[發明專利]一種高速飛行器中繼雙極化MIMO信道建模方法

有效

• 申請號: 201710527448.2
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107302387B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 石磊;呂躍廣;楊惠婷;劉彥明;李小平;白博文;楊敏
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B17/391
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪;肖志娟

本發明屬于測控通信技術領域，公開了一種高速飛行器中繼雙極化MIMO信道建模方法，包括：利用等離子體鞘套馬爾科夫狀態轉移模型確定Loo信道參數；利用Loo模型建立每條等離子體鞘套下的中繼衛星子信道的大尺度衰落模型和小尺度衰落模型，子信道經過雙極化MIMO模型來產生極化相關性；聯合每條子信道的大尺度衰落和小尺度衰落部分得到等離子體鞘套下的極化MIMO信道模型。本發明采大大降低了空間和發射成本；考慮了等離子體鞘套下的雙極化不對稱性對信道模型的影響。

技術領域

本發明屬于測控通信技術領域，尤其涉及一種高速飛行器中繼雙極化MIMO信道建模方法。

背景技術

隨著宇航技術的飛速發展，高超聲飛行器的開發利用成為國內外航天領域研究熱點。當高速飛行器以大于10馬赫的速度飛行時，飛行器周圍的等離子體鞘套會嚴重衰減和畸變信號，使得信道容量大幅度降低造成通信中斷(黒障)現象，極大地威脅了飛行器的飛行安全。為了克服或者緩解黑障通信中斷問題，研究者們提出了許多物理和化學等離子體抑制方法來提高通信的可能性，這些措施理論上可以在一定程度地降低衰減，但在實際場合幾乎無法應用。對于通信而言，目前關于高速飛行器的通信研究都是停留在下行“端對端”通信，這種情況是單輸入和單輸出傳輸信道，信道容量相對而言是比較小的。采用上行中繼和分集傳輸方式是提高信道容量和改善通信質量的重要手段。實際上，采用極化分集可以在偏振方向上產生兩個獨立的正交子信道，它只需要在單個中繼衛星和單個飛行器就能組成MIMO系統，可大大降低系統復雜度。衛星應用雙極化MIMO技術是比較成熟的，文獻Konstantinos P.Liolis,Jesús Gómez-Vilardebó,Enrico Casini,Ana I.Pérez-Neira.Statistical Modeling of Dual-Polarized MIMO Land Mobile SatelliteChannels[J].IEEE Transactions on Communications,2010,58(11):3077-3083給出了陸地移動衛星雙極化MIMO信道模型，但是高速飛行器存在特殊的等離子體鞘套環境，這就導致等離子體鞘套下應用雙極化MIMO技術存在以下問題：(1)衛星雙極化MIMO系統中一般認為極化具有對稱性，而等離子體鞘套下雙極化MIMO信道模型設計中需要考慮極化不對稱的問題，使得對MIMO子信道的大尺度和小尺度影響是不同的。(2)等離子體鞘套會影響信道的大尺度衰落和小尺度衰落特性，等離子體鞘套環境會對極化傳輸信道的獨立性產生影響，即會改變雙極化MIMO子信道之間的相關性，使得子信道的獨立性收到破壞，在建模過程中需要考慮。針對高速飛行器黑障通信可靠性問題，面向上行中繼雙極化傳輸方法研究，提出一種高速飛行器中繼雙極化MIMO信道建模方法，可為中繼分集通信評估和體制設計提供參考。

綜上所述，現有技術存在的問題是：目前的MIMO信道模型存在等離子體鞘套下雙極化MIMO信道模型設計中需要考慮極化不對稱，影響信道的大尺度衰落和小尺度衰落特性。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種高速飛行器中繼雙極化MIMO信道建模方法。

本發明是這樣實現的，一種高速飛行器中繼雙極化MIMO信道建模方法，所述高速飛行器中繼雙極化MIMO信道建模方法包括以下步驟：

步驟一，利用等離子體鞘套馬爾科夫狀態轉移模型確定Loo信道參數；

步驟二，利用Loo模型建立每條等離子體鞘套下的中繼衛星子信道的大尺度衰落模型和小尺度衰落模型，子信道經過雙極化MIMO模型來產生極化相關性；

步驟三，聯合每條子信道的大尺度衰落和小尺度衰落部分得到等離子體鞘套下的極化MIMO信道模型。

進一步，所述高速飛行器中繼雙極化MIMO信道建模方法包括以下步驟：

第一步，根據陸地移動衛星馬爾科夫信道狀態轉移矩陣P，獲取馬爾科夫信道模型的轉態序列；根據陸地移動衛星信道測試結果確定狀態序列對應的Loo模型信道參數；