本發(fā)明屬于毫米波通信仿真，通過(guò)測(cè)量獲取相關(guān)參數(shù)，尤其涉及一種滿(mǎn)足毫米波信道測(cè)量需求的大入射角反射率遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量方法，本發(fā)明基于二徑模型的測(cè)量實(shí)驗(yàn)提取出場(chǎng)景的反射系數(shù)，再將反射系數(shù)用于復(fù)雜環(huán)境的建模，主要應(yīng)用于毫米波頻段通信仿真領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、毫米波通信技術(shù)以其通信容量大、安全保密好、傳輸質(zhì)量高、全天候通信的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于多種通信環(huán)境中。為了對(duì)毫米波通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，提供具體毫米波通信系統(tǒng)建設(shè)的參考，需要提前對(duì)這種環(huán)境下的信道進(jìn)行建模仿真，以便分析具體環(huán)境中相關(guān)因素對(duì)通信質(zhì)量的影響。

2、在預(yù)先的仿真過(guò)程中，通常需要在通信系統(tǒng)中設(shè)置一系列具體參數(shù)。信號(hào)傳播時(shí)，除了直接到達(dá)的路徑外，還會(huì)存在反射路徑。當(dāng)電磁波投射到相對(duì)于其波長(zhǎng)較大的物體(如地面或樓房)時(shí)，就會(huì)發(fā)生反射或鏡面反射。實(shí)際情況中，反射會(huì)引起電磁波能量的損耗，即反射損耗，反射損耗可以用反射率來(lái)描述。由于反射率對(duì)反射信號(hào)的影響最為顯著，所以準(zhǔn)確描述反射系數(shù)是信道仿真的關(guān)鍵。

3、在搭建仿真環(huán)境時(shí)，一般采取通用的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與仿真，如將標(biāo)準(zhǔn)混凝土反射率作為仿真反射面的反射率，進(jìn)行系統(tǒng)仿真與數(shù)據(jù)處理，該反射率隨著入射角的變化而變化。然而，考慮到具體環(huán)境中的各種因素對(duì)通信效果有所影響，為了對(duì)通信環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確實(shí)際的建模仿真，降低仿真結(jié)果的誤差，最好提前得到實(shí)際環(huán)境中準(zhǔn)確的反射參數(shù)。

4、為獲得不同信道環(huán)境下更準(zhǔn)確的反射率，對(duì)于小入射角情況，通常采用弓形法進(jìn)行實(shí)地測(cè)量反射率。然而，在大入射角情況下，由于弓形法天線(xiàn)直接耦合嚴(yán)重，對(duì)反射率有較大影響。為了計(jì)算準(zhǔn)確的反射系數(shù)，可以考慮以二徑傳播模型為依據(jù)，對(duì)由其得出的有規(guī)律的典型分布曲線(xiàn)進(jìn)行分析，來(lái)提取對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)。

5、在二徑傳播模型中。一條路徑指的是由發(fā)射天線(xiàn)到接收天線(xiàn)之間的直達(dá)波路徑；另一條路徑指的是同樣由發(fā)射天線(xiàn)發(fā)出、在途中經(jīng)過(guò)物體反射后才到達(dá)接收天線(xiàn)的反射波路徑。二徑傳播模型中的接收信號(hào)由直達(dá)波和反射波疊加而成，本質(zhì)上是振動(dòng)方向相同、頻率相同、相位差恒定的兩列微波以不同的傳播路徑在空間某點(diǎn)處產(chǎn)生的疊加效果。因此可得出毫米波通信二徑傳播模型分布曲線(xiàn)的特點(diǎn)：當(dāng)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)距離較近時(shí)，考慮到毫米波的天線(xiàn)增益很高，天線(xiàn)的定向特性使得反射波的信號(hào)比直達(dá)波弱得多，此時(shí)傳播信號(hào)以直達(dá)波為主。當(dāng)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)距離較遠(yuǎn)時(shí)，傳播信號(hào)以直達(dá)波與反射波疊加為主，直達(dá)波與反射波路徑同相位疊加時(shí)，總接收信號(hào)為極大值，即可認(rèn)為其為波峰；直達(dá)波與反射波路徑反相位抵消時(shí)，總接收信號(hào)為極小值，即可認(rèn)為其為波谷。

6、在計(jì)算反射參數(shù)時(shí)需要先得出相應(yīng)的傳輸距離，可以考慮以下兩種方案：一種是得出絕對(duì)的傳輸距離，絕對(duì)位置的峰谷與起點(diǎn)位置相關(guān)，考慮到連接電纜與空間傳播等的影響，以及毫米波本身對(duì)測(cè)量精度的要求很高，絕對(duì)傳輸距離往往難以得到；另一種則只需要相對(duì)的傳輸距離，只考慮收發(fā)機(jī)的間隔，通過(guò)相對(duì)的峰谷分布即可得到相對(duì)位置。常規(guī)仿真所遵循的反射系數(shù)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)不適用于高速磁浮環(huán)境下的毫米波通信系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)需考慮難以得到的絕對(duì)位置關(guān)系，只需要通過(guò)相對(duì)的峰谷分布就能得到相對(duì)的位置關(guān)系，來(lái)計(jì)算提取反射特性的大入射角反射率遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量方法。

2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種基于二徑模型的大入射角反射率遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量方法，包括如下步驟：

3、s1、根據(jù)傳播方程，求出直達(dá)波、反射波與總接收信號(hào)的功率與對(duì)應(yīng)關(guān)系；根據(jù)二徑模型特點(diǎn)，得到直達(dá)波接收功率為：

4、

5、反射波接收功率為：

6、

7、式中pt為信號(hào)發(fā)射功率，gagb是收發(fā)天線(xiàn)在直達(dá)路徑方向上增益的乘積，gcgd是收發(fā)天線(xiàn)在反射路徑方向上增益的乘積，直達(dá)路徑長(zhǎng)度為ld，反射路徑長(zhǎng)度lr＝lr1+lr2，γ是反射面反射率，λ為信號(hào)波長(zhǎng)；

8、s2、代入天線(xiàn)方向圖與實(shí)際幾何關(guān)系，以發(fā)射點(diǎn)為相位零點(diǎn)，分別附加直達(dá)波與反射波相位參數(shù)，得出總接收功率，表示為：

9、

10、其中是兩信號(hào)之間的相位差；

11、s3、計(jì)算波峰和波谷時(shí)的總接收功率：當(dāng)直達(dá)波與反射波在接收端矢量相加，波程差為偶數(shù)倍半波長(zhǎng)時(shí)信號(hào)同相疊加，此時(shí)總接收功率處于波峰，總接收功率為：

12、

13、式中ppeak為處于波峰時(shí)的總接收功率；

14、當(dāng)直達(dá)波與反射波在接收端矢量相加，波程差為奇數(shù)倍半波長(zhǎng)時(shí)信號(hào)反向抵消，此時(shí)總接收功率處于波谷，總接收功率為：

15、

16、式中pvalley為處于波谷時(shí)的總接收功率；

17、s4、將s3中處于波峰時(shí)的總接收功率公式變形，得到同相時(shí)反射面反射率為：

18、

19、將s3中處于波谷時(shí)的總接收功率公式變形，得到反相時(shí)反射面反射率為：

20、

21、s5、繪制出總接收信號(hào)的波形圖，根據(jù)波形圖得到波峰和波谷時(shí)的總接收功率，分別將波峰和波谷時(shí)的總接收功率帶入s4的公式中，得到反射率；

22、s6、對(duì)相同環(huán)境下得出的反射系數(shù)多次測(cè)量后再取平均值，得到準(zhǔn)確的反射系數(shù)。

23、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在計(jì)算反射系數(shù)時(shí)無(wú)需考慮難以得到的絕對(duì)位置關(guān)系，只需要通過(guò)相對(duì)的峰谷分布就能得到相對(duì)的位置關(guān)系，來(lái)計(jì)算提取反射特性，以此為依據(jù)對(duì)具體通信環(huán)境下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，根據(jù)得到的結(jié)果在仿真時(shí)靈活設(shè)置適當(dāng)?shù)姆瓷湎禂?shù)，可以在不影響仿真系統(tǒng)的情況下，有效降低仿真結(jié)果的誤差。該方法在毫米波頻段下可以實(shí)現(xiàn)反射率的實(shí)地準(zhǔn)確測(cè)量，相比傳統(tǒng)方法，該測(cè)量更準(zhǔn)確、操作更便捷，且無(wú)需測(cè)量信號(hào)相位，滿(mǎn)足大入射角條件下反射率實(shí)地測(cè)量需求。

技術(shù)特征：

1.一種基于二徑模型的大入射角反射率遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
一種基于二徑模型的大入射角反射率遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量方法，包括如下步驟：S1、根據(jù)傳播方程，求出直達(dá)波、反射波與總接收信號(hào)的功率與對(duì)應(yīng)關(guān)系；S2、代入天線(xiàn)方向圖與實(shí)際幾何關(guān)系，得出總接收功率；S3、計(jì)算波峰和波谷時(shí)的總接收功率；S4、得到同相時(shí)反射面反射率和反相時(shí)反射面反射率；S5、繪制出總接收信號(hào)的波形圖，得到波峰和波谷時(shí)的總接收功率，帶入S4的公式中，得到反射率；S6、對(duì)相同環(huán)境下得出的反射系數(shù)多次測(cè)量后再取平均值，得到準(zhǔn)確的反射系數(shù)。本發(fā)明無(wú)需考慮難以得到的絕對(duì)位置關(guān)系，只需要通過(guò)相對(duì)的峰谷分布就能得到相對(duì)的位置關(guān)系，來(lái)計(jì)算提取反射特性，可以在不影響仿真系統(tǒng)的情況下，有效降低仿真結(jié)果的誤差。

技術(shù)研發(fā)人員：李廷軍,王祎軻,楊旭,楊海寧,程鈺間,樊勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/17