[发明专利]一种基于几何的宽带UAV MIMO信道建模方法

权利要求书

1.一种基于几何的宽带UAV MIMO信道建模方法，其特征在于：该方法包括步骤：

(1)建立UAV MIMO半球模型，包含一个发射端和一个接收端，发射端和接收端分别表示UAV和地面用户的位置；在初始阶段，发射端悬停在接收端上方特定高度，接收端缓慢移动；模型假设接收端附近的全向散射体分布在由L个不同的圆组成的半球表面上，由于发射端飞的足够高，忽略发射端周围的散射体；

(2)根据UAV半球模型建立UAV MIMO信道发射天线p到接收天线q之间的信道冲激响应，分为视距路径和非视距路径；

(3)根据发射端、接收端和散射体之间的几何关系，推导时变传输距离、角度分布函数、时间相关函数、空间相关函数和多普勒功率谱密度的时变信道参数；

所述步骤(2)中，UAV MIMO信道，生成的发射端第p根天线到接收端第q根天线之间的信道冲激响应分为视距路径和非视距路径，公式为：

式中：K和Ω_pq分别表示莱斯系数和总功率，f_c表示载波频率，C₀表示光速；假设相位φ_n,l是独立同分布的随机变量，且在[-π,π]内均匀分布，f_D,LoS(t)表示视距路径的多普勒项，f_D,nl表示非视距路径的多普勒项；

所述步骤(3)中，时变传输距离的计算如下：

建立以移动接收端为半球散射体底部圆环中心的坐标系，发射端到接收端的时变距离用ε_pq(t)表示，发射端到散射体的时变距离用ε_p,nl(t)表示，散射体到接收端的距离用ε_nl,q表示，公式表示为：

其中，x_pq(t)、y_pq(t)和z_pq(t)分别表示发射端到接收端在x轴、y轴和z轴方向上的时变距离；x_p,nl(t)、y_p,nl(t)和z_p,nl(t)分别表示发射端到散射体在x轴、y轴和z轴方向上的时变距离；x_nl,q、y_nl,q和z_nl,q分别表示散射体到接收端在x轴、y轴和z轴方向的距离；

所述步骤(3)中，角度分布函数和时间相关函数、空间相关函数的计算步骤为：

(5a)为了联合考虑方位角和仰角的影响，有效散射体的分布由VMF分布表示，VMF分布定义为：

(5b)任意两个子信道之间的时间相关函数、空间相关函数定义为两个时变传递函数之间的归一化表示，写成视距分量和单反射分量的叠加：

其中，视距分量的公式具体表示为

单反射分量的公式具体表示为：

式中，和和和分别表示没有抖动时的方位角取值范围，俯仰角取值范围和半径取值范围；和和和分别是有抖动时的方位角取值范围，俯仰角取值范围和半径取值范围；

所述步骤(3)中，多普勒功率谱密度的计算步骤为：

多普勒功率谱密度通过时变的时间相关函数的傅里叶变换形式得到，表达式为：

其中f_D表示多普勒频率，的表达式为：

总的多普勒功率谱密度表示为视距分量的多普勒功率谱密度和非视距分量的多普勒功率谱密度的叠加。