[发明专利]一种临近空间高空平台空间-极化分集MIMO信道建模方法

权利要求书

1.一种临近空间高空平台空间-极化分集MIMO信道建模方法，其特征在于，所述临近空间高空平台空间-极化分集MIMO信道建模方法利用马尔科夫状态转移模型确定Loo模型信道参数；利用信道测量数据和理论模型计算并扩展极化和空间相关系数，代入由Loo模型模拟的大/小尺度衰落模型产生相关性；联合每条子信道的大尺度衰落和小尺度衰落部分得到高空平台空间-极化分集MIMO信道模型；

所述临近空间高空平台空间-极化分集MIMO信道建模方法包括以下步骤：

步骤一，根据陆地移动卫星马尔科夫信道状态转移矩阵P，获取马尔科夫信道模型的状态转移序列；根据陆地移动卫星信道测试结果确定状态序列对应的Loo模型信道参数；

步骤二，利用现有的2x2 MIMO的信道测量数据和理论模型计算空间-极化分集MIMO信道的大尺度衰落极化相关系数矩阵C_pl、小尺度衰落极化相关系数矩阵C_ps和空间相关系数矩阵C_s；

步骤三，利用Loo模型生成大尺度衰落模型和小尺度衰落模型，并将第二步得到的相关系数代入对应模型，产生子信道间的相关性；

步骤四，结合步骤二的相关系数和步骤三大/小尺度衰落模型得到高空平台空间-极化分集MIMO信道模型；

所述步骤一具体包括：

(1)建立两个时间序列，分别表示信道1和信道2的状态序列，每个序列包括两种状态，分别为好状态和坏状态；

(2)输入两状态马尔科夫状态转移矩阵状态转移矩阵P中元素P(i,j)表示从状态i转移到状态j的概率，0≤P(i,j)≤1且

(3)输入状态态帧L_Frame＝5，L_Frame表示为某个状态持续的最小距离；给定当前状态S_t，每L_Frame米生成下一状态S_t+1：

产生一个服从(0，1)均匀分布的随机数K，并设置i＝1；

若参数满足则下一状态S_t+1＝i；若不满足测试条件，则i＝i+1并重复测试条件，直到满足条件为止；

(3)随着终端移动，每L_Frame米做一次判断终端所处的状态，并查找相应状态下的Loo模型参数Loo(M_A,Σ_A,MP)，相应的Loo模型参数定义如下：

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分别表示大尺度衰落视距分量的均值和方差，MP表示小尺度衰落的多径分量的平均功率；

(4)叠加两个时间序列，得到信道总的时间序列；

所述步骤二具体包括：

(1)根据所提极化参数扩展方法在计算极化相关性时只关注天线的极化；

其中，L_i,R_j/L_m,R_n均表示空间-极化分集4x4 MIMO收发天线i,j,m,n(i/m＝1,2,j/n＝a,b)的左旋/右旋圆极化；

(2)根据参数扩展方法，输入现有的开阔地环境下2x2双极化分集MIMO的信道测量数据进行参数扩展，得到相应的4x4MIMO信道的大尺度衰落极化相关系数矩阵C_pl和小尺度衰落极化相关系数矩阵C_ps；

(3)计算40°仰角下2x2 MIMO空间分集的空间相关系数，高空平台信道存在视距路径，因而空间相关系数由视距路径和非视距路径信道分量的相关函数叠加得到：

其中R_a1,b2为a1链路和b2链路信道间的空时相关函数，h_a1(t),h_b2(t)分别为对应链路信道的冲击响应；Ω_a1为子信道发送能量，Ω_a1＝E[|h_a1(t)|²]≤1，和分别为直视视距和非视距路径信道分量的相关函数；

(4)根据空间相关系数参数扩展方法，进行参数扩展时只考虑天线的空间分集，不考虑天线的极化分集：

其中，L_i,R_j/L_m,R_n均表示空间-极化分集4x4 MIMO收发天线i,j,m,n(i/m＝1,2,j/n＝a,b)的左旋/右旋圆极化；

(5)输入第三步计算得到的空间分集2x2MIMO信道的空间相关系数结合参数扩展方法对应得到空间-极化分集4x4MIMO信道需要的空间相关系数C_s；

所述步骤三具体包括：

(1)对于每个状态，产生4×4统计独立的均值为0，方差为1的高斯随机序列样本矩阵

(2)将高斯随机序列样本矩阵分别通过低通IIR滤波器和巴特沃斯滤波器，产生具有时间相关性的不相关4×4MIMO大尺度衰落矩阵和不相关的小尺度衰落瑞利矩阵得到不相关的大尺度衰落模型和小尺度衰落模型；

(3)利用步骤二计算得到的极化相关系数和空间相关系数，对生成的大尺度衰落和小尺度衰落模型叠加相关性，得到相关的空间-极化分集4×4MIMO大尺度衰落矩阵和小尺度衰落矩阵

和分别表示大尺度衰落和小尺度衰落极化相关系数，表示空间分集相关系数，vec()表示取列向量操作；

(4)输入Loo模型信道参数M_A、Σ_A和MP，并将带入下式，产生相关的对数正态分布的大尺度衰落信道特性矩阵

(5)根据极化对信道序列功率的影响，加入极化鉴别度XPD_ant对信道序列的影响，利用下式调整大尺度衰落矩阵和小尺度衰落矩阵

其中β_ant是极化鉴别度XPD_ant的因子，

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

2.一种应用权利要求1所述临近空间高空平台空间-极化分集MIMO信道建模方法的无线电传输系统。