卫星移动通信信道特性分析
卫星移动通信信道模型及仿真
ｃ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎ ｏ ｎｃ ｉ ．Ｔｈ ｉ ｌ ｉｎｏ ｙｅ ｇ ｈ ｎ ｅ，Ｒ ｃ ｎｃ ａ ｎ ｌ ｎ ｉ ａ ／ ｏ ｎ ｒ ｌ ｈ ｎ ｅ ｗ ｓ ａｏ ｅｓ ｍｕａ ｏ ｆ ｔ Ｒａ ｌｉ ｈｃ ａ ｎ ｌ ｉ ａ ｈ ｎ ｅ ａ ｄＲ ｃ ｎ Ｌ ｇ ｏｍａ ｃ ａ ｎ ｌ ａ ｎ ｉ ｉ
Ｗ ＡＮＧ ｕ —ｉ Ｚ ＡＮＧ ｉｎ ｙ ｎ Ｊｎｌ ｎ， Ｈ Ｊａ — ｕ
（ ｌ ｔ ｎｃＥ ｇ ｎｅ ｉｇ Ｉ ｓ ｔｔ ｏ Ｌ Ｈｅ ｅ ２ ０ ３ ， ｈ ｎ ） Ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｉｅｒｎ ｎｔ ｕ ｅ ｆ Ｐ Ａ， ｆ ｉ ３ ０ ７ Ｃ ｉａ ｃｏ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｏ ｌ ｗｉ ｇ ａ ｆ ｌ ａ ａ ｙ ｉ ｏ ｈ ｅ ｙ ｉａ ｈ ｎ ｅ ｏ ｅ ｓ ｉ ａ ｅ ｌ ｅ ｍｏ ｉ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｆ ｌ ｏ ｎ ｕ ｌ ｎ ｌ ｓ ｓ ｆ ｔ ｒ ｅ ｔ ｐ ｃ ｌｃ ａ ｎ ｌｍ ｄ ｌ ｎ ｓ ｔ ｌ ｔ ｂ ｌ ｉ ｅ
ｍ ａ ｅ ｗｉ ｉｆ ｒ ｎ ｈ ｎ ｅ ａ ａ ｔ ｒ ． Ｔｈ ｎ ｗｅ ｆ ｄ ｔ ａ ｓ ａ ｔ ｔ ｌｉ ｆ ｅ ｃ ｆ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｆ ｃ ｏ ｓ ｄ ｔ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｃ ａ ｎ ｌｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｈ ｅ ｉ ｈ ｔ ａ ｏ ａ ｎ ｌ ｎ ｅ ｏ ｉｆ ｒ ｎ ａ ｔ ｒ ，ｂ ｔ ｎ ｕ ｉ
文 章 编 号 ：０ ２０ ４ （ ０ ７０ —０ １０ １０ —６ ０ ２ ０ ）３０ ９— ３
卫 星移 动通 信 信道 模 型及 仿 真
王 俊 林 ， 剑 云 张
（ 放军电子工程学院 ， 解 安徽 合 肥 ２０ ３ ） ３ ０ ７
摘 要 ： 移 动 卫 星 通 信 的 三 种 典 型 信 道 进 行 了 完 整 的 理 论 分 析 。 通 信 信 号 在 不 同 的 信 道 参 数 条 件 下 ， 过 瑞 利 对 经 （ ａ ｌ ｎ ｈ 信 道 、 斯 （ ｉａ ） 道 和 阻 挡 效 应 下 的莱 斯 信 道 （ ｃ ｎ Ｌ ｇ ｏｍａ） 行 了计 算 机仿 真 ， 到 了仿 真 结 果 。经 分 Ｒ ｙｅ ｇ ） ｉ 莱 Ｒｃ ｎ 信 ｉ Ｒｉａ ／ ｏ ｎ ｒ １进 ｉ 得 析 比较 发 现 ， 道 参 数 不 同 ， 到 的误 码 率 曲线 不 同 。信 道 的 性 能 主 要 取 决 于 信 道 参 数 ， 信 得 各种 因 素 的影 响 可 以 归 结 到 这些 参 数 的 影 响 ， 论 分 析 和仿 真 实 验结 果 一 致 。 理 关 键 词 ： 星 移 动 信道 ， 道 仿 真 ， 码 率 卫 信 误
卫星通信技术概念及特点
卫星通信技术概念及特点摘要：以业务、技术实现方式为依据进行分类可将卫星通信系统分为卫星移动通信系统、卫星固定通信系统，现有的卫星移动通信系统有北斗卫星系统、海事卫星系统、铱星卫星系统等。
卫星移动通信系统的作用主要是传输短报文、定位、语音、数据等，而卫星固定通信系统的作用则主要是通信、广播以及提供互联网业务和 VSAT 通信业务。
关键词：卫星移动通信系统卫星固定通信系统空间通信网概念技术引言：自从 80 年代以来，卫星通信系统不断发展，在我国各大领域中得到了广泛的应用。
随着科学技术的进一步发展，人们对数据的传输速度以及信息的实时性与可靠性等都提出了更高的要求。
本文从卫星移动通信系统的概述说起，介绍了卫星通信系统的发展，并详细阐述了卫星移动通信系统在实际中的应用，旨在于进一步推动我国卫星通信系统的发展与应用。
1行业应用现状1.1纤维和载体方式从电力监控安全系统相关的保护的规定可以看出，需要对电源隔离装置、加密装置、防火墙、开关等设备进行配置，需要大量的投资成本和大量的设备维护，同时具备了相对于较大的工作量。
在山区、森林、沙漠等偏僻的地区，都有光纤和交通通道，因此，工作有着较大的困难，易破碎，不易维修。
光纤和输电线路工程施工的过程中会遇到山洪，冰冻，泥石流等自然灾害，这些自然灾害很容易使得通讯中断，同时在发生故障的同时很难给以具体的排查和维修。
1.2GPS通信方式功能不齐全GPS系统通常情况下只具备定位以及定时的相关功能，而在信息传输的过程中不具备通信的能力，所以没有办法符合现实使用的要求。
安全得不到保障。
GPS产于美国，并非属于我国自己生产的全球定位的系统，但是我国的电力系统在能源中占据着比较关键的地位，多以在电力系统中使用GPS，可能会使得对技术的操控失败，或者是暴漏生产的目标，存在着诸多的风险。
环境产生的影响。
如果只是使用GPS的定位和定时的功能，因为GPS 可以对全球进行覆盖，会受到自然环境的影响，尤其是在建筑物比较密集的地区以及盆地，山谷等地方，会使得GPS无法搜索到卫星的信号。
移动卫星通信的信道模型和传输特性分析
文献[ 9 ]根据大量测量数据和曲线拟合 ,给出了模型参
数 b0 、σ和μ随卫星仰角α变化的拟合关系式 :
σ(α) = σ0 + σ1α
(3a)
b0 (α) = b00 + b01α + b02α2 + b03α3
(3b)
μ(α) = μ0 + μ1α + μ2α2 + μ3α3
(3c)
接收信号相位的概率密度函数可近似为 :
其中 ,r 为信号包络 ,b02003 - 03 - 01 基金项目 :教育部重点项目资助 (2000 - 6187) 作者简介 :邱晶 (1978 - ) ,女 ,辽宁省沈阳市人 ,重庆大学硕士研究生 ,主要从事移动卫星通信信道模型 、扩频通信及数字信号 处理方向研究 。
通常 ,根据阴影效应作用的范围 ,可将信道概率模 型分两类 :部分阴影模型和全阴影模型 。C. Loo 提出 的部分阴影模型[5]认为 :接收信号由直视 (LOS Line of Sight) 分量与多径分量之和组成 ,阴影只作用于 LOS 分 量 ,它服从对数正态分布 ; 多径分量是 Rayleigh 分布 的 。G. E. Corazza 和 F. Varalaro 建立的全阴影模型[6]认 为 :阴影不但作用于 LOS 分量 ,也作用于多径分量 ; 接
收信号包络可以看成是两个独立随机过程之积 r = RS , R 是莱斯过程 , S 为对数正态过程 。这两种模 型都认为接收信号中 LOS 信号占主要分量 ,且 LOS 信 号都受到阴影的影响 。其不同之处在于是否认为阴影 作用于多径信号 。考虑到卫星通信主要依靠 LOS 信 号工作而多径分量不占主导地位 ,笔者采用部分阴影 模型对信道进行建模 。
移动通信第三课 移动信道模型和简单定量分析
若 Bs > Bc：“频率选择性衰落（FSF）”
信号传输速率受多径时延的限制。
多径信道---多普勒扩展与相关时间
多径信道---多普勒扩展与相关时间
多普勒扩展与相关时间的关系 如下图所示：
相关时间的意义
一般情况下，Ts<<Tc，多普勒扩展可不 考虑：“慢衰落”
采用慢速自适应技术
非相干散射（US）
统计模型为高斯随机变量
WSSUS 的应用
多径瑞利衰落：
瑞利分布没有包括多径时延（频率 选择性） 多径模型为两个或多个独立延时的 瑞利随机变量之和
s(t) R1 R2
τ Σ r(t)
最简单的信道模型
路径跟踪
路径跟踪 2
路径跟踪 3
路径跟踪 4
抽头延时线模型
衰落的原因
接收机运动→多普勒频移 信号传输带宽
与信道带宽相比
多径传播
从接收机“看”多径传播的每条路径 对环境十分敏感
多径传播
多径效应 多径信号相位相反→合成信号 的幅度快速变化 多径信号传播路径不同→时延 散布 接收机或环境运动→多普勒频 移（多普勒调频）
移动通信面临的问题
τkl为从第 l 束多径起始时间开始测量到的第 k 条路 径的到达时间，服从具有参数 λ 的指数分布：
P (τ kl | τ ( k −1) l ) = λ exp(−λ (τ kl − τ ( k −1) l ))
θl、θkl 服从(0,2π)均匀分布：
2 β kl = β 2 (0,0) exp(−Tl / Γ) exp(−τ kl / γ )
卫星移动通信系统的多普勒性能分析研究-通信工程
第1章绪论1.1课题研究目的和意义及国内外研究现状1.1.1课题研究的目的和意义本课题所研究的内容是对卫星移动通信系统中的多普勒效应进行分析，如果卫星与卫星之间或者卫星与移动用户终端之间或者卫星与地面基站之间存在相对运动，那么接收端所接收到的到的发射端载频会产生一定的频移，由于卫星与基站之间的相对运动所引起的附加频移被称为多普勒频移。
采用相关解调的数字通信受多普勒频移的影响相对较大。
如果相对运行速度较小，多普勒频移较小，此影响可以忽略不计。
如果存在着很大的相对径向运动，会产生较大的多普勒频移，这种情况就必须考虑多普勒效应对移动通信系统的影响，而且由于目前的移动通信网络中所使用的频段正在慢慢加大，频率的提高（即波长的减小）也会使多普勒频移增大，这些原因导致多普勒频移成为影响移动卫星通信系统的一个关键因素。
在卫星移动通信系统中，如果接收端接所接收到的频率与波源所产生的的实际频率之间发生了较大的多普勒频移，会使得接收端没有办法进行正确的解调，而使通信系统的效率下降。
为了解决通信系统被多普勒频移所影响这一问题，就需对多普勒效应的特点和变化的规律进行深入的研究，进而得出相应的解决方法。
1.2国内外研究现状1.2.1卫星移动通信的多普勒效应国内外的研究现状（1）国外研究现状文献[1]直接运用了几何分析法对通信卫星和地面移动终端的相对移动速度进行了计算,从而得出多普勒的频移值和变化率，这种方法被国内外对多普勒效应的研究所引用，但是这个文献中所给出的多普勒公式并不适用于所有的椭圆轨道，也没有体现多普勒频移的大小与卫星的参数之间的关系。
文献[2]首先研究的是用户仰角、卫星的轨迹与卫星到地面基站之间距离的时变关系，然后计算出可视时间段内不同用户仰角下的多普勒频移的大小，这种方法非常直接的展示了在可视时间段内的多普勒“S”型变化曲线，但是这种方法需要以最大用户仰角作为参数，并不能得出卫星运行一段时间内的多普勒辩护率。
卫星通信的信道测量和建模
卫星通信信道的建模和测量一、通信卫星分类卫星可以分类的方式有很多种，这里只列出常见的分类。
1.1 轨位卫星可以根据轨道的高度分为以下几种。
其中，近地轨道卫星（Land mobile satellite-LMS）为当前研究的热点。
因为在高轨位上，卫星信道更加趋近于高斯信道。
而在低轨位工作的卫星，由于其运动性，会存在遮挡、时变、多径效应和多普勒效应。
1.LEO (low earth orbit): 160~2000km2.MEO (medium earth orbit): 2000~36000km3.HEO (high earth orbit)：>36000km4.GEO (geostationary orbit)：36000km1.2 频段按照卫星工作的频段，一般可以分为以下几类。
其中，在卫星信道测量上，要特别考虑高频段所带来的阴影衰落，以及天气状况。
工作在ka波段的卫星，雨衰严重。
1.L-band: 0.3~3G2.S-band: 2-4G3.C-band: 4~8G4.X-band: 8~12G5.Ku-band: 12~18G6.Ka-band: 27~40G1.3 服务区域根据卫星服务的区域不同，又可以把卫星分为以下几类。
如果卫星服务的区域在城区，则遮挡会更加严重。
而在空旷的郊区，则遮挡会相应变少。
另外，最近有些工作是测量热带区域的卫星信道，主要是因为热带区域天气多变，因此，有必要单独考虑。
1.Rural2.Suburban3.Urban4.Tropical area1.4 极化方式根据卫星的极化方式不同，又可以把卫星分为多极化和双极化卫星。
1.Single-polarized2.Dual-polarized目前，大部分信道建模或者测量都是选择其中的一个子集，作为研究对象。
比如，研究近地轨道卫星在Ka波段下城区的信道的测量和建模。
就调研的结果来看，现在大部分文献都集中在低轨卫星条件下，研究卫星信道的测量和建模。
卫星通信信道的传输特性及vsat下行链路具体仿真模型的建立
另外还考虑了对流层闪烁的影响，对于Ka波段的信号，对流层既有减弱作用同时还有增强作用，因此在本文中还观察了对陆层闪烁发生时候的信号的散点图等信息，并统计了对流层闪烁对于通信质量的影响。
关键字：Ka波段VSAT雨衰 对流层闪烁Simulink误码率和容量
Abstract
First ,some basicknowledgeof simulink is introduced. After that ,in the second section,charactersof ka band satellite–communication isintroduced. Then a model of Ka band VSAT down-link which subject to rain attenuation andscintillationis built. I use Matlab/Simulink to simulate this model. All the model-data is based on the city ofguangzhou,China.
因此，在本文中，对QPSK和BPSK进行仿真时，均采用了基带(即低通模型)，这是因为：
（1）带通信号的低通复包络
(1-2-2)
对应的复包络为 (1-2-3)
即 (1-2-4)
(1-2-5)
其中,A(t)和 为低通函数。
（2）由帕塞维尔定理得到，经过傅立叶变换之后，功率与能量保持不变，即 即复包络的能量为带通信号能量的2倍，而信号和噪声拥有类似的性质，所以得到了信噪比保持不变，从而为仿真带来了方便。
卫星信道模型总结
0.7
,r 0 ,r 0
瑞利分布包络的概率密度曲线图
0.6
0.5
0.4
0.3 0.2 0.1 0 0
1
2
3
4 5 6 接收信号包络r
7
8
9
10
图 3 Rayleigh 模型的概率密度函数曲线图
15
图 5 Lognormal 分布的概率密度函数曲线
3.4 Nakagami 分布 Nakagami 分布是一种广义的 Rayleigh 分布，用于刻画无线传播环境中的 分簇散射现象。随着形状因子 m 的变化，Nakagami 分布涵盖了单边 Gaussian
分布、Rayleigh 分布和 Rician 分布，即：当 m=1/2 时，Nakagami 分布就变成了 单边高斯分布；当 m=1 时，Nakagami 分布就变成了 Rayleigh 分布；当 m>1 时，Nakagami 分布就和 Rician 分布很接近。 Nakagami 分布的概率密度函数为：
Corazza模 型 概 率 密 度 函 数 曲 线 图
0.5 0.45 0.4 0.35
概 率 密 度 函 数 pdf
0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
0
1
2
3
4 5 6 接 收 信 号 包 络 r(v)
7
8
9
10
图 9 Corazza 模型信号包络概率密度函数曲线图
4.4 Abdi 模型 Abdi 模型认为阴影莱斯模型中直射分量的功率是伽玛随机过程，我们知道 伽玛随机变量的平方根服从 Nakagami 分布，也就是阴影莱斯模型中直射信号 包络服从 Nakagami 分布。Abdi 模型将接收信号表示为：
卫星通信系统的性能分析和优化
卫星通信系统的性能分析和优化卫星通信系统是现代通信领域的一项重要技术，广泛应用于军事、航空、航海、政府和商业等多个领域。
卫星通信系统的性能直接关系到其在实际应用中的效果和可靠性，因此对卫星通信系统的性能分析和优化具有重要意义。
一、卫星通信系统的性能分析卫星通信系统的性能主要包括以下几个方面：1.通信速率通信速率是衡量卫星通信系统性能的重要指标之一，通信速率越快，数据传输效率越高，通信质量也越好。
卫星通信系统的通信速率与信号传输速率、编码方式、调制方式和信道特性等因素相关。
2.信道容量信道容量指的是信道传输信息的能力，也是衡量卫星通信系统性能的重要指标之一，信道容量越大，系统传输数据的能力也越高。
卫星系统的信道容量主要受到系统频段宽度、调制方式和信道噪声等因素的影响。
3.通信时延通信时延是指数据从发送到接收所需要的时间，卫星通信系统的时延受到地面站与卫星之间的距离、信号传输速率、数据包大小等因素的影响。
4.可靠性卫星通信系统的可靠性是指系统在面对各种干扰和噪声环境下，能够正常传输信息的能力，可靠性越高，系统的稳定性也越高。
卫星通信系统的可靠性主要受到天线接收机的灵敏度、编码纠错能力、信号传输方式和链路保护等因素的影响。
二、卫星通信系统的性能优化卫星通信系统的性能优化包括以下几个方面：1.信道编码优化在卫星通信中，信道编码是提高系统传输数据的重要手段，采用有效的信道编码能够提高系统的可靠性和容错性，减少数据传输错误率。
信道编码的优化方法包括前向纠错编码、交织编码和分层编码等。
2.天线技术优化天线是卫星通信系统的重要组成部分，采用高精度和高灵敏度的天线技术能够提高系统接收信号的质量和可靠性。
天线技术的优化方法包括增加反射面积、提高天线指向精度、增加天线阵列等。
3.频谱管理优化频谱资源是有限的，频谱管理优化意味着更好地利用有限的频谱资源提高卫星通信系统的性能。
频谱管理优化的方法包括频段分配合理化、频谱小区划分、频率复用技术等。
卫星通信中的信道建模和性能优化
卫星通信中的信道建模和性能优化随着卫星通信在全球范围内的普及和应用，人们对于卫星通信的性能和质量的要求也不断提高。
卫星通信信道建模和性能优化是卫星通信领域的重要研究方向。
通过对卫星通信信道的建模和性能优化，可以有效提高卫星通信的信号质量和传输效率，满足人们不断增长的通信需求。
卫星通信信道建模卫星通信信道建模是指对卫星通信中的信号传输进行建模和描述，包括信道参数、信道特性等方面的内容。
根据卫星通信中信号传输的不同特点，可以将信道建模分为以下几种类型：1. 广播信道模型广播信道模型是指卫星向广大用户或群体发送信息的模型。
在这种情况下，卫星作为发射方，用户作为接收方。
广播信道模型的特点是发射信号中将包含上行通信信号和一些控制信息，接收方需要通过解码器将这些信息分离开来。
2. 点对点信道模型点对点信道模型是指卫星和地面终端之间建立的点对点通信信道模型。
在这种情况下，信道模型中包括了上行通信信号和下行通信信号，两个通信信号在不同频率范围内进行传输。
同时，点对点信道模型还需要考虑地球自转等因素对信号传输的影响。
3. 多点到多点信道模型多点到多点信道模型是指卫星与多个地面终端之间建立的通信信道模型。
在这种情况下，卫星可以根据用户需要在不同频段进行通信，同时需要考虑到碰撞、波束转移等情况对信道建模的影响。
卫星通信性能优化卫星通信性能优化是指根据不同场景和需求，对卫星通信系统性能进行优化的工作。
性能优化主要针对传输速率、信号质量和通信可靠性等方面进行。
1. 信道编码卫星通信中的信号传输需要进行专门的信道编码，以便在信道传输中进行纠错和误码处理。
常见的信道编码算法包括卷积码、RS码等。
2. 自适应调制自适应调制是针对信道传输中多径衰落、信道噪声等因素对信号传输的影响，通过对调制方式进行选择和调整，以获得更好的传输效果。
常见的自适应调制算法有斯特林自适应调制算法等。
3. 多天线系统多天线系统可以有效提高卫星通信的传输效率和信号质量。
基于射线追踪法的卫星通信MIMO信道特性研究
基于射线追踪法的卫星通信MIMO信道特性研究作者：李云龙,高晓锋来源：《现代电子技术》2010年第13期摘要:卫星信道的研究一直是卫星通信系统的难点,传统上的研究方法都有很明显的缺陷。
将来,卫星移动通信系统会使用MIMO分集技术,这更增加了卫星通信系统研究的难度。
而近年来,随着射线追踪法的发展,运用射线追踪法研究卫星通信信道成为现实,具有很多优势。
运用射线追踪法,建立了城市环境下卫星移动通信MIMO信道的射线追踪模型,对其空间分集和极化分集性能进行了模型仿真性研究。
结果表明,MIMO信道的射线追踪技术能有效提高信道容量。
关键词: 卫星通信; 多输入多输出; 射线追踪; 模型仿真中图分类号文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)13-0076-03Characteristics of Satellite Communication MIMO Channel Model Based on Ray-tracingLI Yun-long, GAO Xiao-feng(Modern Education Technology and Information Center, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China)Abstract:It is difficult to research the channel of satellite communication, and the traditional method has obvious defects. In the future, the MIMO diversity technology will be used in satellite communication system, what will add the difficulty of the research on satellite communication system. Recently, the research on satellite communication channel by using the ray-tracing with its development is realized. The satellite communication MIMO channel model based on ray-tracing techniques in urban environments was setup, the performances of spatial diversity and polarization diversity were simulated and analyzed. The results show that satellite communication MIMO channel model based on ray-tracing technique can improve the channel capacity efficiently.Keywords:satellite communication; MIMO; ray-tracing; model simulation0 引言卫星通信系统的可靠性很大程度上取决于电波传播因素,卫星至移动终端的通信链路工作在较窄的信号范围内,地形和树木的遮蔽衰减以及由反射信号引起的多径衰落都会大大降低通信质量,甚至造成通信中断。
12移动通信信道解析
h1
R d2
h2
x
h2
h1
P
(a)
(b)
图1.2-1障碍物与余隙
(a) 负余隙； (b) 正余隙
1.2 移动通信信道
第1章 移动通信技术基础
绕 射 损 耗 / dB
由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系如图 1.2- 2所示。
－4 －2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 － 2.5－ 2.0－ 1.5－ 1.0－ 0.50 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
所以，电波传播损耗应为： L Lf s 附 加 损 耗
1.2 移动通信信道
第1章 移动通信技术基础
设障碍物与发射点和接收点的相对位置如图 1.2-1 所示。
x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离，称为菲涅尔余隙。
规定阻挡时时余隙为正，如图(b)。
T d1
d2
R
x T
当x＜0时， 即直射线低于障碍物顶点时， 损耗急剧增加
当x=0时， 即TR直射线从障碍物顶点擦过时， 附加损耗约为 6dB
1.2 移动通信信道
第1章 移动通信技术基础
例1 ：设图 1.2- 1(a)所示的传播路径中， 菲涅尔余隙x=-82m, d1=5km, d2=10km, 工作频率为150MHz。 试求出电波传播损耗。
x / x1
图1.2 – 2 绕射损耗与余隙关系
1.2 移动通信信道
第1章 移动通信技术基础
图中纵坐标为绕射引起的附加损耗， 即相对于自由空间传播损耗的分贝数
横坐标为x/x1, 其中x1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径
它由下列关系式可求得： x1 由图知：
移动卫星通信中的三态信道模型
移动卫星通信中的三态信道模型何涛北京邮电大学无线新技术研究所，北京 (100876)E-mail ：buptnimo@摘 要：本文首先介绍了无线信道中主要的损耗和主要的信道模型。
接下来，在理论分析的基础上，提出了一种卫星信道模型。
模型按照卫星直视信号受遮挡的程度不同，将陆地卫星移动通信信道质量的变化描述为三个不同状态。
同时考虑了卫星对接收机仰角不同、不同通信环境等因素对模型的影响。
关键词：信道模型,损耗模型,卫星移动通信1．引言移动卫星信道是一种时变信道，其特性是比较复杂、恶劣的，它带来的多径效应、Doppler 频移和阴影效应严重影响数字信号传输的可靠性，并且可用的频率带宽和功率受到限制[1]。
因此对这样恶劣的信道的建模需要考虑不同的条件，相应不同条件下的信道模型会更加的适用。
由于卫星通信具有通信距离远、覆盖面积大、不受地理条件限制、通信频带宽、传输容量大、通信质量稳定可靠，且费用与通信距离无关，既可以为固定终端，又可为车载、船载和机载移动体以及个人终端提供各种通信业务等特点，所以卫星移动通信在未来的个人通信中将扮演重要的角色。
目前对于高轨道卫星（GEO ）来讲，由于卫星轨道高，路径损耗大，延迟时间长，要求地面站用户终端设备具有高增益、大口径的天线装置和大功率发射设备，显然不能满足全球个人移动通信终端设备体积小、重量轻、易于携带的要求。
而低轨道（LEO ）卫星系统，由于轨道高度低、路径损耗小，能够达到系统所要求的EIRP 和G/T 值，卫星终端可以做到手机化，是实现全球个人移动通信的有效手段之一[2]。
特别是将陆地蜂窝移动通信系统和低轨道移动卫星通信系统相结合作为相互补充可覆盖全球。
使最终真正实现全球个人通信成为可能[3]。
2．无线通信系统的信道模型卫星通信系统服从无线通信系统的性质，多以首先介绍一下无线通信系统中的主要问题和对应的模型。
2.1信道损耗模型在信道的传输中，人们用平均路径损耗来描述和测量发射机与接收机之间的平均衰落。
对卫星通信及卫星信道的论述
对卫星通信及卫星信道的论述作者：张海深来源：《数字技术与应用》2012年第12期摘要：21世纪是移动通信的世纪，移动终端仅仅在21世纪的第一个10年中就已经显示出了无与伦比的优势，并在21世纪的第二十年从通信行业跨行业第一次超越了计算机占据了互联网的大舞台。
卫星通信做为通信系统的重要组成部分，一直默默地为全球数以十亿计的用户提供着移动通信、语音、视频等服务。
关键词：卫星通信信道模型传播特性移动卫星中图分类号：TN927.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）12-0022-02由于卫星系统的优势明显，并且其服务不受天气等自然因素影响，全球覆盖率最高，因此，21世纪终将是一个卫星通信的世纪。
最迟在21世纪中后期，人人都可以通过移动设备随时随地使用通信卫星进行近乎免费的移动通信。
然而，就目前卫星的通信技术来讲，卫星通信中信道问题尤为突出，常见的信道问题有多径衰落、多普勒频移以及影衰落，很好地解决信道问题将可以为人类更快地通向不分区域不分等级地免费使用卫星通信扫清障碍。
1、卫星通信简介1.1 卫星通信及发展过程卫星通信即指以卫星与地面站做为中继，以微波作为传输媒介，有多址技术做为技术依托，为全球任何区域提供统一的无关距离的通信。
卫星移动通信则可以提供全球任意位置的用户之间以及任意用户与任意移动用户或固定用户之间的互联互通，这一点目前的科技早已实现，只是还没有普及到大众使用阶段而已。
卫星移动通信区别于通常的移动通信的最大特点就是提供更大跨度、更大范围、更远距离的无限制漫游，并且可以将服务范围覆盖到所有陆地蜂窝无法覆盖的所有区域。
甚至是在荒无人烟的无人区，在不可能有人类活动的区域不可能有任何一家移动公司为用户建立陆地蜂窝基站，而卫星通信却可以在这样的区域内无限制通话，通话品质与在城市之中没有任何差别。
卫星通信是现代科技与现代通讯技术的完美结合，也是航空航天事业的重大突破。
截止2013年，地球静止轨道上的同步卫星就已经超过500颗，非静止轨道卫星已经超过800颗。
卫星通信系统中无线信道的性能评估与优化
卫星通信系统中无线信道的性能评估与优化随着卫星通信技术的不断发展和广泛应用，无线信道的性能评估与优化在卫星通信系统中变得尤为重要。
无论是在卫星通信网络的规划、设计还是运营过程中，了解无线信道的性能特性，以及寻找优化方案，都是确保通信质量和可靠性的关键。
卫星通信系统的无线信道是指从地球上的发射站到卫星，并从卫星传输到地球上的接收站的传输路径。
信道的质量对卫星通信系统的可靠性和性能至关重要。
因此，评估无线信道的性能是实现高效、可靠的通信的关键。
为了评估无线信道的性能，我们需要考虑以下方面：1. 信号强度：信号强度是指信号在传输过程中的衰减程度。
通过测量信号强度，可以确定信道的质量和稳定性。
可以使用功率谱密度来评估信号的强度，并确定是否需要进行信号放大或补偿。
2. 误码率：误码率是指传输过程中发生错误的比特数量与总传输比特数量之比。
误码率是评估卫星通信系统性能的重要指标。
通过测量和分析误码率，可以确定信道的质量和可靠性，并采取相应的纠错措施，以提高传输的可靠性。
3. 带宽利用率：带宽利用率是指在给定频谱范围内传输数据的效率。
优化带宽利用率可以提高信道的吞吐量和效率，从而提高卫星通信系统的性能。
通过使用调制和编码技术、多址技术、自适应调制和编码技术等，可以优化带宽利用率，并提高系统的性能。
4. 多径效应：多径效应是指信号在传播路径中遇到的来自不同路径的多个信号引起的干扰。
多径效应会导致信号衰减、时延扩展、幅度以及相位畸变等问题。
为了评估和优化无线信道，需要采取合适的技术手段来抑制多径效应，如使用均衡技术和自适应滤波器。
在卫星通信系统中，为了优化无线信道的性能，可以采取以下措施：1. 使用合适的调制和编码技术：选择合适的调制和编码技术可以提高信号传输的效率和可靠性。
例如，使用相位调制和编码技术，可以提高抗噪声能力和频带利用率。
2. 实施自适应调制和编码：通过不断监测和调整传输信道的质量和条件，以实现最佳的调制和编码方案。
卫星通信系统中的信道估计和增强技术研究
卫星通信系统中的信道估计和增强技术研究随着技术的不断提升，卫星通信系统已经成为现代通信领域的重要组成部分。
然而，在遥远的空间中进行通信，信道损耗和干扰都会对通信质量造成一定影响。
因此，如何对卫星通信信道进行准确估计和增强成为了一个重要研究方向。
本文将探讨卫星通信系统中的信道估计和增强技术研究。
一、信道估计技术在卫星通信中，信道估计是一个十分重要的技术，它可以帮助我们准确地建立衰落信道模型。
而卫星通信的信道环境需要考虑的因素十分多样，例如信号的频率、地球偏转角度等。
因此，对于信道建模，我们需要采用不同的建模方法。
其中一个常用的方法是使用时-频联合估计技术，该方法将频率和时间分别作为横纵坐标，将时频响应转化为二维图像，并通过图像处理算法得到信道估计结果。
此外，我们还可以使用最小均方误差方法、时间序列分析方法等进行信道建模。
二、信道增强技术信道增强是卫星通信系统中的另一个重要环节。
当信号经过长距离传输后，会遭受很多不可避免的干扰，例如多径效应、天气变化等。
因此，信道增强技术就成为了必不可少的环节。
在信道增强技术中，最常用的是自适应均衡技术。
该技术利用自适应滤波器，根据接收到的信号和通道反馈信息，计算出补偿信号，从而实现对信道的补偿。
此外，我们还可以采用码分多址技术，通过将数据调制到不同的码中，使得不同的用户之间互不干扰，从而有效地提高了通信的品质。
三、未来发展趋势作为一个技术领域，卫星通信的发展迅速。
近年来，随着5G技术的兴起和卫星通信技术的不断提升，卫星通信系统也越来越成为人们的关注重点。
未来，卫星通信领域将会进一步发展和创新，这也催生了许多新的发展趋势。
例如，随着人工智能技术的快速发展，卫星通信系统将会进一步优化和智能化，通过精准的预测和应对策略，提高系统的可靠性和灵活性。
此外，我们还可以采用更加高效的信道估计和增强技术，使用不同的信道模型进行分析和优化，从而提高卫星通信系统的工作效率和性能。
总之，卫星通信系统中的信道估计和增强技术研究是一个十分重要的领域。
卫星通信系统中的信道分配算法研究
卫星通信系统中的信道分配算法研究卫星通信系统是一种重要的无线通信系统，广泛应用于移动通信、军事通信、航空航天等领域。
在卫星通信系统中，信道分配是一项关键任务，它涉及到如何合理地分配有限的通信资源给不同的用户，以满足用户的通信需求。
本文将研究卫星通信系统中的信道分配算法，探讨现有的研究成果，并提出未来的研究方向。
卫星通信系统中的信道分配算法旨在通过合理的算法设计，实现对有限资源（如不同频谱资源、时间资源等）的优化分配，以提高系统的性能和用户的体验。
信道分配算法的设计目标通常包括以下几个方面：提高系统的容量和效率、降低通信时延、减小能耗和保证通信质量等。
在卫星通信系统中，信道分配算法的研究涉及到多个关键问题，如多用户接入、资源分配模型、优化问题的求解等。
首先，多用户接入是卫星通信系统中信道分配算法研究中的一个重要问题。
在现实应用场景中，卫星通信系统往往需要同时服务于多个用户，而用户间的资源竞争是不可避免的。
因此，如何在多用户接入的场景下合理地进行信道分配是一个关键问题。
现有的研究主要集中在通过资源分配策略、排队调度算法等手段来提高系统的效率和用户的体验。
例如，一种常见的策略是为每个用户分配固定的信道资源，通过动态调整信道资源的分配比例来满足用户的不同通信需求。
此外，还有一些基于排队论的调度算法被用于控制用户接入和资源分配的策略设计中。
其次，资源分配模型也是卫星通信系统中信道分配算法研究中的一个重要问题。
在卫星通信系统中，通信资源可分为时间资源和频谱资源两种。
时间资源指的是卫星上每个时间片可分配给不同用户的通信时间，而频谱资源指的是不同的频谱资源可供用户进行通信的频段。
在信道分配算法的研究过程中，如何合理地建立资源分配模型是一个关键问题。
一种常用的资源分配模型是通过对通信资源进行划分和分配，使得每个用户能够获得一定的时间资源和频谱资源。
然后，根据用户的通信需求和系统的性能指标，设计优化算法来实现资源的最优分配。
信道特性分析
信道特性分析有线信道的特性有线信道的定义信道(information channels,通信专业术语)是信号的传输媒质，可分为有线信道和无线信道两类。
无线信道有地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继以及各种散射信道等。
有线信道是指传输媒介为明线有线信道示意图、对称电缆、同轴电缆、光缆及波导等一类能够看得见的媒介。
有线信道是现代通信网中最常用的信道之一。
如对称电缆（又称电话电缆）广泛应用于（市内）近程传输。
有线信道的原理有线信道以导线为传输媒质，信号沿导线进行传输，信号的能量集中在导线附近，因此传输效率高，但是部署不够灵活。
这一类信道使用的传输媒质包括用电线传输电信号的架空明线、电话线、双绞线、对称电缆和同轴电缆等等，还有传输经过调制的光脉冲信号的光导纤维。
有线信道的特点有线信道的传输媒体为导线（双绞线或者光纤等），信号沿导线传输，能量相对集中在导线附近，因此具有较高的传输效率。
有线信道的信噪比高、频带资源窄、存在回波和非线性失真。
无线信道的特性随着科学技术的发展，无线通信已经渗透到我们生活的各个方面，对我们的生活工作有着巨大的影响。
在无线通信系统中，无线通信的信道的特性对整个系统有着巨大的影响，下面我就对无线信道的特性做一下简单的分析。
要想搞明白无线信道具有哪些特性，就要先了解什么是无线信道。
信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，对于无线电波而言，它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条，但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，我们想象两者之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道。
信道具有一定的频率带宽，正如公路有一定的宽度一样。
无线信道中电波的传播不是单一路径，而是许多路径来的众多反射波的合成。
由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径来的反射波到达时间不同，也就是各信号的时延不同。
当发送端发送一个极窄的脉冲信号时，移动台接收的信号由许多不同时延的脉冲组成，我们称为时延扩展。
通信中的信道特性分析技术
通信中的信道特性分析技术通信技术的发展带来了信息传播的革命，让人们能够更方便地获取和分享信息。
在现代通信中，信道扮演着至关重要的角色。
信道特性分析技术是一种非常重要的工具，它可以帮助人们深入了解信道的特点，从而优化通信系统，提高通信质量。
本文将从信道特性的定义、分析技术及其应用等方面来探讨通信中的信道特性分析技术。
一、信道特性的定义通信系统中的信道是指信号传递的媒介。
信道特性是指信道对信号的传输产生的影响以及信号形态的变化规律。
信道的传输特性主要包括传输延时、传播损耗、相位扭曲和信噪比等。
这些特性对信号的品质有着重要的影响。
信道特性的了解是进行通信系统设计，优化和故障排除的前提。
二、信道特性分析技术原始信号通过信道时，会被信道传递延时、失真、衰减、干扰等影响，从而影响到信号的质量。
因此，在进行通信系统设计和优化之前，需要对信道特性进行分析。
常用的信道特性分析技术主要包括以下几种：1. 信号分析技术通过对信号波形进行测量和分析，得出信号的频谱、功率谱密度、带宽等参数。
通过分析这些参数，可以深入了解信号的构成，从而更好地理解信道对信号的影响。
2. 时域分析技术通过观察信号的波形，在时间维度上对信号进行分析，如分析信号的延时、抖动等。
这种方法在分析长距离传输的信号时尤为有效。
3. 频域分析技术通过观察信号的频谱，在频率维度上对信号进行分析，如分析信号的频率响应、带宽等。
这种方法在分析高速数据传输的信号时尤为有效。
4. 极化分析技术通过对信号的极化状态进行测量和分析，可以对信道的传输特性进行描述。
这种方法在分析水声通信、卫星通信等场景时尤为有效。
三、信道特性分析技术的应用1. 通信系统设计在进行通信系统的设计时，需要深入了解信道的特性，并根据信道特性选择合适的通信技术、调制方式等。
例如，在分布式传感网络系统设计中，需要根据信道的多径特性选择合适的调制方式，以实现更高效的信号传输。
2. 通信系统优化在通信系统的运行过程中，由于信道的特性可能发生变化，可能会导致通信质量的下降。
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收稿日期:2003-09-10基金项目:国家自然科学基金资助项目/个人移动卫星通信电波传播特性研究0(60172006)作者简介:1.符世钢(1979-),男,云南安宁人,云南大学信息学院通信与信息系统专业在读硕士研究生,主要从事移动通信关键技术研究;2.任友俊(1973-),男,云南宣威人,曲靖师范学院计科系讲师、工学硕士,主要从事网络通信及其编程研究;3.申东娅(1965-),女,云南昆明人,云南大学信息学院副教授,主要从事移动通信研究.卫星移动通信信道特性分析符世钢1,任友俊2,申东娅3(1.3.云南大学信息学院,云南昆明 650091;2.曲靖师范学院计科系,云南曲靖 655000)摘 要:卫星移动通信作为地面移动通信的补充,是实现全球个人通信的必不可少的手段之一,同时也是目前发展最迅速的通信技术之一.卫星移动通信具有卫星固定业务和移动通信双重特点,其电波传输距离远,经历的环境特殊,导致其信道特性远比地面系统复杂.因此,研究其信道特性是设计出高效实用的通信系统的关键环节.本文对其信道特性进行了具体深入的分析,并对某些衰减因素的解决措施作了简要探讨.关键词:卫星移动通信;信道特性;传输损耗;多普勒频移中图分类号:TN927+123 文献标识码:A 文章编号:1009-8879(2003)06-0071-04卫星移动通信是指利用卫星实现移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信.近年来地面蜂窝移动通信系统得到了飞速发展,但是它的覆盖范围有限,仅能为人口集中的城市及其附近地区提供服务.为了获得全球范围的无缝覆盖,实现名符其实的全球个人通信,不得不引入卫星移动通信来作为地面移动通信的补充.卫星移动通信具有覆盖面积大、业务范围广、适用于各种地理条件等优点,在过去二三十年中发展十分迅速,成为极具竞争力的通信手段之一.与地面移动通信系统不同,卫星移动通信系统的电波传播要经过漫长的距离,其间要受到多种因素的干扰.这大大增加了接收信号的波动性,成为保证通信质量的最大障碍.为此,研究信道特性成为设计通信系统的首要任务.本文将对其进行具体分析.1 传输损耗卫星移动通信中电波传播要经过对流层(含云层和雨层)、平流层直至外层空间,传输损耗大致为自由空间传输损耗与大气损耗之和.111 自由空间传输损耗在整个卫星无线路径中自由空间(近于真空状态)占了绝大部分,因此,首先考虑自由空间传播损耗.卫星移动通信系统无线链路与大尺度无线电波传播模型类似,在自由空间模型中,接收功率的衰减为T-R 距离的幂函数[1].当发射和接收天线均具有单位增益时,自由空间路径损耗为:L f =10lg(4P K d )2=20lg(4P 3@108d f )(db)(1)当d 取km 、f 取GHz 为单位时,可简化为下式:L f =92145+20lgd +10lg f (db)(2)112 大气层损耗大气层在卫星无线路径中所占比例不大,但却是最不稳定的区域,其损耗是卫星移动通信最具特色的信道特征之一.伴随着天气的变化,降雨、降雪、云、雾等都不可避免地对穿透其中的电波产生损耗,个别极恶劣的天气甚至会造成通信信号的中断.由于各种客观条件的限制,目前对其损耗只能通过实际观测积累数据并由此总结出一些经验公式.在各种天气引起的损耗因素中,降雨损耗所占的比例最大且具有代表性.在雨中传播的电波会受到雨滴的吸收和散射影响而产生衰落.此时引入降雨衰减系数的概念,即由降雨雨滴引起的每单位路径上的衰减R ,R 如下式所示:第22卷 第6期2003年11月曲 靖 师 范 学 院 学 报JOURNAL OF QUJING TEACHERS COLLE GEVol.22 No.6Nov.2003R=41343@103Q+]0n(r)8(r,K)d r(db/km)(3)上式中n(r)d r是单位体积中半径在r和(r+ d r)之间的雨滴数目,它取决于降雨强度;8(r, K)是半径为r的雨滴对电波为K的衰减截面,它取决于工作频率.值得注意的是,当电波波长远大于雨滴的直径时,降雨损耗中雨滴的吸收起主要作用;而当雨滴的直径增加或波长缩短时,散射作用就会增大[2].理论上用降雨衰减系数与电波穿透的雨区路径相乘即可得总的降雨损耗.但实际上降雨衰减系数在电波传播路径上的不同点各不相同,给计算带来了极大的困难,为此需要对二者进行转换.此时引入了降雨强度P的概念,即单位时间的降雨量,P如下式所示:P=Q+]0n(r)(4P3r3)Q v(r)d r(4)式中,Q是水的密度,v(r)是地面处半径为r 的雨滴的下落速度.在计算卫星通信传播路径上的降雨损耗时,必须知道降雨区域的等效路径长度D(B),其基本定义如下:D(B)=当仰角为B时传播路径上产生的总降雨衰减/对应于地球站所在地降雨强度的单位距离降雨衰减系数(5)在1~50GHz的频段内,可以认为降雨衰减大致与降雨强度成正比,因此借助于降雨强度的概念, (5)式可近似表示为:D(B)=Q+]0R(r)d rR(0)(km)(6)这就是说,所谓降雨地区的等效路径长度,就是把电波传播路径上不同点的不同降雨强度折算成地球站所在地的降雨强度时得到的等效路径长度.从(5)式可以看出,可以用地球站所在地的降雨衰减系数与等效路径长度相乘,来得到仰角为B 的传播路径上产生的总的降雨损耗,这将极大地方便我们进行计算和预测.但是,在具体计算D(B)时,既不可能测定Q+]0R(r)d r,又不可能计算出时刻都在变化着的等效路径长度的瞬时值,所以,一般都是使用等效路径长度的统计值.它定义为:某一仰角的传播路径上,某一频率的电波所测得的对应于某一时间概率的降雨衰减量(db),与同一时期内测得的、同一时间概率的降雨衰减系数之比(db/km).2折射、闪烁、法拉第旋转除了大气层中的传输损耗外,大气层中的不规则特性也会对无线电波产生衰减.此外,当电波通过电离层这一极其特殊的环境时,也会发生特殊的变化.211大气折射无线电波穿透大气层时要发生折射,大气折射率随着高度增加、大气密度减小而减小.于是,从地球站看卫星,电波射线传播路径产生向上凸出的弯曲,致使该路径的仰角比真实仰角偏高,且还因传播途中大气折射率的变化而随时变化.大气折射率的这一变化对穿透其中的电波起到一个凹透镜的作用,从而使电波的聚束失散而引起散焦损耗,这种损耗与频率无关.此外,对流层的扰动引起大气折射率发生起伏,使得电波向各个方向上散射,导致了波前到达大天线口面时其幅度和相位分布不规则.这种损耗称为漫射损耗或散射损耗.散焦衰减和散射衰减通常都很小,但它们与大气层的天气状况无关而经常存在,因此在设计卫星移动通信系统,特别是低仰角系统时必须加以考虑.212闪烁闪烁按其成因可分为大气闪烁和电离层闪烁.21211大气闪烁由于大气折射率的不规则变化引起的信号强度的起伏现象,称之为大气闪烁.这类闪烁的周期约为几十秒.2~10GHz的大气闪烁是由于大气的不规则引起的电波的多径散射和收敛.测量表明,标准大气中的信号强度为高斯分布.如直径为30米的天线在仰角为5b的情况下,信号强度的起伏幅度为016分贝.21212电离层闪烁电离层中自由电子并非均匀分布,而是呈层式分布,此外,自由电子在电离层中不断地发生随时游动.电离层结构的这种不均匀性和时变性造成穿透其中的无线电波在振幅、相位、到达角、极化状态等方面发生短周期的不规则变化,这种现象称为/电离层闪烁0.它与卫星移动通信系统的工作频率、地理位置、地磁活动情况以及当地季节#72#曲靖师范学院学报第22卷时间等有关,尤其与地磁纬度和当地时间有关[3].在地磁赤道附近及高纬度地区(尤其地磁65b以上)电离层闪烁极其明显和频繁.时间上,在太阳活动较强的年份闪烁频度会明显增大,甚至在白天也能观测到闪烁.电离层闪烁涉及到的频域很宽,这使得通常采用的频率分集、极化分集、扩展频谱等抗衰落措施往往行不通.例如在UHF频段,3db相关带宽超过100MHz,如要使用频率分集,则需要频率间隔大于100MHz,这在实现上存在很大困难.此外,电离层闪烁涉及的地域也很广阔,且电离层中不规则区域会发生漂移从而引起所涉及的地域发生变化,这些特点使得采用空间分集的抗衰落方法也变得不现实.目前解决电离层闪烁的有效办法是时间分集和编码分集,也可采用增加储备余量的方法来减小其造成的影响.213法拉第旋转由于地球磁场的影响,电离层中等离子体媒质呈现出各向异性特性.卫星移动通信中电波广泛采用线极化和圆极化的形式.一个线极化波可以看成是等振幅的左旋和右旋两个圆极化波的合成,在属于磁性等离子媒质的电离层中传播时,由于其各向异性特性,这两者的相速不同,致使两个圆极化波之间的相位差发生变化.当它们通过电离层后,重新合成的线极化波的极化面相对于入射波方向产生缓慢的旋转,称为法拉第旋转[4].旋转角度H的大小与电波频率、地球磁场强度、等离子体的电子密度、传播路径长度等有关,其计算可以使用下式:H=21365@1041f2Q L NB cos A d L(弧度)(7)式中f为频率,N是电子密度,B是地球磁场的磁能量密度,A是传播路径与地球磁场的夹角, L是在电离层中传播路径的长度.从上式可见,法拉第旋转的大小与频率的平方成反比.因此,对于较低的频率(1GHz),为了克服法拉第旋转,需要采用圆极化作为发射电波的极化方式,或者采用极化跟踪技术.当频率升高(尤其是大于10GHz)时,法拉第效应往往可以忽略,此时就可以采用线极化波了.3阴影效应,多径衰落,多普勒频移除了以上提到的特性外,卫星移动通信由于其本身兼有卫星固定业务和移动通信双重特色,使其信道具有更多的复杂性,这成为研究的又一重点.311阴影效应与单纯的固定业务卫星通信不同,卫星移动通信具有很大的机动性和灵活性,地面通信地点无法预先选择.因此当电波传播路径遇到建筑物、树木、起伏山丘等障碍的阻挡时,会造成接收信号电平的下降,这一现象称为阴影效应,所引起的信号衰落称为阴影衰落,其大小取决于障碍物状况和信号的频率.目前针对不同的障碍物已做出许多实际测试,比如针对树木遮挡损耗,典型的就有Goldhirsh和Vogel实测的单棵树木在870MHz(右旋圆极化传输)的衰减量和Michigan进行的以116GHz电波仰角穿透单棵红树冠时的衰减量.从实际测试中已得到大量有用数据和经验公式.312多径衰落无线电波在传播过程中会遇到建筑物、树木、山丘等各种障碍物,产生出反射波、散射波、绕射波,这就使得接收到的信号是从多条路径传播来的信号的合成.由于在各条路径上信号传输时间不同,到达接收端时相位也就不同.不同相位的信号叠加时往往是同相增强、反相减弱,有时甚至相互抵消.这样,接收信号的幅度将急剧变化,即产生了衰落,被称为多径衰落.与固定卫星通信不同,卫星移动通信中移动台的接收天线较小且几乎没有方向性,会从各个方向上接收信号,因此多径衰落广泛地存在于其信道中,其大小与工作频率、天线增益、天线仰角、地形等因素有关.例如对目前常用的GEO(静止地球轨道)卫星移动通信系统,其最大的多径衰落可以超过20db.目前克服多径衰落的措施主要有交织编码与卷积编码相结合、采用差分调制方式、极化成形及空间分集等.313多普勒频移当无线电波收发终端之间产生相对运动时,接收端收到的频率相对于发送端而言就会发生变化,产生的这个附加频率偏移量称为多普勒频移.在卫星移动通信中,卫星和地面移动台的运动都会引起多普勒频移,其大小与卫星轨道高度、轨道类型、地面站纬度等因素有关.MEO(中轨道)、LEO(低轨道)卫星由于与地球产生相对运动,因此多普勒频移通常比GEO(静止地球轨道)卫星大得多.当地面的移动台看到卫星从地面升起时,#73#第6期符世钢,任友俊,申东娅:卫星移动通信信道特性分析有最大的正多普勒频移;当卫星通过地面移动台的最大仰角时,多普勒频移为零;当卫星从地平面消失时,有最大的负多普勒频移.另外,卫星的轨道越低,飞行速度越快,多普勒频移就越大.如果两个发射频率之间的间隔不够大,即小于最大多普勒频移时,则接收端就可能产生相互干扰.同时,它还会使接收机输出信号幅度下降,也会引起较大的相位误差.多普勒频移通常采用闭环频率控制、预校正、差分调制等方法来解决.4 结论在卫星移动通信的发展进程中其信道特性一直是研究的重点.本文从传输损耗,折射、闪烁、法拉第旋转,阴影效应、多径效应、多普勒频移3个方面进行分析,得出的结论普遍适用于GEO,MEO,LEO,HEO 等多种卫星系统,在论述现象的同时给出了一批量化表达式,为理论预测打下了基础.从各种分析中可以看出:由于卫星中继的特殊位置,其双向链路传输损耗大;在传输环境中的多种不稳定因素干扰下信道参数的波动性很大,且在个别情况下产生极大的接收信号衰落.因此,如何对其特性进行优化必将成为又一个研究重点.参考文献:[1]Theodore S.Rappaport :Wireless communications principles and practice .Prentice Hall Inc.中文本:无线通信原理与应用[M ].蔡涛,李旭,杜振民译.北京:电子工业出版社,1999:50~51.[2]全庆一,廖建新,于玲,等.卫星移动通信[M].北京邮电大学出版社,2000:39~40.[3]吴志忠.移动通信无线电波传播[M ].北京:人民邮电出版社,2002:85.[4]张乃通,张中兆,李英涛.卫星移动通信系统[M ].北京:电子工业出版社,1997:25.[5]张更新,张杭.卫星移动通信系统[M ].北京:人民邮电出版社,2001:95.Analysis of channel property for mobile satellite communicationFU Sh-i gang 1,REN You -jun 2,SHEN Dong -ya 3(rmation Co llege of Y u nnan Univer sity,K u nming Y unnan 650091,China;pu ter Dep.,Quji ng Teachers Co llege,Qujing Yunnan 655000,China)Abstract :As a complement of land -mobile communication,mobile satellite communication is an essential method to achieve global personal communication.Meanwhile,it is also one of the communication technologies that develop fastest now.Mobile satellite communication has double trait of both fixed satellite service and mobilecommunication.The transmission of its electric wave has the trait of long distance and special environment.This lead to that its channel property is more complex than land-mobile system.Thus,it is a key part to study its channel property for designing an efficient 、practical communication system.This paper has done a special 、deep analysis of its channel property and has discussed some settlements on certain loss factors.Key words:mobile satellite communication;channel property ;transmission loss;Doppler frequency shift[责任编辑:李国发]#74#曲靖师范学院学报 第22卷。