多云天气条件下的气象卫星复合信道仿真模型的建立方法

摘要

本发明公开了多云天气条件下的气象卫星复合信道仿真模型的建立方法，包括（一）分析多云天气条件下云层对气象卫星信号的阴影遮蔽效应和多径效应的影响，理论分析并给出接收信号包络概率密度分布函数和误码率上限函数；（二）根据步骤（一）分析的结果建立气象卫星复合信道仿真模型。本发明针对多云天气条件下云层对气象卫星通信的复合效应问题，研究气象卫星复合信道特性，并通过理论分析与建模仿真，可以定性地给气象卫星复合信道的静态统计特性，证明了理论分析的正确性和有效性，为研究气象卫星通信系统的性能和优化气象卫星通信体制提供了一定的技术基础。

主权项

多云天气条件下的气象卫星复合信道仿真模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：(一)分析多云天气条件下云层对气象卫星信号的阴影遮蔽效应和多径效应的影响，理论分析并给出接收信号包络概率密度分布函数和误码率上限函数；(二)根据步骤(一)分析的结果建立气象卫星复合信道仿真模型；所述的步骤(一)具体为：气象卫星地面接收站接收信号包括经云层阴影遮蔽后衰落的直射信号和经云团反射、绕射、折射以及散射形成的一定强度的多径信号，则接收信号可以表示为式(1)中，为阴影遮蔽后衰落的直射信号分量，包络z的概率密度服从Lognormal分布，而为多径信号分量，包络w_m的概率密度服从Rayleigh分布；相位分量在[0,2π]上均匀分布；多云天气时，如果短时间尺度的直射信号分量保持稳定，存在z暂时保持不变的情况，接收信号包含稳定的直射分量和多径信号分量，则接收信号包络r的概率密度服从Rice分布，即式(2)中，b₀是多径信号的平均功率，I₀(·)零阶修正贝塞尔函数；长时间尺度的接收信号所包含的直射信号分量受云层阴影遮蔽的影响，直射信号分量包络的概率密度服从Lognormal分布，即式(3)中，和μ分别是lnz的标准差和均值；若考虑长时间尺度的接收信号包含多径信号分量和经阴影遮蔽的直射信号分量，通信信道表现为一种阴影遮蔽效应和多径效应共存的复合效应，则接收信号包络r的概率密度表示为将式(2)、(3)代入式(4)可得当采用QPSK调制方式时，地面接收站点如果采用相干解调方式，则接收信号在AWGN信道中的静态条件误码率为式(6)中N为噪声功率，erfc(·)为互补误差函数；式(6)可近似为假设信号衰落速率比信号传输速率小，当给定接收信号的概率密度分布函数时，误码率可表示为将式(5)、(6)代入式(8)得根据式(7)将式(9)表示为将式(10)进一步推导为QPSK调制方式的最简误码率上限表达式^{由式(11)可知，最简误码率上限表达式是归一化信噪比S/N的函数；所述的步骤(二)的气象卫星复合信道仿真模型的建立包括如下步骤：a、将信源经过QPSK调制后作为发射信号s(t‑τ)，发射信号经过云层后形成直射信号分量和多径信号分量；b、发射信号经过Lognormal信道形成阴影遮蔽的直射信号分量；c、发射信号经过不同的路径形成多径信号分量，路径的衰减系数为k_iexp(jθ_i),i＝1,2…n,0<k_i<1,0<θ_i<2π，其中i＝1,2…n，0<k_i<1且取值服从正态分布,0<θ_i<2π且取值服从均匀分布；d、阴影遮蔽的直射信号分量、多径信号分量和信道的加性高斯白噪声相加混合形成接收端的接收信号r(t)；e、接收信号r(t)经过QPSK解调形成信宿需要的信号源。}