临近空间空地信道雨衰模型研究

发布时间：2020-10-01 21:10

　　临近空间通信系统在无线接入等方面和陆地通信系统相类似,但在组网架构和功率控制等方面却和卫星通信系统非常相类似。临近空间通信系统在传统卫星通信系统中添加了无人机、飞艇、气球作为高空平台(High Altitude Platform Station,HAPS)中继站。高空平台具有覆盖面积广、快速部署、低功耗等优点,在军用侦查、跨洋通信、应急通信等领域已展现出独特优势,将是未来民用通信的重要候补技术,也是国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)提出的解决最后一英里问题的潜在方案之一。因高空平台中继站高度通常在海拔20km以上的平流层,故其空地上下行链路受云、雨、大气吸收等因素影响,空地信道环境十分复杂。且当频率大于10GHz以上时降雨是作为影响电磁波传播的主要因素,严重影响通信系统的有效性和可靠性。故需研究能反映实际信道环境的临近空间空地链路信道模型。本文结合国家自然科学基金重大研究计划——培育项目“临近空间动态网络的传输容量及优化方法”,研究现有高空平台27-31GHz这个受雨衰影响较大的通信频段的降雨衰减,提出了临近空间空地链路场景下一种基于等效雨胞直径的雨衰预测模型。在本文中信号的仿真频率设置为20GHz和30GHz,而降雨特征衰减则利用L-P雨滴谱分布(Laws-Parsons,L-P)进行计算。本文主要研究内容如下:(1)总结整理国内外经典降雨衰减预测模型一系列模型的建模基础、基本输入参数和参数获取方式以及计算步骤。(2)基于雨滴谱理论,仿真高空平台空地链路降雨特征衰减,分析特征衰减、降雨衰减与雨滴谱分布类型、频率、地面接收端仰角、极化方式、降雨强度的关系,比较得到临近空间空地链路下合适的雨滴谱用于计算特征衰减。(3)针对现有的雨衰模型通常假设整个倾斜路径完全穿过雨区,而在现实环境中,信号路径通常并不完全被降雨覆盖这一问题,本文提出了临近空间空地链路场景下一种基于等效雨胞直径的雨衰预测模型。根据ITU-R P 311-11建议,利用ITU-R视距链路数据库中雨衰实测数据,对经典雨衰预测模型以及本文模型的预测衰减进行对比仿真,发现本文模型在预测信号路径不完全穿过雨区的场景下预测准确度比经典雨衰预测模型要高。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN927
【部分图文】：

大气吸收,衰减比

化失配损耗较大，严重影响了系统特性。[40]线电通信大会(WRC)和国际电信联盟（ITU）已经分：下行 47.2-47.5GHz、上行 47.9-48.2GHz 以 31.0-31.3GHz 并补充了 3G 通信的部分频段。同时经开始论证 38-39.5GHz 以及在美洲以外2区范围用作高空平台空地通信的可行性。这些频段普遍被能在一定程度上克服雨衰、黑障等问题。一条给定决于特征衰减、通信频段、极化方式、温度、路径雨衰预测模型，短积分时间降雨率也是模型的基仿真分析得到了 20GHz 下近地卫星空地链路在链间路径损耗、降雨衰减、云雾衰减、大气吸收衰减衰减对系统的影响非常小，最大时也不足几个 dB，严重时会造成几十个 dB 的衰减。文献[46]指出了降雨率、雨滴谱分布和雨温度的函数。

降雨率,降雨衰减,频率,空地

降雨率为10mm/h下降雨特征衰减与频率的关系

降雨率,频率

27图 3.2 降雨率为 100mm/h 下降雨特征衰减与频率的关系.2 Relationship between characteristic attenuation of rainfall and frequency when rainfall100mm/h

【参考文献】