[发明专利]高空平台MIMO三维几何随机模型建立方法及通信方法

权利要求书

1.一种高空平台MIMO三维几何随机模型建立方法，其特征在于，基于等向散射和非等向散射的散射体，包括如下步骤：

步骤S1：初始化陆地移动基站TMS周围等向散射和非等向散射的散射体数目分别为N₁和N₂；

步骤S2：确定高空平台HAP天线单元p到陆地移动基站TMS天线单元l之间的时变距离参数；

步骤S3：确定高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到散射体之间的时变距离参数；

步骤S4：确定散射体到陆地移动基站TMS天线单元l的时变方位角参数和时变仰角参数；

步骤S5：通过步骤S2、步骤S3和步骤S4中得到时变距离参数、时变方位角参数和时变仰角参数，求解三维几何随机模型的空时相关性函数，通过相关性分析来确定用户端天线间距、发端天线间距和环境因子对HAP-MIMO信道的影响；

所述步骤S5，包括如下子步骤：

步骤S5.1：利用步骤S2、步骤S3和步骤S4中得到时变距离参数、时变方位角参数和时变仰角参数，求解三维几何随机模型的空时相关性函数，计算公式如下：

其中：

式中：γ_R表示陆地移动基站TMS的运动方向，_v(_t+τ)表示陆地移动基站TMS在t+τ时间内相对于散射体的运动距离，表示散射分量离开散射体的方位角，表示散射分量离开散射体的仰角，t表示初始时刻，τ表示时延，和分别表示三维几何随机模型的直射分量和散射分量的空时相关性，δ_T和δ_R分别表示高空平台HAP天线阵列和陆地移动基站TMS天线阵列上相邻的两个天线单元之间的天线间距，K表示高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元之间链路的莱斯因子，e表示自然对数的底数，取2.718281828459，λ表示载波波长，ξ_pl(t)表示高空平台HAP天线单元p到陆地移动基站TMS天线单元l在时刻t的距离，ξ_p′l′(t+τ)表示高空平台HAP天线单元p′到陆地移动基站TMS天线单元l′在时刻t+τ的距离，f_max＝v_R/λ表示最大多普勒频移，其中，v_R表示陆地移动基站TMS的速度，R_max和R_min分别表示散射体到陆地移动基站TMS的最大和最小水平距离，β_max和β_min分别表示散射体的最大仰角和最小仰角，表示在t+τ时刻高空平台HAP天线单元p′到散射体的距离，表示在t+τ时刻散射体到陆地移动基站TMS天线单元l′的距离，κ表示散射环境因子，μ表示散射分量的平均到达角，I₀表示零阶贝塞尔函数，β_i表示平均的仰角，σ表示仰角的角度扩展，表示散射体到陆地移动基站TMS的水平距离，R₁表示用于描述陆地移动基站TMS周围散射环境的内层圆柱体的半径，表示散射体到陆地移动基站TMS的水平距离，R₂表示用于描述陆地移动基站TMS周围散射环境的外层圆柱体的半径；表示在t时刻高空平台HAP天线单元p到散射体的距离；表示在t时刻散射体到陆地移动基站TMS天线单元l的距离；

步骤S5.2：利用步骤S5.1得到的三维几何随机模型空时相关性函数，确定用户端天线间距、发端天线间距和环境因子对HAP-MIMO信道的影响。

2.根据权利要求1所述的高空平台MIMO三维几何随机模型建立方法，其特征在于，所述步骤S2中，高空平台HAP天线单元p到陆地移动基站TMS天线单元l之间的时变距离参数的计算公式如下：

式中：t表示初始时刻，τ表示时延，ξ(t)表示高空平台HAP到陆地移动基站TMS的初始水平距离，π表示圆周率，取3.1415926。