[发明专利]一种高速飞行器中继双极化MIMO信道建模方法

说明书

本发明属于测控通信技术领域，公开了一种高速飞行器中继双极化MIMO信道建模方法，包括：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；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；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。本发明采大大降低了空间和发射成本；考虑了等离子体鞘套下的双极化不对称性对信道模型的影响。

技术领域

本发明属于测控通信技术领域，尤其涉及一种高速飞行器中继双极化MIMO信道建模方法。

背景技术

随着宇航技术的飞速发展，高超声飞行器的开发利用成为国内外航天领域研究热点。当高速飞行器以大于10马赫的速度飞行时，飞行器周围的等离子体鞘套会严重衰减和畸变信号，使得信道容量大幅度降低造成通信中断(黒障)现象，极大地威胁了飞行器的飞行安全。为了克服或者缓解黑障通信中断问题，研究者们提出了许多物理和化学等离子体抑制方法来提高通信的可能性，这些措施理论上可以在一定程度地降低衰减，但在实际场合几乎无法应用。对于通信而言，目前关于高速飞行器的通信研究都是停留在下行“端对端”通信，这种情况是单输入和单输出传输信道，信道容量相对而言是比较小的。采用上行中继和分集传输方式是提高信道容量和改善通信质量的重要手段。实际上，采用极化分集可以在偏振方向上产生两个独立的正交子信道，它只需要在单个中继卫星和单个飞行器就能组成MIMO系统，可大大降低系统复杂度。卫星应用双极化MIMO技术是比较成熟的，文献Konstantinos P.Liolis,Jesús Gómez-Vilardebó,Enrico Casini,Ana I.Pérez-Neira.Statistical Modeling of Dual-Polarized MIMO Land Mobile SatelliteChannels[J].IEEE Transactions on Communications,2010,58(11):3077-3083给出了陆地移动卫星双极化MIMO信道模型，但是高速飞行器存在特殊的等离子体鞘套环境，这就导致等离子体鞘套下应用双极化MIMO技术存在以下问题：(1)卫星双极化MIMO系统中一般认为极化具有对称性，而等离子体鞘套下双极化MIMO信道模型设计中需要考虑极化不对称的问题，使得对MIMO子信道的大尺度和小尺度影响是不同的。(2)等离子体鞘套会影响信道的大尺度衰落和小尺度衰落特性，等离子体鞘套环境会对极化传输信道的独立性产生影响，即会改变双极化MIMO子信道之间的相关性，使得子信道的独立性收到破坏，在建模过程中需要考虑。针对高速飞行器黑障通信可靠性问题，面向上行中继双极化传输方法研究，提出一种高速飞行器中继双极化MIMO信道建模方法，可为中继分集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：目前的MIMO信道模型存在等离子体鞘套下双极化MIMO信道模型设计中需要考虑极化不对称，影响信道的大尺度衰落和小尺度衰落特性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高速飞行器中继双极化MIMO信道建模方法。

本发明是这样实现的，一种高速飞行器中继双极化MIMO信道建模方法，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。

进一步，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：

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；