主要内容

模拟和可视化陆地移动卫星信道

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这个例子展示了如何通过生成状态序列、其各自的空间序列和信道系数来建模一个两态陆地移动卫星(LMS)信道模型。在涉及卫星终端和移动终端的场景中，通过信道传输的信号并不总是具有理想的视距路径。在某些情况下，信号会出现多普勒频移、阴影和多径衰落等现象。适当地模拟这种现象的影响对于正确设计能够处理和补偿信道影响的端到端通信链路是至关重要的。

简介

利用LMS信道模型模拟了卫星对地信道中观测到的信道包络。考虑到终端的移动性质，由于发射和接收终端的移动、建筑物和树叶造成的阻塞、阴影和多径，信道包络会发生变化。

本例通过使用双状态半马尔可夫链对ITU-R P.681-11 LMS信道和Lutz LMS信道进行建模，其中信道在好状态和坏状态之间交替。一个良好的状态以视线条件或部分阴影条件为特征，而a糟糕的状态其特征是严重的遮蔽条件或完全堵塞。这两种信道模型都用于一颗地球同步卫星。ITU-R P.681-11 LMS信道在良好和不良状态下均采用Loo分布，Lutz LMS信道在良好状态下采用医师分布，在不良状态下采用Rayleigh对数正态分布。为ITU-R P.681-11信道提供的数据集[1]，适用于1.5 GHz至20 GHz的频率范围，为[2]适用于1.54 GHz (l波段)频率。

下面的框图展示了LMS通道建模的过程:

SimulationAndVisualizationOfALandMobileSatelliteChannelExample.png

频道设置

在卫星终端和地面移动终端之间建立一个信道p681LMSChannel或lutzLMSChannel系统对象。

将这些参数设置为使用ITU-R P.681-11 LMS信道模拟特定场景:

  • 环境

  • 载波频率

  • 仰角

  • 接地端子的速度

  • 地面端子的方位方位

使用Lutz LMS通道设置这些参数来模拟特定场景:

  • Rician增殖系数

  • 对数正态衰落参数

  • 状态持续时间分布

  • 平均状态持续时间

  • 最大多普勒频移

除了特定的场景建模，LMS通道还需要定义以下参数:

  • 输入信号的采样率

  • 信道的初始状态

  • 衰落的技术

缺省情况下，本例选择ITU-R P.681-11 LMS信道，配置为城市场景，载频3.8 GHz，移动终端移动速度为2m /s。

创建一个ITU-R P.681-11信道或Lutz LMS信道陈=p681LMSChannel；设置通道属性如果isa (chan)“p681LMSChannel”）用于ITU-R P.681 LMS信道%环境类型陈。环境=“城市”；载频% (Hz)陈。载波频率= 3.8e9;相对于地面的仰角百分比(单位:度)陈。仰角= 45;%接地端子移动速度(m/s)陈。MobileSpeed = 2;%接地端子移动方向(单位:度)陈。一个zimuthOrientation = 0;其他的%用于Lutz LMS频道%专家k因子(单位:dB)陈。KFactor = 5.5;%对数正态衰落参数(单位:dB)陈。LogNormalFading = [-13.6 3.8];%状态持续时间分布陈。StateDurationDistribution =“指数”；平均状态持续时间(秒)陈。MeanStateDuration = [21 24.5];最大多普勒频移%(单位:Hz)陈。MaximumDopplerShift = 2.8538;结束%采样率(单位:Hz)陈。SampleRate = 400;

为通道分配适当的初始状态。

陈。InitialState =“好”；

设置了实现多普勒频谱的衰落技术。衰落技术要么是“滤波高斯噪声”，要么是“正弦波和”。当FadingTechnique属性设置为“sinusoids的总和”，您还可以设置通过的sinusoids的数量NumSinusoids财产。

陈。FadingTechnique =滤波高斯噪声；

用种子初始化随机数生成器。改变种子以获得不同的渠道实现。默认值73是一个任意值。

种子= 73;陈。RandomStream =“mt19937ar with seed”；陈。种子=种子;

显示通道的属性。

disp(陈)
p681lmchannel with properties: SampleRate: 400 InitialState: "Good" CarrierFrequency: 3.8000e+09 ElevationAngle: 45 MobileSpeed: 2 AzimuthOrientation: 0 Environment: "Urban" ChannelFiltering: true使用get显示所有属性

通道模型

生成持续时间为100秒的通道。使用随机样本作为输入波形。

使用种子设置随机数生成器rng(种子);%信道持续时间(秒)chanDur = 100;%随机输入波形numSamples = floor(chan.SampleRate*chanDur)+1;in = complex(randn(numSamples,1)，randn(numSamples,1));将输入信号通过通道传递[fadedWave,channelCoefficients,sampleTimes,stateSeries] = step(chan,in);

渠道可视化

可视化作为信道建模的一部分生成的功率剖面、空间序列和状态序列。

绘制输入波形和衰减波形的功率分布图。

图(1)plot(sampleTimes,20*log10(abs(in))，sampleTimes,20*log10(abs(fadedWave)))标题([“持续时间波形的功率剖面”num2str (chanDur)“秒”])传说(输入波形的，褪色的波形的)包含(时间(单位为s)) ylabel (功率(单位:dB)）

图中包含一个轴对象。名为“持续时间100秒的波形功率剖面”的axis对象包含2个类型为line的对象。这些对象代表输入波形、褪色波形。

绘制空间序列以显示信道包络线的瞬时功率如何随时间变化。

图(2)plot(sampleTimes,20*log10(abs(channelCoefficients)))“持续时间通道的空间系列”num2str (chanDur)“秒”])包含(时间(单位为s)) ylabel (路径增益(单位:dB)）

图中包含一个轴对象。名为Space Series of Channel for Duration 100秒的axis对象包含一个line类型的对象。

绘制状态序列以显示信道状态如何随时间变化。

图(3)plot(sampleTimes,stateSeries)标题([“持续时间通道状态系列”num2str (chanDur)“秒”xlabel([0 sampleTimes(end) -0.5 1.5])时间(单位为s)) ylabel (“状态”）

图中包含一个轴对象。标题为State Series of Channel for Duration 100秒的axis对象包含一个line类型的对象。

进一步的探索

本例使用其中之一p681LMSChannel或lutzLMSChannel对象为已定义的信道属性生成双状态LMS信道。您可以修改System对象的属性，以观察功率剖面、通道系数和状态序列随时间的变化。为了对不同频段的ITU-R P.681信道进行建模，您可以设置与ITU-R P.681-11建议第3.1节附录2中提供的任何数据表相关的参数[1］．您还可以使用任何其他可用数据集将ITU-R P.681 LMS信道设置为自定义环境。要为不同的场景建模Lutz LMS通道，您可以使用[]中的数据表。2］．

参考文献

[1] ITU-R建议P.681-11(08/2019)。陆地移动卫星业务中设计系统所需的传播数据。P系列;无线电波传播。

[2] E. Lutz, D. Cygan, M. Dippold, F. Dolainsky和W. Papke，“陆地移动卫星通信信道记录、统计和信道模型”，IEEE Trans。阿明费。抛光工艺。，vol 40, no. 2, pp. 375-386, 1991.