基于OPNET的Ka频段卫星信道仿真建模与

基于OPNET 的Ka 频段卫星信道仿真建模与研究

梁向阳，李娟

（西安工业大学计算机科学与工程学院，陕西西安710032）

摘要：针对Ka 频段卫星通信信道中电波传播特性的研究，通过引入SAM 模型和新的影响因子，包括雨滴大小、云雾及大气吸收等，分析了降雨及多因子对信道的影响，建立了Ka 频段卫星通信信道仿真模型，并基于OPNET 平台进行仿真。此模型能够更好地提供清晰的数学表达式，对卫星信道的研究提供了可靠数据。关键词：Ka 频段；卫星信道仿真；衰减性分析；OPNET 中图分类号：TN927+.2

文献标识码：A

文章编号：1674－6236（2012）23-0001-03

Simulation modeling and research of Ka -band satellite channel based on the OPNET

LIANG Xiang -yang ，LI Juan

（School of Computer Science and Engineering ，Xi'an Technological University ，Xi ’an 710072，China ）

Abstract:Due to radio wave propagation characteristics of Ka -band satellite channel ，joining with SAM model and some new factors which include the raindrop size ，clouds and atmospheric absorption ，the effect scales of these factors were analyzed and researched either in this paper .The channel simulation model of Ka -band satellite communication based on OPNET platform was built .The results showedthathighprecisionandvalidityofnewmodelweresignificantlyimproved ，throughthesimulationexperiments .Key words:Ka -band ；satellite channel simulation ；attenuation characteristics ；OPNET

收稿日期：2012-08-18稿件编号：201208080

基金项目：陕西省教育厅基金（11JK1064）；陕西省科技厅相关项目（2011K06-14）作者简介：梁向阳（1975—），男，陕西安康人，博士，副教授。研究方向：系统仿真。

Ka 波段是电磁频谱的微波波段的一部分，频率范围为26.5-40GHz 。其中，Ka 代表着K 的正上方（K-above ），即该波

段直接高于K 波段，通常也被称作30/20GHz 波段。Ka 波段最重要的一个特点就是频带较宽，可用带宽可达到3500MHz 。因此，Ka 波段卫星通信系统可为高速卫星通信、千兆宽带数字传输、高清电视（HDTV ）、等新业务提供一种崭新的手段是未来卫星通信的必然趋势。Ka 波段的缺点是雨衰较大，对器件和工艺的要求较高。在Ka 频段的卫星通信系统中，降雨引起的电波衰减是影响卫星通信线路传输质量的一个重要因素，因此针对降雨衰减特性的方法研究成为了Ka 频段卫星信道中的关键性问题之一。但由于条件所限，通常无法在设备研制的全过程中都进行现场实验。而构建能反映实际链路特性的信道模拟仿真系统，是研究和设计Ka 频段卫星通信的一个有效途径，并可以降低试验难度和减少成本。目前对Ka 频段的研究集中于降雨对卫星信道的影响。文中基于OPNET 仿真平台，通过引入SAM 模型及雨滴大小、大气吸收因素等相关参数，建立Ka 频段卫星信道模型，对此模型进行仿真，仿真数据更为可靠，为今后的信道衰减研究提供了参考依据。

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Ka 频段信道仿真建模分析

1.1

OPNET 概述

OPNET [2]是一个网络仿真技术软件包，它能够准确地分

析复杂网络的性能和行为，在网络模型中的任意位置都可以插入标准的或用户指定的探头，以采集数据和进行统计。通过探头得到的仿真输出可以以图形化显示、数字方式观察、或者输出到第3方的软件包。其产品结构有3个模块组成，能为用户提供一系列的仿真模型库，在电信、军事、航天航空、系统集成、咨询服务、大学、行政机关等方面被广泛应用。

OPNET 提供了三层建模机制，最上层为网络层，反映网络

拓扑结构；中间层为节点层，由相应的协议模型构成，反映设备特性；最底层为进程模型，以有限状态机来描述。三层模型和实际的网络、设备、协议完全对应，全面反映了网络的相关特性。

1.2SAM 模型分析

SAM 模型优势在于发现对于任何降雨率，倾斜路径仰角

以及2.9GHz 到180GHz 间频率的情况下可能被超出的衰减，所以对于分析倾斜路径降雨衰减是很好的模型。SAM 模型计算过程[3]：R （mm/h ）：一年中允许百分比平均降雨率；h s （km ）：地面站的海拔高度；θ（degree ）：天线仰角；准（degree ）：地面站的纬度；f （GHz ）：无线电波工作频率；

第一步：计算单位路径衰减；

A 1=aR b dB/mm

第二步：零度等温线的高度，确定有效降雨高度；

Hi （km ）=

1.8|准|≤30°7.8-0.1|准||准|＞30°

≤电子设计工程

Electronic Design Engineering

第20卷Vol.20第23期No.232012年12月Dec.2012

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