卫星移动通信信道特性与模型研究(2)

站之间存在相对运动时,接收信号的
频率与发送信号的频率之间引入了一个差值,相应的频差叫
多普勒频移。其计算公式为:
fd=vλcosα. (1)
其中α是入射电波与移动站运动方向之间的夹角;v是
卫星和移动站之间的相对运动速度;λ是载波波长。由公式
可以看出,信号的频率越高或者径向移动速度v越高,则多
普勒频移就越大。多普勒频移对采用相干解调的数字通信
的危害较大。
1. 4　电离层闪烁
当电波通过电离层时,受电离层结构的不均匀性和随机
时变性的影响,造成信号的振幅、相位、到达角、极化状态等
短周期的不规则变化,形成“电离层闪烁”现象。
2　信道模型
目前,在对卫星移动通信信道的传播特性的研究中有三
类分析模型被用来描述卫星移动通信信道的传播特性,即:
经验模型、几何分析模型、概率分布模型。国内外通常采用
概率分布模型来分析和研究卫星移动通信信道传播特性。
概率分布模型主要分为两类,以Loo模型、Corazza模型为代
表的单状态统计模型和以Luzt两状态模型等为代表的基于
Markov链的多状态统计模型。
2. 1　单状态统计模型
根据卫星移动通信特点和实际测试结果, C. Loo、Corazza
提出了各自的信道模型。Loo模型[1, 2]假设阴影只作用于直
射分量(LOS-line of sight )。而Corazza模型[3]认为阴影同
时作用于直射分量和多径反射分量。瑞利、莱斯和对数正态
三种分布模型是实现Loo模型和Corazza模型的基础,分布
模型的准确性直接影响单状态模型的整体性能。
2.1.1　三种分布模型(1)瑞利信道模型
在城市环境中,直视波分量完全被阻挡,及存在多径效
应的情况下,电磁波的能量传输主要通过散射方式进行。当
反射波数目N很大时,根据中心极限定理,接收信号可以看
成两个相互独立的均值为0,方差为σ2d的高斯过程的叠加。
接收信号可表示为:
rRayl(t)=a2c(t)+a2s(t). (2)
其中,ac(t)和as(t)为两个相互正交的高斯过程。接
收信号的包络呈Rayleigh分布,其包络的概率分布函数
(PDF)为:
fRayl(r)=rσ2exp(-r2σ2)　(r>0). (3)
其中2σ2为多径传播引起的平均散射功率。
(2)莱斯信道模型
在开阔地环境中LOS分量未被阻挡,接收信号可以看
作是直射分量与散射分量的叠加。其接收信号可表示为:
rRice(t)=s(t)+d(t)+n(t)=(a2c(t)+k)+a2s(t).
(4)
其中s(t)为直射分量,d(t)为散射分量, n(t)为加性高
斯白噪声。k为莱斯因子,即直射分量功率与多径分量功率
之比,在低轨道移动卫星通信
中,它是与仰角有关的参数,
ac(t)和as(t)仍为两个相互正交的高斯过程。这时接收
信号的包络服从莱斯(Rice)分布,接收信号包络的概率分
布函数为:
fRice(r)=2r(1+k)exp[-(1+k)r2-
k]·I0[2r k(k+1)]. (5)
其中