📄 电子学报990820.htm
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<!ArtChnTitle><!ArtChnAuthor><!ArtAuthorAddress><!ArtChnAbstract><!ArtChnKeyword><!ArtEngTitle><!ArtEngAuthor><!ArtEngAbstract><!ArtEngKeyword><HTML><HEAD><TITLE>电子学报990820</TITLE>
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<P align=center><A href="http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/"><IMG
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<TD>
<P align=center><STRONG><FONT face=华康简魏碑 size=4><A
href="http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.articles/dianzixb/index.html">电子学报</A><BR></FONT><SMALL>ACTA
ELECTRONICA SINICA<BR></SMALL></STRONG><FONT face=宋体 color=#000000
size=2>1999年 第27卷 第8期 Vo1.27 No.8 1999</FONT></P></TD>
<TD>
<P align=center><A
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<HR align=center>
</TD></TR></TBODY></TABLE>
<TABLE width="90%" border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD>
<P align=center><BIG><BIG><STRONG><FONT
face=宋体>移动卫星信道中的TC-MDPSK特性界*</FONT></STRONG></BIG></BIG></P>
<P align=center><FONT face=宋体>殷贯西 王新梅</FONT></P>
<P align=left><FONT
face=宋体><STRONG> 【提要】 </STRONG>本文基于Rice-Lognormal联合分布的两种信道模型，定性地分析了移动卫星信道中的TC-MDPSK特性界.推导出了适合这两种信道模型的一种新的特性界表达式，讨论了8U-TC-MDPSK方案的误比特率.计算机模拟显示出，本文推导的方法不仅简便，而且得到的特性界比已有的界紧，能够较好地反应这类信道的TC-MDPSK特性.<BR> <STRONG>关键词:</STRONG>Rice-Lognormal信道模型，TC-MDPSK，误比特率，特性界</FONT></P>
<P align=center><FONT face="Times New Roman"><BIG><STRONG>The Performance
Bound of TC-MDPSK over Mobile Satellite Channels</STRONG></BIG></FONT></P>
<P align=center><FONT face="Times New Roman">Yin Guanxi,Wang
Xinmei<BR>(National Key Lab.on ISN,Xidian University,Xi'an
710071)</FONT></P>
<P align=left><FONT face="Times New Roman"><BR></FONT> <FONT
face="Times New Roman"><STRONG>Abstract</STRONG>:</FONT> <FONT
face="Times New Roman">In this paper,the analytical performance bound of
TC-MDPSK is presented over mobile satellite channels.The new performance
bound is derived based on the two statistical models of Rice-Lognormal
combinative distribution,and the bit error probability of 8U-TC-MDPSK
schemes is computed.The simulation shows that performance bounds derived
in this paper are simple and are tighter than those available,which is in
agreement with the characteristic of practical mobile satellite channels
on TC-MDPSK.<BR></FONT> <FONT face="Times New Roman"><STRONG>Key
words</STRONG>:</FONT> <FONT face="Times New Roman">Rice-Lognormal channel
models,TC-MDPSK,The bit error probability,Performance
bound</FONT><STRONG></P>
<P align=left><FONT
face=宋体><BIG>一、引 言</BIG><BR><BIG><BR></BIG></STRONG> 在移动卫星通信中，不仅可用的频率带宽和功率受到限制，而且接收信号受到衰落的严重影响，造成系统性能的恶化，特别是非静止移动卫星通信，由于卫星的相对快速运动，多径传播的影响更为严重.为了实现有效的数字传输，通常要使用一定的前向纠错方式，以满足系统性能的要求.考虑到移动卫星信道的特点，TCM(Trellis
codes
modulation,网格编码调制)技术已成为解决带宽和功率相互矛盾的有效方法.文［1，2］中分别研究了两种移动卫星信道模型，从不同的角度考虑了阴影作用的影响，前一种称为部分阴影模型，后一种称为全部阴影模型，并且在实测数据的基础上得出了两种模型的模型参数，通过选择模型参数，全部阴影模型更具有一定广泛性，特别是针对非静止的卫星移动信道，对估计个人卫星移动通信系统的特性具有一定的参考意义.文［3，4，8］中针对Rayleign和Rice两种信道模型，对衰落信道的TC-MPSK特性进行了研究，得出了Chernoff界，这种界是一种较松的界，而针对阴影的衰落信道，需要复杂的计算<SUP>［6，7，9］</SUP>.文［5］中虽然研究了TC-MDPSK在Rice阴影衰落信道下的特性，但是没有相应的模拟结果，因而无法确定这种界的准确度，并且对于这种阴影的衰落信道，也是按照传统的估计方法，在Rice衰落特性的基础上，利用数字积分的二阶近似得到的.本文根据移动卫星信道模型的结构特点，定性地分析了阴影衰落模型的误比特率的特性界.最后根据衰落信道的设计准则，就2/3率的8U码<SUP>［9］</SUP>进行了计算机模拟，并同文［5］中的结果和本文得到的结果进行了比较，显示出具有较好的吻合性.</FONT></P>
<P align=left><FONT
face=宋体><STRONG><BIG>二、信道统计模型</BIG><BR><BIG><BR></BIG></STRONG> 移动卫星通信中，接收信号都会受到多径传播和阴影效应联合作用的乘性干扰影响，针对这两个特点，文［1，2］中分别统计出了两种信道模型，以反应接收信号乘性干扰包络的变化规律.根据阴影作用的效果，我们将这两种模型分别称之为部分阴影模型和全部阴影模型.<BR> 1.部分阴影模型<BR> 在部分阴影模型中，阴影只作用于视距分量上，接收信号的乘性干扰因子ρ(t)可表示为</FONT></P>
<P align=center><FONT
face=宋体>ρ(t)=A(t)+ζ(t)+jη(t)=r(t)e<SUP>jφ(t)</SUP>(1)</FONT></P>
<P align=left><FONT
face=宋体>式中：A(t)是直射分量，当受到阴影作用时服从对数正态分布；ζ(t)和η(t)是两个独立同分布的标称正态过程，表征散射分量的随机变化.则接收信号乘性干扰包络r的概率密度函数可表示为</FONT></P>
<P align=center><IMG height=73 alt="70.gif (3083 字节)"
src="电子学报990820.files/70.gif" width=287><FONT face=宋体>(2)</FONT></P>
<P align=left><FONT face=宋体>式中：b<SUB>0</SUB>是ζ(t)和η(t)的方差；且自相关函数为<IMG
height=26 alt="1-2.gif (901 字节)" src="电子学报990820.files/1-2.gif" width=13
align=center>E［ζ(t)<SUP>.</SUP>ζ<SUP>*</SUP>(t+τ)］=<IMG height=26
alt="1-2.gif (901 字节)" src="电子学报990820.files/1-2.gif" width=13
align=center>E［η(t)η<SUP>．</SUP>(t+τ)］=b<SUB>0</SUB>J<SUB>0</SUB>(2πf<SUB>D</SUB>τ)，J<SUB>0</SUB>(<SUP>．</SUP>)是零阶贝塞耳函数；μ<SUB>0</SUB>和d<SUB>0</SUB>分别为lnA(t)的均值和方差；I<SUB>0</SUB>(<SUP>．</SUP>)是零阶修正贝塞耳函数.μ<SUB>0</SUB>，b<SUB>0</SUB>,d<SUB>0</SUB>的值见表1<SUP>［1］</SUP>.<BR></FONT><STRONG></P>
<P align=center><FONT
face=宋体>表1 部分阴影模型的模型参数</FONT></STRONG></P></TD></TR></TBODY></TABLE>
<DIV align=center>
<CENTER>
<TABLE border=1>
<TBODY>
<TR>
<TD align=middle> </TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>b<SUB>0</SUB></FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>μ<SUB>0</SUB></FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>d<SUB>0</SUB></FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体>轻阴影</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>0.1580</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>0.115</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>0.0132</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体>平均阴影</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>0.1260</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>-0.115</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>0.0259</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体>重阴影</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>0.0631</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>-3.910</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT
face=宋体>0.6496</FONT></TD></TR></TBODY></TABLE></CENTER></DIV>
<TABLE width="90%" border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD><FONT
face=宋体> 2.全部阴影模型<BR> 在这个模型中，直射分量和散射分量都受到阴影的作用，接收信号的乘性干扰包络r被看作是两个独立的随机过程R和S的乘积，其中R服从Rice分布，S服从对数正态分布.它们的概率密度分布函数分别为</FONT>
<DIV align=center>
<CENTER>
<TABLE width=596 border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD width=413>
<P align=right><IMG height=85 alt="71-1.gif (8739 字节)"
src="电子学报990820.files/71-1.gif" width=292></P></TD>
<TD width=175>
<P align=left><FONT
face=宋体>(3)<BR><BR><BR>(4)</FONT></P></TD></TR></TBODY></TABLE></CENTER></DIV>
<P align=left><FONT
face=宋体>式中：K为Rice因子，是直射分量和散射分量的功率比;h=(ln10)/20;μ和(hσ)<SUP>2</SUP>分别为S的均值和方差.由R、S的独立性，有</FONT></P>
<P align=center><FONT face=宋体>p(r)=p(R)p(S)(5)</FONT></P>
<P align=left><FONT
face=宋体> 考虑到散射分量的相关特性，可将接收信号的乘性干扰因子用复数形式表示，则有</FONT></P>
<P align=center><FONT
face=宋体>ρ=(Z+ζ<SUB>0</SUB>+jη<SUB>0</SUB>)S(6)</FONT></P>
<P align=left><FONT
face=宋体>其中：Z<SUP>2</SUP>=K/(K+1);ζ<SUB>0</SUB>和η<SUB>0</SUB>是零均值的高斯随机变量，方差为1/(2K+1)，其相关特性也可表示成，(1/2)E［ζ<SUB>0</SUB>(t)ζ<SUP>*</SUP><SUB>0</SUB>(t+τ)］=(1)/(2)E［η<SUB>0</SUB>(t)η<SUP>*</SUP><SUB>0</SUB><SUP>．</SUP>(t+τ)］=<IMG
height=37 alt="71-2.gif (1418 字节)" src="电子学报990820.files/71-2.gif"
width=64 align=center>J<SUB>0</SUB>(2πf<SUB>D</SUB>τ).<BR>当仰角20°<IMG
height=15 alt="Image19.gif (846 字节)" src="电子学报990820.files/Image19.gif"
width=13>α<IMG height=15 alt="Image19.gif (846 字节)"
src="电子学报990820.files/Image19.gif"
width=13>80°时，有下列经验公式<SUP>［2］</SUP></FONT></P>
<P align=center><IMG height=70 alt="71-3.gif (3880 字节)"
src="电子学报990820.files/71-3.gif" width=239><FONT
face=宋体>(7)</FONT><STRONG></P>
<P align=left></STRONG><FONT face=宋体>式(7)中的参数见表2.<BR></FONT><STRONG></P>
<P align=center><FONT
face=宋体>表2 经验公式的参数(乡村树木阴影环境)<SUP>［2］</SUP></FONT></STRONG></P></TD></TR></TBODY></TABLE>
<DIV align=center>
<CENTER>
<TABLE border=1>
<TBODY>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体>K</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>μ</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>σ</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体>K<SUB>0</SUB>=2.731</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>μ<SUB>0</SUB>=-2.331</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>σ<SUB>0</SUB>=4.5</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT
face=宋体>K<SUB>1</SUB>=-1.074×10<SUP>-1</SUP></FONT></TD>
<TD align=middle><FONT
face=宋体>μ<SUB>1</SUB>=1.142×10<SUP>-1</SUP></FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体>σ<SUB>1</SUB>=-0.05</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT
face=宋体>K<SUB>2</SUB>=2.774×10<SUP>-3</SUP></FONT></TD>
<TD align=middle><FONT
face=宋体>μ<SUB>2</SUB>=-1.939×10<SUP>-3</SUP></FONT></TD>
<TD align=middle> </TD></TR>
<TR>
<TD align=middle> </TD>
<TD align=middle><FONT
face=宋体>μ<SUB>3</SUB>=1.094×10<SUP>-5</SUP></FONT></TD>
<TD align=middle> </TD></TR></TBODY></TABLE></CENTER></DIV>
<TABLE width="90%" border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD><FONT
face=宋体><BR><BIG><STRONG>三、成对错误概率</STRONG></BIG><BR><BR> 设有一长度为N的差分解调信号序列Y=(y<SUB>1</SUB>,…,y<SUB>N</SUB>)，对应的传输信号序列为X=(x<SUB>1</SUB>,…,x<SUB>N</SUB>)时，定义TC-MDPSK的译码度量</FONT>
<P align=center><IMG height=41 alt="71-4.gif (2038 字节)"
src="电子学报990820.files/71-4.gif" width=174><FONT face=宋体>(8)</FONT></P>
<P align=left><FONT face=宋体> 此时，X误判为<IMG height=18
alt="62-5.gif (530 字节)" src="电子学报990820.files/62-5.gif" width=12>=(<IMG
height=18 alt="62-5.gif (530 字节)" src="电子学报990820.files/62-5.gif"
width=12><SUB>1</SUB>,…,<IMG height=18 alt="62-5.gif (530 字节)"
src="电子学报990820.files/62-5.gif" width=12><SUB>N</SUB>)的概率为</FONT></P>
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