[發(fā)明專利]一種基于幾何的寬帶UAV MIMO信道建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111371490.2
• 申請(qǐng)日: 2021-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN114039684B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張治中;郭夢(mèng)婷;鄧炳光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B17/391
• 分類號(hào): H04B17/391;H04B7/0413
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

1.一種基于幾何的寬帶UAV?MIMO信道建模方法，其特征在于：該方法包括步驟：

(1)建立UAV?MIMO半球模型，包含一個(gè)發(fā)射端和一個(gè)接收端，發(fā)射端和接收端分別表示UAV和地面用戶的位置；在初始階段，發(fā)射端懸停在接收端上方特定高度，接收端緩慢移動(dòng)；模型假設(shè)接收端附近的全向散射體分布在由L個(gè)不同的圓組成的半球表面上，由于發(fā)射端飛的足夠高，忽略發(fā)射端周圍的散射體；

(2)根據(jù)UAV半球模型建立UAV?MIMO信道發(fā)射天線p到接收天線q之間的信道沖激響應(yīng)，分為視距路徑和非視距路徑；

(3)根據(jù)發(fā)射端、接收端和散射體之間的幾何關(guān)系，推導(dǎo)時(shí)變傳輸距離、角度分布函數(shù)、時(shí)間相關(guān)函數(shù)、空間相關(guān)函數(shù)和多普勒功率譜密度的時(shí)變信道參數(shù)；

所述步驟(2)中，UAV?MIMO信道，生成的發(fā)射端第p根天線到接收端第q根天線之間的信道沖激響應(yīng)分為視距路徑和非視距路徑，公式為：

式中：K和Ω_pq分別表示萊斯系數(shù)和總功率，f_c表示載波頻率，C₀表示光速；假設(shè)相位φ_n,l是獨(dú)立同分布的隨機(jī)變量，且在[-π,π]內(nèi)均勻分布，f_D,LoS(t)表示視距路徑的多普勒項(xiàng)，f_D,nl表示非視距路徑的多普勒項(xiàng)；

所述步驟(3)中，時(shí)變傳輸距離的計(jì)算如下：

建立以移動(dòng)接收端為半球散射體底部圓環(huán)中心的坐標(biāo)系，發(fā)射端到接收端的時(shí)變距離用ε_pq(t)表示，發(fā)射端到散射體的時(shí)變距離用ε_p,nl(t)表示，散射體到接收端的距離用ε_nl,q表示，公式表示為：

其中，x_pq(t)、y_pq(t)和z_pq(t)分別表示發(fā)射端到接收端在x軸、y軸和z軸方向上的時(shí)變距離；x_p,nl(t)、y_p,nl(t)和z_p,nl(t)分別表示發(fā)射端到散射體在x軸、y軸和z軸方向上的時(shí)變距離；x_nl,q、y_nl,q和z_nl,q分別表示散射體到接收端在x軸、y軸和z軸方向的距離；

所述步驟(3)中，角度分布函數(shù)和時(shí)間相關(guān)函數(shù)、空間相關(guān)函數(shù)的計(jì)算步驟為：

(5a)為了聯(lián)合考慮方位角和仰角的影響，有效散射體的分布由VMF分布表示，VMF分布定義為：

(5b)任意兩個(gè)子信道之間的時(shí)間相關(guān)函數(shù)、空間相關(guān)函數(shù)定義為兩個(gè)時(shí)變傳遞函數(shù)之間的歸一化表示，寫成視距分量和單反射分量的疊加：

其中，視距分量的公式具體表示為

單反射分量的公式具體表示為：

式中，和和和分別表示沒(méi)有抖動(dòng)時(shí)的方位角取值范圍，俯仰角取值范圍和半徑取值范圍；和和和分別是有抖動(dòng)時(shí)的方位角取值范圍，俯仰角取值范圍和半徑取值范圍；

所述步驟(3)中，多普勒功率譜密度的計(jì)算步驟為：

多普勒功率譜密度通過(guò)時(shí)變的時(shí)間相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換形式得到，表達(dá)式為：

其中f_D表示多普勒頻率，的表達(dá)式為：

總的多普勒功率譜密度表示為視距分量的多普勒功率譜密度和非視距分量的多普勒功率譜密度的疊加。