使用Matlab实现对Ka波段卫星通信衰减信道的性能仿真

《现代电子技术》2004 年第 8 期总第 175 期
图 1 Ka 波段固定卫星通信仿真信道模型
表 1 Ka 波段固定卫星通信信道在各种天气 条件下信号包络和相位的 m 和 R
包络
天气条件 均值
方差
相位
均值
方差
晴天 0. 455
0. 000 56 0. 007 9 0. 003 81
黑云 0. 346 小雨 0. 483
均值高斯随机过程, 其方差分别等于 R′2 和 R"2。高斯过程 1 与
实常数产生器 1 产生的 m′相加后, 生成均值为 m′、方差为 R′2
的高斯随机过程 a。同理可产生高斯随机过程 U。U经指数产生
器生成exp( jU) 后, 与a 相乘, 得到 C( t) = aexp( jU) 乘性干扰
矢量。A WGN 表示信道加性高斯白噪声 z ( t) 。
0. 002 72 0. 015 4 0. 008 64 0. 000 03 0. 008 8 0. 005 46
雷雨 0. 436 小雪 0. 5
0. 013 86 0. 006 8 0. 004 14 0. 000 21 0. 009 4 0. 005 44
冰霜 0. 482 中雨 0. 662
收稿日期: 2004 01 18
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1 Ka 波段卫星通信信道模型
本文继续沿用文献 [ 1] 所给出的 Ka 波段卫星通信信
道的数学模型, 简单的说明如下:
其 方法是把 雨衰作 为一个乘 性因子 引入到信 道仿 真
Fra Baidu bibliotek
分析中。已调信号 s( t) = Re[ s1( t) ex p( j2Pf ct) ] 通过 雨衰 信道后变为:
关键词: M at lab; K a 波段; 矢量; 标量 中图分类号: T N 927+ . 2 文献标识码: B 文章编号: 1004 373X ( 2004) 08 070 03
Fade Channel of Ka band Satellite System Performance Simulation under the Matlab Environment
( 上接第 66 页)
参 考 文 献 [ 1] 罗克强 . 航空电子综合化系统 [ M ] . 北京: 航空航
天出版社, 1990. [ 2] 王勇 . 航空机载计算机与航空电子总线 [ C] . 空军
工程学院, 1998. [ 3] 寇英信 . 光电火控系统 [ C] . 空军工程大学工程学
参 考 文 献
图 6 不同天气下仅有包络衰落时系 统 BER 性能仿真
由此也印证了本文所得出来的 K a 波段卫星通信系统
[ 1] 王爱华, 罗伟雄 . Ka 频段卫星通信信道建 模及系统性能仿真 [ J] . 通信学报, 2001, 22 ( 9) : 61 69.
[ 2] 杨红卫, 何晨 . 基于进化神经网络的低空 路径雨衰减模型 [ J ] . 通信学报, 2001, 22 ( 9) : 20 27.
在以上的设定条件下, 仿真结果如图 6 所示 ( 为具可 比性, Es/ N o 参数选取与文献 [ 1] 相同) 。 3. 3 结 论
将仿真结果与文献 [ 1] 进行比较 ( 相位变化曲线、包 络相位变化曲线在这里就不再表述了) 就可以发现结果是 一致的。
图 4 各点处的观察波形
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相志涛等: 使用 Mat lab 实现对 Ka 波段卫星通信衰减信道的性能仿真 的仿真模型是正确、实用的。
r 1( t) = Aexp( j U) s1( t) 0 ≤ t ≤ T
其 中: s( t) 为调制 信号; s1 ( t ) 为 其时 域复基 带表达; s1( f ) 为其频域复基带表达; T 为调制码元宽度; A和 U分别 表示
等效低通雨衰信道的包络和相位, 二者均为随机变量, 其
分布特性由天气条件决定, 他们均服从高斯分布, 其概率
0. 000 62 0. 48 20 0. 000 62 0. 02000 - 0. 008 9 - 0. 030 77
2 在 Matlab 环境下建立仿真模型
根据图 1 在 M at lab 环境下 可以建立如图 2 所示的仿 真原理图。
图 2 K a 波段固定 卫星通信系统仿真模型原理图
由数据源 产生 Bernoulli 二进 制序列模拟 输入数据经 BPSK 调制器调制后进入信道。同样的, 假设信道的衰落 足够慢、无星上处理、发射机及转发器功放均无非线性失 真。
2. 1 矢量和标量的相互转换 在通 信系统 工具包里 的所有 模块的连 接中都 必须要
考虑到矢量和标量的相互转换, 否则建立的模型就无法运 行。在建立模型之后要对各个模块的输入输出要求进行匹
仿真与测试
配。要正确运行图 2 所示模型, 还需要在 Bernou lli 二进制 序列产生器之后接入一个复解模块 ( Demux) 将产生的二 维 矢量信号 进行分 离和变换 以适合 BPSK 调制器 输入 标 量的要求。同样在 2 个高斯噪声发生器的输出端也应该接 入 Demux 模块对输出信号进行变换。 2. 2 在 Dem ux 输出端选择所需的输出
院, 2002. [ 4] 陈坚, 陈伟 . V is ual C+ + 网络高级编程 [ M ] . 北京:
人民邮电出版社, 2001.
作者简介 樊 莉 女, 1965 年出生, 河北赵县 人, 硕士 研究生。研究方向为航空计算机分布式系统。
NEC 的有源驱动 IC 能以更少元件驱动液晶面板
日本 NEC 电子公司 ( NEC Elect ronics) 日前宣布, 该 公 司 将 新 推 两 款 有 源 驱 动 IC—— LPD160063P 和 LPD160095, 这两款 IC 据称能以更少的 元件驱动液晶 面板。
[ 3] 约翰 . G. 普罗克斯, 马苏德 . 萨勒赫 . 现 代通信系统 —— 使用 M atlab [ J] . 刘树棠 译 . 西安: 西安交通大学出版社, 2001.
作者简介 相志涛 空军工程大学 电讯工程学院 2001 级研究生。主要研究方向为卫星通信。 谢德芳 空军工程大学 电讯工程学院, 教授, 研究生导师。 刘 燕 空军某基地工 程师。
密度函数分别表示如下:
p( r) =
21PR′exp
-
( r - m′) 2 2R′2
p ( U) =
1 exp 2PR"
-
( U- m") 2 2R"2
各天气条件下的 m 和 R 参数如表 1 所示。
由此可以建立如图 1 所示的信道仿真模型。
图中高斯过程 1 和高斯过程 2 为 2 个相互独立的带限、零
4 结 语
图 5 K a 波段固定卫星通信系统仿真模型
本文所建立的模型没有考虑 Ka 波段卫星通信信道受 雨衰减的瞬时影响, 只是对其信道长期性能的仿真。如果 在该模 型的基 础上引入 一个降 雨时变控 制系统 模型并 结 合进 化神经 网络 的地空 路径雨 衰减 模型[2] 就可以 模拟 降
雨事件引起的信道质量变化。
据该公司介绍, LPD160063P 能将向有源驱动器 IC 输 出 图像、控 制 信号 的 控制 底 板 面 积缩 小 到 原来 的 50% 左右。根据所驱动液晶面 板的像素大小将几 个 IC 像念珠一样串联起来使用。在串联起来的 IC 当中, 如 果仅向头上第一个 IC 输送图像、控制信号的话, 那么 这些信号就可以从这个 IC 传输到呈念珠状相连的其他
通过以上工作, 就得到如图 5 所示的系统仿真模型。
3 仿 真结果
3. 1 各模块参数设定 设定 Bernoulli 二进制序列发生器、高斯噪声发生器、
A WGN 信道的采样值为 0. 000 000 1( 即信号样本为 108+ 1 个) 。设定 BER 计数器 终止条件为出错 1 000 个或 计数 10e8。 3. 2 仿真图表
Keywords: M a tlab; K a band; Vecto r ; Scalar
M atlab 是一种集成度很高的语言, 由于其功能强, 使 用便捷和使用范围广等特点而 被广大科技工作者所接受, 已经在教学、科研和工程实际中广泛应用, 被一些学者称 为是第四代计算机语言。他用更直观的、符合人们思维习 惯的代码, 代替了 C 语言和 F ort ran 语言的冗长代码, 给 用户呈现的是最直观、最简洁的程序开发环境。他提供的 各种功 能很强 的工具箱 更是为 我们的学 习和研 究节省了 大量的 时间和精力。在 M at lab 6. 1 中开发组 对通信系统 工具箱进行了扩充, 这将使人们在进行通信系统方面的实 验和研究更加快捷。
Ka 波段卫星通信系统 的研究工作在我国已有相 当长 的一段时间, 由于我国尚没有自己在轨的 K a 波段卫星, 国 外 Ka 转发器的有关技术参数也属于保密状态, 致使这方面 的研究工作只能是理论研究和数学推演。当然, 也可以运用 计算机仿真工具进行一些接近实际的工作, 文献 [ 1] 给出 了 K a 波段卫星通信信道的统计模型并运用通信系统仿真 软件包 A COL ADE 进行了仿真分析。笔者认为, M atlab 是 一个针对面较广的工具软件, 他涉及到科学计算、系统控 制、通信系统、神经网路、虚拟设计等领域, 尤其是对矩阵 运算具有其他 工具不可比拟的优势。在 M at lab 环境 下对 Ka 波段卫星信道进行建模 和仿真有利于和其他学科 建立 联系。因为在研究过程中少不了要运用其他学科的知识 ( 如 利用神经网路对卫星地空链路雨衰减进行预测等) 。
相志涛等: 使用 Mat lab 实现对 Ka 波段卫星通信衰减信道的性能仿真
使用 Matlab 实现对 Ka 波段卫星通信衰减信道的性能仿真
相志涛, 谢德芳, 刘 燕
( 空军工程大学 电讯工程学 院 陕西 西安 710077)
摘 要: 介绍了利用 M atlab 6. 1 的通信系统工具包进行通信仿真实验的一般方法, 对各模块间的矢量 ( V ector ) 与标 量 ( Scalar ) 的转换进行了介绍, 对 K a 波段卫星系统的性能进行了仿真。
信号 源所输出的矢量在经过 Demux 模块分离和 变换 后, 需要选择所需要的输出。最简单的办法就是使用示波 器观察。M at lab 在 Simulin k 环境里提供了这样的工具, 以 分 离高斯 噪声产 生器的输 出为例, 建 立如图 3 所 示的 模 型。
图 3 分离高斯噪声的模块
用 示波器 Signal Select or 窗口分 别观察 Demux 模 块 的 输出 ( 观察波形如图 4 所示) 。为了便于观察, 先将高斯 发 生器的取样时间 ( S ample time) 设定为 0. 1。然后改变 均值和方差, 可以发现, 测试点 3 处的输出波一直保持不 变, 测试点 2 处的波形正是需要的输出。同样的方法, 对 数据源也要进行相同的测试和观察。 2. 3 仿真模型
IC 中。而此前则需要分别给每个 IC 输送图像、控制信 号。因为各 IC 只需连接电源连接线, 所以连接驱动 IC 和控制底板的揉性电路板 ( FPC) 比原来更细, 还可以 使用更为便宜的双面底板取代多层底板。该 IC 可简化 控制底板的功能、减小产品尺寸。
X IA N G Zhit ao, XI E Defang, L IU Y an
( T eleco mm unications Eng ineering Co llege, Air Fo rce Engineering U niversity , Xi′a n, 710077, China )
Abstract: T his paper int ro duced the gener al met ho d fo r comm unication system simula tio n under the Co mmunica tio ns Blo ckset of M atlab 6. 1. T he co nv ersion for the V ecto r a nd Scala r w as intr oduced. Finally co nduct ed t he Ka band satellit e system per for mance simula tio n.