[发明专利]一种高速飞行器中继双极化MIMO信道建模方法

权利要求书

1.一种高速飞行器中继双极化MIMO信道建模方法，其特征在于，所述高速飞行器中继双极化MIMO信道建模方法包括以下步骤：

步骤一，利用等离子体鞘套马尔科夫状态转移模型确定Loo信道参数；

步骤二，利用Loo模型建立每条等离子体鞘套下的中继卫星子信道的大尺度衰落模型和小尺度衰落模型，子信道经过双极化MIMO模型来产生极化相关性；

步骤三，联合每条子信道的大尺度衰落和小尺度衰落部分得到等离子体鞘套下的极化MIMO信道模型；

所述高速飞行器中继双极化MIMO信道建模方法具体包括以下步骤：

第一步，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转态序列；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；

第二步，根据高速飞行器等离子体鞘套电子密度和碰撞频率，计算获取左旋圆极化等离子体环境极化耦合度参数XPC_env,L和右旋圆极化等离子体环境极化耦合度参数和XPC_env,R；

第三步，利用Loo模型信道参数和参数XPC_env,L、XPC_env,R，实现大尺度信道模型模拟；

第四步，利用信道参数和步骤S2的参数XPC_env,L、XPC_env,R，实现小尺度信道模型模拟；

第五步，联合大尺度衰落分量和小尺度衰落分量得到等离子体鞘套下的极化MIMO信道模型；

所述第一步具体包括：

(1)输入等离子体鞘套马尔科夫状态转移矩阵P，状态转移矩阵P中元素P(i,j)表示从状态i跳转到状态j的概率，0≤P(i,j)≤1且n表示该模型模拟n个状态；

(2)输入状态帧L_Frame，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

第一步，产生一个(0，1)均匀分布随机数U，并设置k＝1；

第二步，测试条件如果满足测试条件，则下一状态S_t+1＝k；如果不满足测试条件，则k＝k+1并重复第二步，直到满足条件为止；

(3)飞行器沿其路径移动，每L_Frame米做一次判断终端所处的状态，并查找相应的状态下Loo模型参数Loo(α,ψ,MP)；α，ψ和MP以dB形式表示，其中α，ψ分别表示大尺度衰落的幅度的均值和方差，MP表示的是小尺度衰落的幅度的平均能量；

所述第二步具体包括：

1)根据高速飞行器电子密度和碰撞频率，对于飞行器天线窗口处的等离子体鞘套，其电子密度分布曲线采用双高斯模型来拟合近似：

其中，a₁和a₂分别表示电子密度分布曲线的上升和下降系数，Ne_peak和z₀分别表示电子密度最大值和距离飞行器表面的距离；

2)根据等效波阻抗法计算圆极化波斜入射等离子体后的透射波：

其中，和分别表示平行极化和垂直极化单位方向矢量；和分别为入射波分解成的平行极化分量和垂直极化分量，和分别为透射波分解成的平行极化分量和垂直极化分量；和分别为平行极化波和垂直极化波的透射系数；

3)根据圆极化波入射等离子体后的透射波分解为右旋圆的透射波和左旋圆的透射波

其中，E₀为归一化场强，和分别为右旋波入射后透射波中共极化和交叉极化波的透射系数，和分别为左旋波入射后透射波中共极化和交叉极化波的透射系数；

4)将左/右旋波入射后透射波中共极化和交叉极化波的透射系数带入下式，获取参数XPC_env,L和XPC_env,R：

所述第三步具体包括：

步骤一，对于每个状态，产生2×2统计独立的均值为0，方差为1的高斯随机序列样本矩阵样本的采样间隔为T；之后样本矩阵每个元素经过低通IIR滤波器来实现信号的时间相关性，得到具有时间相关性的2×2矩阵

步骤二，输入大尺度衰落分量的相关矩阵并将带入下式，利用相关矩阵产生MIMO子信道间的极化相关性，得到极化相关的2×2信道矩阵

vec()表示取列向量操作；

步骤三，根据大尺度衰落的幅度服从对数正态分布，输入Loo模型信道参数α和ψ，并将带入下式，产生极化相关的对数正态分布的信道特性矩阵

步骤四，根据极化对信道序列功率的影响，输入位于高速飞行器的极化天线极化鉴别度XPD_ant,r，利用下式调整大尺度衰落矩阵

其中β_ant是XPD_ant,r的因子，

所述第四步具体包括：

1)对于每个状态，产生2×2统计独立的均值为0，方差为1的复高斯随机序列样本矩阵

2)为了引入多普勒频移效应，将2×2复高斯随机序列矩阵每个元素通过巴特沃斯滤波器来实现，产生具有多普勒效应的复高斯随机序列矩阵巴特沃斯滤波器表示为：

其中，A＝exp(-vT/r_c)，v是飞行器的飞行速度，T是样本采用间隔，r_c为相干距离，f_c为k阶滤波器的截止频率；

3)根据小尺度衰落的幅度服从瑞利分布，为了产生2×2的复瑞利序列，输入Loo模型信道参数MP，并将复高斯序列矩阵每个元素乘以来产生瑞利2×2矩阵其中

4)输入小尺度衰落分量的相关矩阵并将带入下式，利用相关矩阵产生MIMO子信道间的极化相关性，得到极化相关的信道特性2×2矩阵

其中，表示的是Kronecker积，上标T表示矩阵转置，和分别表示发送端和接收端的2×2协方差矩阵；

其中，和分别表示发射终端的左旋圆极化和右旋圆极化的交叉相关性；和分别表示接收端的左旋圆极化和右旋圆极化的交叉相关性；

5)根据极化对信道序列功率的影响，输入环境耦合度XPC_env,L、XPC_env,R和位于高速飞行器的极化天线极化鉴别度XPD_ant,r，利用下式调整大尺度衰落矩阵

其中和

2.一种使用权利要求1所述高速飞行器中继双极化MIMO信道建模方法的高速飞行器。