[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

说明书

本发明属于无线电传输技术领域，公开了一种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信道参数；利用信道测量数据和理论模型计算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。与现有高空平台MIMO信道模型相比，综合考虑了理论模型和基于实测的散射模型的优劣性，全面评估了极化相关性和空间相关性对信道模型的影响，能够准确描述高空平台环境下大尺度和小尺度衰落特性，以及子信道之间的相关性。

技术领域

本发明属于无线电传输技术领域，尤其涉及一种临近空间高空平台空间-极化分集MIMO信道建模方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：无线电频谱是有限的资源，而现代通信服务需要越来越高的数据速率和信道容量。因此，在部署需要高容量的下一代通信系统时，融合了陆地和卫星通信系统的优势的高空平台通信系统是最有潜力的补充或替代解决方案。特别是在地震等自然灾害失去地面基站和网络支持下的快速应急通信场合，基于高空平台快速部署、重构大容量通信系统将是最有潜力的一种解决方案。作为可提升信道容量的强有效方法，MIMO技术在高空平台通信系统中的应用逐渐成为学术研究的热点问题。但是，由于信道传播条件和平台尺寸限制，MIMO技术在高空平台通信中的性能无法从传统地面通信中的MIMO性能推断。因此，开发精确、高效的HAP-MIMO信道仿真模型具有重要的意义。目前关于将MIMO应用在高空平台通信系统研究主要是分为基于几何分布的理论建模研究和基于实地测量的物理建模研究，理论模型的主要问题在于仅使用假设统计分布特性描述信道环境，缺乏实验数据的支撑和验证；而实测模型又相对成本过高，且通常基于某一特定场景，不具普遍性。因而两者都不足以准确描述高空平台通信场景。将MIMO技术应用在高空平台通信系统仍存在以下问题：(1)缺乏可以准确描述高空平台信道环境的信道模型；(2)高空平台通信系统存在视距环境，由此带来的空间相关性问题不可忽略，现有研究大多停留于理论研究，对相关性带来的影响研究不够深入。(3)现有的单维分集2x2MIMO信道模型带来的信道容量的提升不足以弥补低仰角区阴影遮蔽带来的重度衰落问题。针对现今通信服务高容量的要求和低仰角区重度衰落问题，提出一种高空平台空间-极化分集MIMO信道建模方法，可为高空平台通信评估和体制设计提供参考。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有高空平台MIMO信道建模中存在的信道环境描述不准确、相关性考虑欠缺、信道容量不足以对抗低仰角多径阴影衰落问题，需要采取更有效的分集策略进行弥补提升。

解决上述技术问题的难度和意义：现有的技术多采用单维的极化分集或平台分集来实现MIMO传输。然而，在低仰角区阴影遮蔽带来的重度衰落时，空间分集增益性能会严重降低。单维天线分集带来的信道容量增益不足以弥补阴影带来的重度衰落。本发明提出的空间-极化天线分集策略能够很好的弥补低仰角区的阴影衰落问题，以达到分集增益的最大化，进而提升信道容量以满足用户日益增长的通信容量需求。难点在于由于高空平台存在视距路径，子信道间存在一定相关性，同时应用空间分集和极化分集需要考虑子信道的空间相关性和极化相关性，现有的测量数据只有2x2MIMO系统的相关系数矩阵，要获取4x4MIMO系统的相关系数矩阵必须进行合理的参数扩展和推导。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种临近空间高空平台空间-极化分集MIMO信道建模方法。

本发明是这样实现的，一种临近空间高空平台空间-极化分集MIMO信道建模方法，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信道参数；利用信道测量数据和理论模型计算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。

进一步，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：