5.8 GHz频段下陆对舰海上无线信道的建模与分析

《IEEE Transactions on Wireless Communications》：Modeling and Analysis of Land-to-Ship Maritime Wireless Channels at 5.8 GHz

本文针对动态海洋环境下的5.8GHz海陆通信信道建模难题，提出基于大规模测量的新路径损耗模型，揭示海面波动引起的SWIFT衰落现象，改进两射线模型以适配船舶运动，并对比分析TWDP与asymmetric Laplace分布对多径衰落表征的适用性，最后通过Gini指数和Rician K因子量化信道稀疏性及时延扩散特征。

　　

摘要：

海洋信道建模对于设计可靠的近海通信系统至关重要，但目前能够充分考虑动态海洋环境（包括海浪变化、风况以及船舶运动）的可靠模型仍然十分匮乏。本文基于大规模的测量工作，并结合水文和气象数据的收集，研究了5.8 GHz频段下的陆对船海上无线信道特性。首先，我们提出了一种基于物理原理、具有高精度的大规模路径损耗模型，适用于动态海洋环境。接着，我们引入了“海浪诱导的固定点（SWIFT）衰落”现象，这一现象能够准确反映海面波动对接收功率的影响。随后，我们提出了一个考虑船舶旋转运动的改进型双射线模型来模拟SWIFT衰落，该模型与实测数据吻合度较高，尤其是在船舶姿态变化较小的情况下。进一步地，我们通过多种模型研究了小尺度衰落现象，包括具有扩散功率特性的双波模型（TWDP）和非对称拉普拉斯分布模型；其中非对称拉普拉斯分布模型在大多数情况下表现良好，而TWDP模型则能更好地捕捉恶劣海况下的双峰衰落特征。此外，我们还利用基尼指数和Rician K因子分析了海洋信道的稀疏性，并对信道的时间扩散特性进行了研究。这些信道模型及其参数特性为海上无线系统的设计与部署提供了宝贵的参考依据。