一种基于二径模型的大入射角反射率远场测量方法

本发明属于毫米波通信仿真，通过测量获取相关参数，尤其涉及一种满足毫米波信道测量需求的大入射角反射率远场测量方法，本发明基于二径模型的测量实验提取出场景的反射系数，再将反射系数用于复杂环境的建模，主要应用于毫米波频段通信仿真领域。

背景技术：

1、毫米波通信技术以其通信容量大、安全保密好、传输质量高、全天候通信的特点被广泛应用于多种通信环境中。为了对毫米波通信系统的设计进行优化，提供具体毫米波通信系统建设的参考，需要提前对这种环境下的信道进行建模仿真，以便分析具体环境中相关因素对通信质量的影响。

2、在预先的仿真过程中，通常需要在通信系统中设置一系列具体参数。信号传播时，除了直接到达的路径外，还会存在反射路径。当电磁波投射到相对于其波长较大的物体(如地面或楼房)时，就会发生反射或镜面反射。实际情况中，反射会引起电磁波能量的损耗，即反射损耗，反射损耗可以用反射率来描述。由于反射率对反射信号的影响最为显著，所以准确描述反射系数是信道仿真的关键。

3、在搭建仿真环境时，一般采取通用的标准参数进行计算与仿真，如将标准混凝土反射率作为仿真反射面的反射率，进行系统仿真与数据处理，该反射率随着入射角的变化而变化。然而，考虑到具体环境中的各种因素对通信效果有所影响，为了对通信环境进行准确实际的建模仿真，降低仿真结果的误差，最好提前得到实际环境中准确的反射参数。

4、为获得不同信道环境下更准确的反射率，对于小入射角情况，通常采用弓形法进行实地测量反射率。然而，在大入射角情况下，由于弓形法天线直接耦合严重，对反射率有较大影响。为了计算准确的反射系数，可以考虑以二径传播模型为依据，对由其得出的有规律的典型分布曲线进行分析，来提取对应的反射系数。

5、在二径传播模型中。一条路径指的是由发射天线到接收天线之间的直达波路径；另一条路径指的是同样由发射天线发出、在途中经过物体反射后才到达接收天线的反射波路径。二径传播模型中的接收信号由直达波和反射波叠加而成，本质上是振动方向相同、频率相同、相位差恒定的两列微波以不同的传播路径在空间某点处产生的叠加效果。因此可得出毫米波通信二径传播模型分布曲线的特点：当发射机与接收机距离较近时，考虑到毫米波的天线增益很高，天线的定向特性使得反射波的信号比直达波弱得多，此时传播信号以直达波为主。当发射机与接收机距离较远时，传播信号以直达波与反射波叠加为主，直达波与反射波路径同相位叠加时，总接收信号为极大值，即可认为其为波峰；直达波与反射波路径反相位抵消时，总接收信号为极小值，即可认为其为波谷。

6、在计算反射参数时需要先得出相应的传输距离，可以考虑以下两种方案：一种是得出绝对的传输距离，绝对位置的峰谷与起点位置相关，考虑到连接电缆与空间传播等的影响，以及毫米波本身对测量精度的要求很高，绝对传输距离往往难以得到；另一种则只需要相对的传输距离，只考虑收发机的间隔，通过相对的峰谷分布即可得到相对位置。常规仿真所遵循的反射系数设置标准不适用于高速磁浮环境下的毫米波通信系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无需考虑难以得到的绝对位置关系，只需要通过相对的峰谷分布就能得到相对的位置关系，来计算提取反射特性的大入射角反射率远场测量方法。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于二径模型的大入射角反射率远场测量方法，包括如下步骤：

3、s1、根据传播方程，求出直达波、反射波与总接收信号的功率与对应关系；根据二径模型特点，得到直达波接收功率为：

4、

5、反射波接收功率为：

6、

7、式中pt为信号发射功率，gagb是收发天线在直达路径方向上增益的乘积，gcgd是收发天线在反射路径方向上增益的乘积，直达路径长度为ld，反射路径长度lr＝lr1+lr2，γ是反射面反射率，λ为信号波长；

8、s2、代入天线方向图与实际几何关系，以发射点为相位零点，分别附加直达波与反射波相位参数，得出总接收功率，表示为：

9、

10、其中是两信号之间的相位差；

11、s3、计算波峰和波谷时的总接收功率：当直达波与反射波在接收端矢量相加，波程差为偶数倍半波长时信号同相叠加，此时总接收功率处于波峰，总接收功率为：

12、

13、式中ppeak为处于波峰时的总接收功率；

14、当直达波与反射波在接收端矢量相加，波程差为奇数倍半波长时信号反向抵消，此时总接收功率处于波谷，总接收功率为：

15、

16、式中pvalley为处于波谷时的总接收功率；

17、s4、将s3中处于波峰时的总接收功率公式变形，得到同相时反射面反射率为：

18、

19、将s3中处于波谷时的总接收功率公式变形，得到反相时反射面反射率为：

20、

21、s5、绘制出总接收信号的波形图，根据波形图得到波峰和波谷时的总接收功率，分别将波峰和波谷时的总接收功率带入s4的公式中，得到反射率；

22、s6、对相同环境下得出的反射系数多次测量后再取平均值，得到准确的反射系数。

23、本发明的有益效果是：本发明在计算反射系数时无需考虑难以得到的绝对位置关系，只需要通过相对的峰谷分布就能得到相对的位置关系，来计算提取反射特性，以此为依据对具体通信环境下的实测数据进行计算处理，根据得到的结果在仿真时灵活设置适当的反射系数，可以在不影响仿真系统的情况下，有效降低仿真结果的误差。该方法在毫米波频段下可以实现反射率的实地准确测量，相比传统方法，该测量更准确、操作更便捷，且无需测量信号相位，满足大入射角条件下反射率实地测量需求。

技术特征：

1.一种基于二径模型的大入射角反射率远场测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结一种基于二径模型的大入射角反射率远场测量方法，包括如下步骤：S1、根据传播方程，求出直达波、反射波与总接收信号的功率与对应关系；S2、代入天线方向图与实际几何关系，得出总接收功率；S3、计算波峰和波谷时的总接收功率；S4、得到同相时反射面反射率和反相时反射面反射率；S5、绘制出总接收信号的波形图，得到波峰和波谷时的总接收功率，带入S4的公式中，得到反射率；S6、对相同环境下得出的反射系数多次测量后再取平均值，得到准确的反射系数。本发明无需考虑难以得到的绝对位置关系，只需要通过相对的峰谷分布就能得到相对的位置关系，来计算提取反射特性，可以在不影响仿真系统的情况下，有效降低仿真结果的误差。技术研发人员：李廷军,王祎轲,杨旭,杨海宁,程钰间,樊勇受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/17