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模拟和可视化陆地移动卫星频道

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这个例子展示了如何通过生成一个状态序列、它各自的空间序列和信道系数来建模一个双状态陆地移动卫星(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。适当地建模这些现象的影响对于适当地设计能够处理和补偿信道影响的端到端通信链路至关重要。

简介

使用LMS信道模型来模拟卫星对地信道中观测到的信道包络。考虑到终端的移动特性，由于发射和接收终端的移动，由于建筑物和树叶的阻塞，阴影和多路径，通道包络经历变化。

本示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信道建模，其中信道在良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单个地球同步卫星。ITU-R P.681-11 LMS信道在良好状态和不良状态下均使用Loo分布，Lutz LMS信道在良好状态下使用lawyer分布，在不良状态下使用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，而在[2]适用于1.54 GHz (l波段)的频率。

下面的框图显示了建模LMS通道的过程:

SimulationAndVisualizationOfALandMobileSatelliteChannelExample.png

频道设置

在卫星终端和地面上的移动终端之间设置一个通道p681LMSChannel或lutzLMSChannel系统对象。

设置这些参数，使用ITU-R P.681-11 LMS通道建模特定场景:

  • 环境

  • 载波频率

  • 仰角

  • 接地端速率

  • 接地端方位角方向

使用Lutz LMS通道设置这些参数来建模特定场景:

  • Rician增殖系数

  • 对数正态衰落参数

  • 状态持续时间分布

  • 意味着状态持续时间

  • 最大的多普勒频移

除了特定的场景建模之外，LMS通道还需要定义以下参数:

  • 输入信号的采样率

  • 通道的初始状态

  • 衰落的技术

本例默认选择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2m /s。

创建ITU-R P.681-11通道或Lutz LMS通道陈=p681LMSChannel；%设置通道属性如果isa (chan)“p681LMSChannel”）%用于ITU-R P.681 LMS通道%环境类型陈。环境=“城市”；%载波频率(Hz)陈。CarrierFrequency = 3.8 e9;相对于地平面的仰角%(单位:度)陈。ElevationAngle = 45;%接地端移动速度(单位:m/s)陈。MobileSpeed = 2;%接地端移动方向(单位:度)陈。一个zimuthOrientation = 0;其他的%为Lutz LMS通道%医生k因子(单位:dB)陈。KFactor = 5.5;对数正常衰落参数(以dB为单位)陈。lognormalfade = [-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(Hz)陈。MaximumDopplerShift = 2.8538;结束%采样率(Hz)陈。SampleRate = 400;

为通道指定合适的初始状态。

陈。InitialState =“好”；

设置用于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“正弦信号和”。当FadingTechnique属性设置为“正弦信号的总和”，你也可以设置正弦信号的个数通过NumSinusoids财产。

陈。FadingTechnique =“过滤高斯噪声”；

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 =“与种子mt19937ar”；陈。种子=种子;

显示通道属性。

disp(陈)
p681LMSChannel与属性:SampleRate: 400 InitialState: "Good"载波频率:3.8000e+09仰角:45移动速度:2方位角:0环境:"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。

设置带有种子的随机数生成器rng(种子);%通道持续时间(秒)chanDur = 100;%随机输入波形numSamples =地板(chan.SampleRate * chanDur) + 1;在复杂(= randn (numSamples, 1), randn (numSamples 1));将输入信号通过通道传递[fadedWave, channelCoefficients sampleTimes stateSeries] = (chan)步;

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。

绘制输入波形和褪色波形的功率曲线。

图(1)情节(sampleTimes, 20 * log10 (abs ()), 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(的时间(年代)) ylabel (“权力(dB)”）

图中包含一个axes对象。标题为Power Profile of波形持续时间100秒的axis对象包含2个类型为line的对象。这些对象表示输入波形、褪色波形。

绘制空间序列以显示信道包络的瞬时功率如何随时间变化。

图(2)情节(sampleTimes, 20 * log10 (abs (channelCoefficients)))标题([“持续时间通道的空间系列”num2str (chanDur)“秒”])包含(的时间(年代)) ylabel (“路径增益(以分贝计)”）

图中包含一个axes对象。标题为Space Series of Channel for Duration 100秒的axes对象包含一个类型为line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)图(sampleTimes stateSeries)标题([“持续时间信道状态系列”num2str (chanDur)“秒”[0 sampleTimes(end) -0.5 1.5]) xlabel(的时间(年代)) ylabel (“状态”）

图中包含一个axes对象。标题State Series of Channel for Duration 100秒的axes对象包含一个类型为line的对象。

进一步的探索

这个例子使用了p681LMSChannel或lutzLMSChannel系统对象，为已定义的通道属性生成双状态LMS通道。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中随时间的变化。要为不同频段的ITU-R P.681信道建模，可以设置与ITU-R P.681-11建议书3.1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的数据集将ITU-R P.681 LMS通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[2］．

参考文献

[1] ITU-R建议P.681-11(08/2019)。“陆地移动卫星服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, W. Papke，“陆地移动卫星通信信道记录、统计和信道模型”，IEEE译。阿明费。抛光工艺。，vol 40, no. 2, pp. 375-386, 1991.

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