匀分布的随机变量，σ0，n表示每个区域小块对应的散射系数，计算公式为：
Figure FDA0003014546610000062
Figure FDA0003014546610000063
步骤六，计算镜面反射路径上的时延，公式为：
Figure FDA0003014546610000064
步骤七，计算漫反射路径上的时延计算公式为：
Figure FDA0003014546610000065
步骤八，信道响应计算公式为：
h(t)＝h3-ray(t)·(hc(t)+jhs(t))；
其中，h3-ray(t)＝ELOSδ(t)+Ecoh(t)δ(t-tcoh)+Einc(t)δ(t-tinc)；
Figure FDA0003014546610000066
Figure FDA0003014546610000071
其中，
Figure FDA0003014546610000072
其中，ELOS(t)表示直视路径上接收端处的场强；Ecoh(t)表示镜面反射路径上接收端处的场强；Einc(t)表示漫反射路径上接收端处的场强；
ωm表示最大的多普勒角频率，M＝N/4代表了低频振子的数量。
3.如权利要求2所述的海上无线通信动态多径信道模型的构建方法，其特征在于，所述步骤二中将对应时刻下发送端和接收端的海浪高度与天线高度相加作为对应时刻下发送端和接收端处的有效天线高度。
4.如权利要求2所述的海上无线通信动态多径信道模型的构建方法，其特征在于，所述步骤五中确定漫反射区域范围，漫反射区域为矩形，长为收发天线之间的距离dh，宽为200m；并将漫反射区域划分为若干个区域小块，每个区域小块的面积为10×10＝100m2。
5.如权利要求2所述的海上无线通信动态多径信道模型的构建方法，其特征在于，所述步骤七中计算每个区域小块对应的路径时延，其中选取区域小块中心点作为路径时延的计算点，并选取区域小块中时延的最大值作为漫反射路径上的时延。
CN201810220796.XA 2018-03-16 2018-03-16 海上无线通信动态多径信道模型及构建方法 Active CN108540248B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810220796.XA CN108540248B (zh) 2018-03-16 2018-03-16 海上无线通信动态多径信道模型及构建方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810220796.XA CN108540248B (zh) 2018-03-16 2018-03-16 海上无线通信动态多径信道模型及构建方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108540248A CN108540248A (zh) 2018-09-14
CN108540248B true CN108540248B (zh) 2021-06-11

Family

ID=63484711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810220796.XA Active CN108540248B (zh) 2018-03-16 2018-03-16 海上无线通信动态多径信道模型及构建方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108540248B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109408919B (zh) * 2018-10-11 2022-07-22 南通先进通信技术研究院有限公司 一种海域蒸发波导信道生成方法
CN111162845A (zh) * 2020-01-14 2020-05-15 南通先进通信技术研究院有限公司 一种海域视距信道生成方法
CN114189301B (zh) * 2021-10-22 2024-06-18 中国人民解放军63892部队 一种基于实测多径数据的无线信道仿真方法及装置
CN115102644B (zh) * 2022-06-06 2024-05-14 中国电信股份有限公司 一种路径损耗获取方法、装置、电子设备及存储介质
CN115642972B (zh) * 2022-12-23 2023-03-21 鹏城实验室 动态信道通信检测方法、装置、设备及可读存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008059629A1 (fr) * 2006-11-14 2008-05-22 National Institute Of Information And Communications Technology Appareil et méthode d'analyse d'une caractéristique d'un canal
CN106254010A (zh) * 2016-08-04 2016-12-21 厦门大学 一种时变海洋信道建模方法
CN107171755A (zh) * 2017-03-31 2017-09-15 西安电子科技大学 基于fpga的时变基带多径信道模拟装置及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101972863B1 (ko) * 2015-12-28 2019-04-26 주식회사 이노와이어리스 채널 시뮬레이터의 제어 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008059629A1 (fr) * 2006-11-14 2008-05-22 National Institute Of Information And Communications Technology Appareil et méthode d'analyse d'une caractéristique d'un canal
CN106254010A (zh) * 2016-08-04 2016-12-21 厦门大学 一种时变海洋信道建模方法
CN107171755A (zh) * 2017-03-31 2017-09-15 西安电子科技大学 基于fpga的时变基带多径信道模拟装置及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Novel Maritime Channel Models for Millimeter Radiowaves;Niloofar Mehrnia，et al.;《2016 24th International Conference on Software, Telecommunications and Computer Networks (SoftCOM)》;20161208;全文 *
海上移动信道分析及抗多径接收机设计与仿真;闫鲁生等;《计算机仿真》;20090731;第26卷(第7期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108540248A (zh) 2018-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108540248B (zh) 海上无线通信动态多径信道模型及构建方法
Chandrasekhar et al. Localization in underwater sensor networks: survey and challenges
Wu et al. Ray tracing based wireless channel modeling over the sea surface near Diaoyu islands
CN106850087B (zh) 一种开阔地环境的信道建模方法及装置
CN108718224B (zh) 一种无线通信信道仿真计算方法
WO2023169590A1 (zh) 一种适用于全频段全场景的6g普适信道建模方法
CN114124266B (zh) 一种基于irs辅助无人机与无人船通信的信道建模方法
CN110212955B (zh) 一种基于射线的3d mimo信道建模的方法
CN113098643A (zh) 一种改进的贝叶斯海上无线通信信道衰落估计方法
CN114499724B (zh) 一种面向低轨卫星通信的空时频非平稳传输特性分析方法
Oestges et al. Inclusive radio communications for 5G and beyond
Khan et al. UWB Saleh–Valenzuela model for underwater acoustic sensor network
JP2000512831A (ja) 無線波複数経路フェージングの効果を決定する方法
CN110601781A (zh) 一种城市街道环境下用于5g通信的虚拟几何信道建立方法
CN113162712B (zh) 一种基于传播图理论的多波束信道建模方法
CN106162672B (zh) 基于非合作博弈的水下移动无线传感器网络功率控制方法
CN117220808B (zh) 一种基于环境驱动和任务驱动的空海跨介质信道建模方法
Ahmed et al. Distributed real-time sound speed profiling in underwater environments
CN111162845A (zh) 一种海域视距信道生成方法
Li Reflection of the multi-hop HF radio on the rough ocean surface
KR100205957B1 (ko) 전기 영상 트리를 이용한 전파 경로 추적 방법
Wang The study of multi-hop HF radio propagation
Chen et al. The Influence of Wave Spectrum and Antenna Attitude on the Offshore Electromagnetic Spectrum Distribution
Su et al. Acoustic propagation properties of underwater communication channels and their influence on the medium access control protocols
CN114827937A (zh) 基于单移动信标的水下传感器网络节点定位方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant