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基于OFDM的寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)建模及仿真研究
安徽財經(jīng)大學(xué) 陳宇 2013/8/27 15:38:14
（接上頁）
(dB) (2-8)
式中PR和PT分別表示接收和發(fā)送載波平均功率(W)，f(Hz)為載波頻率,l(m)為衛(wèi)星至地球站終端的距離，c(m/s)為真空中的光速，AR和AT分別為接收和發(fā)射天線的有效面積，At為鏈路總衰減，P0為系統(tǒng)不可用率。
2.4基于OFDM技術(shù)的Ka頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)建模
2.4.1 Ka頻段衛(wèi)星通信信道統(tǒng)計模型的建立
假設(shè)通過信道發(fā)送一個數(shù)字調(diào)制信號s(t)，且s1(t)=Re[S1(f)exp(2jπt)]，其中為其時域復(fù)基帶表達(dá)，S1(f)為其頻域復(fù)基帶表達(dá)，則其等效低通接收信號(不包括AWGN)用其頻域表達(dá)式可以表示為[11]
(2-9)
式中C(f,t)為信道的時變傳輸函數(shù)�？紤]到S1(f)的頻譜集中在f=0HZ附近,因此，可以將C(f,t)= C(0,t)代入上式,于是我們得到
(2-10)
即接收信號可以表示為發(fā)送信號乘以代表信道時變特性的復(fù)值隨機(jī)過程C(0,t)，我們稱C(0,t)=α(t)exp[jφ(t)]為信道乘性衰落過程。
下面，我們再進(jìn)一步簡化上式。信道乘性衰落過程至少在一個符號間隔內(nèi)可以看作為一個常數(shù)。這樣上式就可以進(jìn)一步簡化為
(2-11)
式中T為調(diào)制碼元寬度α和φ分別表示等效低通信道的包絡(luò)和相位，二者均為實(shí)隨機(jī)變量。最新的研究表明Ka頻段固定衛(wèi)星通信信號包絡(luò)和相位的概率分布均為高斯分布，它們的概率密度函數(shù)分別表示如下
(2-12)
(2-13)
P(r)和P(φ)分別表示信號包絡(luò)和相位的概率密度函數(shù)，和則分別表示信號包絡(luò)和相位的均值，σ’和σ’’分別表示信號包絡(luò)和相位的方差。表2-1和2-2分別給出了不同天氣條件下信號包絡(luò)和相位的概率分布參數(shù)[9]。
表2-1包絡(luò)的均值和方差
天氣條件 均值m’ 方差σ’2
晴天 0.455 0.00056
小雨 0.482 0.00002
雷雨 0.426 0.01286
表2-2相位的均值和方差
天氣條件 均值m’’ 方差σ’’2
晴天 0.0079 0.00281
小雨 0.0088 0.00546
雷雨 0.0068 0.00414
因此,我們可以建立Ka頻段靜止衛(wèi)星通信信道統(tǒng)計模型,如圖2-2所示。在此模型中,我們用C(t)=αexp(jφ)表示信道的乘性干擾矢量，Z(t)表示加性高斯白噪聲。
圖2-2 Ka頻段靜止衛(wèi)星通信信道統(tǒng)計模型
2.4.2Ka頻段衛(wèi)星通信信道仿真模型的建立
由上面分析可知，Ka頻段衛(wèi)星通信信道可以用乘性干擾矢量C(t)以及加性高斯白噪聲Z(t)表示，因此，我們可以建立如圖2-3所示的信道仿真模型。
圖2-3Ka頻段固定衛(wèi)星通信信道仿真模型
圖2-3中高斯過程1和高斯過程2為兩個相互獨(dú)立的帶限、零均值高斯隨機(jī)過程，其方差分別為σ’2和σ’’2。高斯過程1和實(shí)常數(shù)產(chǎn)生器1產(chǎn)生的相加后，得到均值為m’方差為σ’’2的高斯過程α；同理產(chǎn)生高斯過程φ。φ經(jīng)過指數(shù)產(chǎn)生器exp(jφ)后，同高斯過程α相乘，得到乘性干擾C(t)=αexp(jφ)。m’、σ’2、m’’和σ’’2根據(jù)天氣的不同環(huán)境分別取表2-1和表2-2的對應(yīng)取值。AWGN表示信道加性高斯白噪聲Z(t)。
2.5性能仿真及結(jié)果分析
2.5.1基本信號的雨衰仿真
數(shù)據(jù)源產(chǎn)生一個二進(jìn)制序列，在任一時間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)符號獨(dú)立于先前產(chǎn)生的符號，兩種符號等概率出現(xiàn)。該信息序列經(jīng)BPSK調(diào)制器調(diào)制后，經(jīng)信道進(jìn)行傳送�？傂诺理憫�(yīng)模型設(shè)計成在沒有衰落時滿足理想Nyquist無碼間串?dāng)_條件。現(xiàn)假設(shè)信道衰落足夠慢,以至于接收機(jī)可以從接收信號中估計出相移,而不產(chǎn)生誤碼,這樣我們就可以實(shí)現(xiàn)理想相干檢測，因此，解調(diào)器采用匹配濾波器進(jìn)行接收處理。另外假設(shè)無星上處理、發(fā)射機(jī)及轉(zhuǎn)發(fā)器功放均無非線性失真。
圖2-4Ka頻段固定衛(wèi)星通信信道Simulink仿真
由圖2-4搭建K（未完，下一頁）
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