[发明专利]基于双正交极化天线的多输入多输出宽带卫星移动通信信道建模方法

说明书

技术领域：

本发明涉及多输入多输出卫星移动通信系统，特别涉及一种基于双正交极化天线的多输入多输出宽带卫星移动通信信道建模方法。 

背景技术：

适当应用多输入多输出（MIMO,Multi-Input and Multi-Output）技术，能够大幅提高移动通信系统的信道容量、分集增益，并能够对抗信道多径衰落。如地面通信中，MIMO技术已被列入了4G系统标准。在宽带MIMO卫星移动通信系统中，通常以直射信号为主，虽然应用MIMO技术对抗多径衰落的作用不明显，但是仍能够获得较高的信道容量增益和分集增益，具有较好的应用前景。 

宽带MIMO卫星移动通信系统中，单一卫星、和移动终端体积受限，天线组内间距较小，耦合现象严重，无法保证较好的天线间信道独立性。为解决这一问题，可在卫星和移动终端上分别放置两个临近距离天线，两天线利用电磁波的正交极化分量，构成双正交极化天线，以实现较好的天线间隔离度，进而保证发射或接收天线在较小的间距下具有良好的信道独立性，并获得与空间相距较远的单极化MIMO天线系统类似的分集增益和容量增益。 

为准确分析该基于双正交极化天线的MIMO宽带卫星移动通信系统性能、了解在实际传输环境中的系统性能边界、评估和比较不同传输策略，需要建立准确、完整、符合实际的基于双正交极化天线的MIMO宽带卫星移动通信信道模型，而该信道的概率统计模型可以用于各种环境参数下的信道仿真。 

发明内容：

本发明提供一种基于双正交带卫星移动通信信道建模方法，其能够建立准确、完整、符合实际的基于双正交极化天线的MIMO宽带卫星移动通信信道模型。 

本发明采用如下技术方案：一种基于双正交极化天线的多输入多输出宽带卫星移动通信 信道建模方法，其包括如下步骤 

步骤1.根据移动卫星通信参数，如频段、仰角和接收终端所处环境因素，确定一个通信过程的通信场景个数； 

步骤2.确定步骤1中的通信场景是否为宽带通信场景，进而确定该场景下的马尔科夫状态数，若为宽带通信场景则具备四个状态，若为窄带通信场景则仅具备三个状态，并确定状态间转移概率矩阵P和状态持续概率矩阵W； 

步骤3.确定步骤2中每个马尔科夫状态的信道参数，即该状态下的Loo卫星移动通信信道模型参数，如对数正态分布均值μ，方差d，以及瑞利分布参数b，以及宽带状态的多径信号平均功率MP以及该状态的平均相对延时参数τ_av，通过Loo模型时间序列产生方法可以获得任一状态的时间序列； 

步骤4.根据抽头延迟线模型改写步骤3中获得的宽带状态时间序列，并为其加入时间相关性，即对宽带状态下的大尺度衰落部分时间序列进行1阶IIR巴特沃斯滤波，进而得到具备宽带特征的时间序列； 

步骤5.为步骤3中得到的窄带状态时间序列或步骤4中得到的宽带特征时间序列的大尺度和小尺度衰落部分均叠加信道的极化特征和天线间相关性，以获得信道的极化特征与空间相关性特征。 

将获得的基于双正交极化天线的宽带卫星移动通信信道响应的时间序列和信源信号相乘，可用以对一个带有双正交极化天线的MIMO系统的信道容量、中断概率、系统性能进行分析。 

本发明基于双正交极化天线的多输入多输出宽带卫星移动通信信道建模方法与现有技术相比，具有以下技术效果： 

（1）本发明提出的四状态马尔科夫信道转换过程，四状态的转换以三状态的转换为基础，比常规的三状态马尔科夫转换过程多出了一个宽带状态，其中第四状态即宽带状态只能和第一状态之间转换，这样的四状态马尔科夫过程，更加能够完整的描述一个宽带卫星移动通信信道的状态转换过程； 

（2）通过抽头延迟线模型和时间相关性的叠加，使信道具备频率选择性和时间选择性的宽带特征； 

（3）本发明提出的基于双正交极化天线的卫星通信信道，需要对信道极化特征和天线间 相关性进行考虑，且本发明对这种信道条件，考虑到了信道的交叉极化鉴别度（XPD，Cross Polarization Discrimination）的影响以及信道交叉极化耦合（XPC，Cross Polarization Coupling）特性。 

附图说明：

图1为本发明基于双正交极化天线的多输入多输出宽带卫星移动通信的简单结构示意图。 

图2为四状态宽带Fontan模型。 

图3为不同环境下理论Loo模型与接收信号仿真随机过程之间的CDF值对比。 

图4为不同环境下的指数PDP模型。