發(fā)布時(shí)間：2020-05-07 06:57

【摘要】：平流層通信系統(tǒng)與地面通信系統(tǒng)相比覆蓋面積廣,與衛(wèi)星通信相比自由空間損耗小、成本低,因此近年來得到了廣泛的研究。在平流層平臺(tái)上使用多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)空分復(fù)用,提高頻譜效率和信號(hào)傳輸速率。而信道模型作為一種有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具,能夠精確地描述信號(hào)傳播特性、評(píng)估系統(tǒng)性能。因此,建立準(zhǔn)確的信道模型對(duì)于分析和設(shè)計(jì)平流層MIMO通信系統(tǒng)具有重要意義。本文主要研究了平流層MIMO系統(tǒng)信道傳播特性和信道建模方法,提出了基于幾何的隨機(jī)信道模型,其中包括三維(3-D)平流層MIMO系統(tǒng)非平穩(wěn)性信道模型和基于散射體動(dòng)態(tài)特性的平流層MIMO系統(tǒng)信道模型。本文提出了一個(gè)接收端高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景下的三維非平穩(wěn)平流層MIMO寬帶信道模型,其中接收端的的運(yùn)動(dòng)方向和速度時(shí)變。根據(jù)抽頭時(shí)延模型,建立三維多圓柱體信道模型描述平流層寬帶信道。模型分析了由于運(yùn)動(dòng)速度和發(fā)送端、散射體以及接收端之間的位置關(guān)系等時(shí)變參數(shù)導(dǎo)致的信道非平穩(wěn)性�；诶碚撃Ｐ�,本文分析了空-時(shí)-頻相關(guān)性等信道統(tǒng)計(jì)特性。此外,本文提出了一個(gè)仿真模型以降低計(jì)算和仿真的復(fù)雜度并驗(yàn)證理論模型的有效性。最后,仿真結(jié)果表明該模型能夠用于描述平流層MIMO系統(tǒng)的非平穩(wěn)特性。此外,本文還提出了一個(gè)基于散射體動(dòng)態(tài)特性的三維平流層MIMO信道模型,模型中既包含靜止的散射體又包含運(yùn)動(dòng)的散射體。散射體的動(dòng)態(tài)特性包括散射體的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)演進(jìn)現(xiàn)象兩點(diǎn)。在該模型中,采用M步兩狀態(tài)馬爾可夫過程描述散射體“出現(xiàn)”、“消失”以及“再次出現(xiàn)”的現(xiàn)象。通過使用Chapman-Kolmogorov(C-K)方程,計(jì)算出了狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率的閉式解�；谒岢龅男诺滥Ｐ�,本章分析了信道的空時(shí)相關(guān)性,并給出了運(yùn)動(dòng)散射體空時(shí)相關(guān)性函數(shù)的閉式解。最后,通過仿真分析了散射體動(dòng)態(tài)特性對(duì)信道產(chǎn)生的影響,通過與測(cè)量結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了模型的有效性。
【圖文】：

圖 2 平流層通信系統(tǒng)一般傳輸方案[12]Fig 2 Transmission scheme for HAP communication system[12]文獻(xiàn)[2]-[8]對(duì) HAP、衛(wèi)星和陸地系統(tǒng)的無線通信進(jìn)行了比較，分析了每個(gè)系統(tǒng)各自的優(yōu)缺點(diǎn)。陸地通信、衛(wèi)星通信和 HAPS 通信系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的比較如表 1所示。平流層通信綜合了陸地和衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，具有如下所述優(yōu)勢(shì)：（1） 與地面通信相比，覆蓋范圍廣。由于平流層通信可以通過一條較短的穿過大氣層的傾斜路徑到達(dá)接收端，因此，，在長(zhǎng)距離通信中，經(jīng)歷的雨水衰落比地面通信小，從而在較小的毫米波段類產(chǎn)生鏈路預(yù)算優(yōu)勢(shì)。（2） 部署費(fèi)用低，對(duì)地面基礎(chǔ)設(shè)施依賴程度低，易于維護(hù)和升級(jí)。由于平流層通信系統(tǒng)僅由高空平臺(tái)和地面設(shè)施組成，部署速度比地面通信和衛(wèi)星通信快的多。此外，由于 HAPS 對(duì)部件的可靠性要求相比衛(wèi)星通信低得多，可以在短時(shí)間內(nèi)發(fā)射和降落，實(shí)現(xiàn)故障維修和平臺(tái)替換，因此，研究表明，HAPS 的費(fèi)用僅為衛(wèi)星通信系統(tǒng)的 10%。（3） 由于平流層通信系統(tǒng)的高仰角特性，傳輸環(huán)境主要為視距條件（Line-of-Sight, LoS），因此與陸地通信系統(tǒng)相比多徑衰落少，傳輸時(shí)延低；與衛(wèi)星通信相比，它的自由空間損耗小，傳播延遲短。（4） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有快速部署能力。地面通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)的部署、規(guī)劃到最后的實(shí)行需要經(jīng)歷繁瑣而耗時(shí)的過程，有的甚至需要經(jīng)歷幾年

圖 7 信道模型的分類[56]Fig 7 Classification of propagation models[56]由于分析模型僅給出信道的數(shù)學(xué)表達(dá)式，不能提供信道的量化信息，因此將信道與環(huán)境、天線參數(shù)等聯(lián)系起來。而物理模型能夠通過調(diào)整適用于不同境和天線模式，重現(xiàn)電磁波傳輸場(chǎng)景，能夠用于檢測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際環(huán)境中的有。因此，在平流層 MIMO 系統(tǒng)中一般使用物理模型分析方法，下面將主要理模型在平流層中的運(yùn)用進(jìn)行介紹。1 確定性模型確定性信道模型的信道參數(shù)全部是確定的，能夠用于重現(xiàn)特定環(huán)境中真實(shí)的電傳播過程。在城市場(chǎng)景中，可運(yùn)用電波數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)通信鏈路的幾何和電磁，從而通過計(jì)算機(jī)程序可以模擬信號(hào)的傳播過程。確定性模型僅適用于特定境，適用范圍較單一，但由于其高精度和符合實(shí)際傳播過程，在某些難以測(cè)場(chǎng)景下可以使用確定性模型代替實(shí)際測(cè)量。在實(shí)際場(chǎng)景中描述接收端和發(fā)送近場(chǎng)效應(yīng)最適合的物理模型是射線追蹤(RayTracing,RT)模型。RT 模型利用光學(xué)理論處理平面上的散射、折射和衍射現(xiàn)象，假設(shè)信號(hào)波長(zhǎng)比環(huán)境中障礙尺寸小得多，在真實(shí)場(chǎng)景中利用射線發(fā)送設(shè)備來發(fā)送多條射線來重新信號(hào)的過程，通過測(cè)量射線得到信號(hào)幅度、相位等參數(shù)，從而計(jì)算信道沖擊響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN919.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 �？∑�;顧學(xué)邁;楊明川;;基于高空平臺(tái)站通信的三狀態(tài)寬帶信道模型[J];移動(dòng)通信;2008年10期

2 牛志升,劉嵩,吳佑壽;基于多建筑阻擋概率的平流層多徑信道模型[J];電子學(xué)報(bào);2004年S1期

3 何晨,諸鴻文;平流層寬帶無線通信[J];通信技術(shù);1999年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 楊勇;臨地空間平臺(tái)通信信道建模[D];西安電子科技大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2652603