[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

本發明屬于無線電傳輸技術領域，公開了一種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信道參數；利用信道測量數據和理論模型計算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。與現有高空平臺MIMO信道模型相比，綜合考慮了理論模型和基于實測的散射模型的優劣性，全面評估了極化相關性和空間相關性對信道模型的影響，能夠準確描述高空平臺環境下大尺度和小尺度衰落特性，以及子信道之間的相關性。

技術領域

本發明屬于無線電傳輸技術領域，尤其涉及一種臨近空間高空平臺空間-極化分集MIMO信道建模方法。

背景技術

目前，業內常用的現有技術是這樣的：無線電頻譜是有限的資源，而現代通信服務需要越來越高的數據速率和信道容量。因此，在部署需要高容量的下一代通信系統時，融合了陸地和衛星通信系統的優勢的高空平臺通信系統是最有潛力的補充或替代解決方案。特別是在地震等自然災害失去地面基站和網絡支持下的快速應急通信場合，基于高空平臺快速部署、重構大容量通信系統將是最有潛力的一種解決方案。作為可提升信道容量的強有效方法，MIMO技術在高空平臺通信系統中的應用逐漸成為學術研究的熱點問題。但是，由于信道傳播條件和平臺尺寸限制，MIMO技術在高空平臺通信中的性能無法從傳統地面通信中的MIMO性能推斷。因此，開發精確、高效的HAP-MIMO信道仿真模型具有重要的意義。目前關于將MIMO應用在高空平臺通信系統研究主要是分為基于幾何分布的理論建模研究和基于實地測量的物理建模研究，理論模型的主要問題在于僅使用假設統計分布特性描述信道環境，缺乏實驗數據的支撐和驗證；而實測模型又相對成本過高，且通常基于某一特定場景，不具普遍性。因而兩者都不足以準確描述高空平臺通信場景。將MIMO技術應用在高空平臺通信系統仍存在以下問題：(1)缺乏可以準確描述高空平臺信道環境的信道模型；(2)高空平臺通信系統存在視距環境，由此帶來的空間相關性問題不可忽略，現有研究大多停留于理論研究，對相關性帶來的影響研究不夠深入。(3)現有的單維分集2x2MIMO信道模型帶來的信道容量的提升不足以彌補低仰角區陰影遮蔽帶來的重度衰落問題。針對現今通信服務高容量的要求和低仰角區重度衰落問題，提出一種高空平臺空間-極化分集MIMO信道建模方法，可為高空平臺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：現有高空平臺MIMO信道建模中存在的信道環境描述不準確、相關性考慮欠缺、信道容量不足以對抗低仰角多徑陰影衰落問題，需要采取更有效的分集策略進行彌補提升。

解決上述技術問題的難度和意義：現有的技術多采用單維的極化分集或平臺分集來實現MIMO傳輸。然而，在低仰角區陰影遮蔽帶來的重度衰落時，空間分集增益性能會嚴重降低。單維天線分集帶來的信道容量增益不足以彌補陰影帶來的重度衰落。本發明提出的空間-極化天線分集策略能夠很好的彌補低仰角區的陰影衰落問題，以達到分集增益的最大化，進而提升信道容量以滿足用戶日益增長的通信容量需求。難點在于由于高空平臺存在視距路徑，子信道間存在一定相關性，同時應用空間分集和極化分集需要考慮子信道的空間相關性和極化相關性，現有的測量數據只有2x2MIMO系統的相關系數矩陣，要獲取4x4MIMO系統的相關系數矩陣必須進行合理的參數擴展和推導。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種臨近空間高空平臺空間-極化分集MIMO信道建模方法。

本發明是這樣實現的，一種臨近空間高空平臺空間-極化分集MIMO信道建模方法，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信道參數；利用信道測量數據和理論模型計算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。

進一步，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：