[發明專利]一種臨近空間高空平臺空間-極化分集MIMO信道建模方法

有效

• 申請號: 201810226309.0
• 申請日: 2018-03-19
• 公開（公告）號: CN108768472B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 劉彥明;李琦;石磊;李小平;姚博;朱從瑩
• 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;H04B7/10;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

1.一種臨近空間高空平臺空間-極化分集MIMO信道建模方法，其特征在于，所述臨近空間高空平臺空間-極化分集MIMO信道建模方法利用馬爾科夫狀態轉移模型確定Loo模型信道參數；利用信道測量數據和理論模型計算并擴展極化和空間相關系數，代入由Loo模型模擬的大/小尺度衰落模型產生相關性；聯合每條子信道的大尺度衰落和小尺度衰落部分得到高空平臺空間-極化分集MIMO信道模型；

所述臨近空間高空平臺空間-極化分集MIMO信道建模方法包括以下步驟：

步驟一，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狀態轉移序列；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；

步驟二，利用現有的2x2 MIMO的信道測量數據和理論模型計算空間-極化分集MIMO信道的大尺度衰落極化相關系數矩陣C_pl、小尺度衰落極化相關系數矩陣C_ps和空間相關系數矩陣C_s；

步驟三，利用Loo模型生成大尺度衰落模型和小尺度衰落模型，并將第二步得到的相關系數代入對應模型，產生子信道間的相關性；

步驟四，結合步驟二的相關系數和步驟三大/小尺度衰落模型得到高空平臺空間-極化分集MIMO信道模型；

所述步驟一具體包括：

(1)建立兩個時間序列，分別表示信道1和信道2的狀態序列，每個序列包括兩種狀態，分別為好狀態和壞狀態；

(2)輸入兩狀態馬爾科夫狀態轉移矩陣狀態轉移矩陣P中元素P(i,j)表示從狀態i轉移到狀態j的概率，0≤P(i,j)≤1且

(3)輸入狀態態幀L_Frame＝5，L_Frame表示為某個狀態持續的最小距離；給定當前狀態S_t，每L_Frame米生成下一狀態S_t+1：

產生一個服從(0，1)均勻分布的隨機數K，并設置i＝1；

若參數滿足則下一狀態S_t+1＝i；若不滿足測試條件，則i＝i+1并重復測試條件，直到滿足條件為止；

(3)隨著終端移動，每L_Frame米做一次判斷終端所處的狀態，并查找相應狀態下的Loo模型參數Loo(M_A,Σ_A,MP)，相應的Loo模型參數定義如下：

f(M_A)～Gaussian(μ₁,σ₁)，f(Σ_A|M_A)～Gaussian(μ₂,σ₂)，f(MP)～Gaussian(μ₃,σ₃)；M_A,Σ_A和MP均以dB形式表示，其中M_A，Σ_A分別表示大尺度衰落視距分量的均值和方差，MP表示小尺度衰落的多徑分量的平均功率；

(4)疊加兩個時間序列，得到信道總的時間序列；

所述步驟二具體包括：

(1)根據所提極化參數擴展方法在計算極化相關性時只關注天線的極化；

其中，L_i,R_j/L_m,R_n均表示空間-極化分集4x4 MIMO收發天線i,j,m,n(i/m＝1,2,j/n＝a,b)的左旋/右旋圓極化；

(2)根據參數擴展方法，輸入現有的開闊地環境下2x2雙極化分集MIMO的信道測量數據進行參數擴展，得到相應的4x4MIMO信道的大尺度衰落極化相關系數矩陣C_pl和小尺度衰落極化相關系數矩陣C_ps；

(3)計算40°仰角下2x2 MIMO空間分集的空間相關系數，高空平臺信道存在視距路徑，因而空間相關系數由視距路徑和非視距路徑信道分量的相關函數疊加得到：

其中R_a1,b2為a1鏈路和b2鏈路信道間的空時相關函數，h_a1(t),h_b2(t)分別為對應鏈路信道的沖擊響應；Ω_a1為子信道發送能量，Ω_a1＝E[|h_a1(t)|²]≤1，和分別為直視視距和非視距路徑信道分量的相關函數；

(4)根據空間相關系數參數擴展方法，進行參數擴展時只考慮天線的空間分集，不考慮天線的極化分集：

其中，L_i,R_j/L_m,R_n均表示空間-極化分集4x4 MIMO收發天線i,j,m,n(i/m＝1,2,j/n＝a,b)的左旋/右旋圓極化；

(5)輸入第三步計算得到的空間分集2x2MIMO信道的空間相關系數結合參數擴展方法對應得到空間-極化分集4x4MIMO信道需要的空間相關系數C_s；

所述步驟三具體包括：

(1)對于每個狀態，產生4×4統計獨立的均值為0，方差為1的高斯隨機序列樣本矩陣

(2)將高斯隨機序列樣本矩陣分別通過低通IIR濾波器和巴特沃斯濾波器，產生具有時間相關性的不相關4×4MIMO大尺度衰落矩陣和不相關的小尺度衰落瑞利矩陣得到不相關的大尺度衰落模型和小尺度衰落模型；

(3)利用步驟二計算得到的極化相關系數和空間相關系數，對生成的大尺度衰落和小尺度衰落模型疊加相關性，得到相關的空間-極化分集4×4MIMO大尺度衰落矩陣和小尺度衰落矩陣

和分別表示大尺度衰落和小尺度衰落極化相關系數，表示空間分集相關系數，vec()表示取列向量操作；

(4)輸入Loo模型信道參數M_A、Σ_A和MP，并將帶入下式，產生相關的對數正態分布的大尺度衰落信道特性矩陣

(5)根據極化對信道序列功率的影響，加入極化鑒別度XPD_ant對信道序列的影響，利用下式調整大尺度衰落矩陣和小尺度衰落矩陣

其中β_ant是極化鑒別度XPD_ant的因子，

γ＝β_ant(1-γ_env)+(1-β_ant)γ_env和γ_env為極化耦合度XPC_env因子。

2.一種應用權利要求1所述臨近空間高空平臺空間-極化分集MIMO信道建模方法的無線電傳輸系統。