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【发明授权】非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法_上海交通大学_201811525476.1 

申请/专利权人:上海交通大学

申请日:2018-12-13

公开(公告)日:2020-09-15

公开(公告)号:CN109450575B

主分类号:H04B17/391(20150101)

分类号:H04B17/391(20150101);H04B7/0413(20170101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.09.15#授权;2019.04.02#实质审查的生效;2019.03.08#公开

摘要:本发明提供了一种非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法,包括:步骤S1:假定陆地移动基站TMS为接收端,其周围运动的散射体分布在二维圆环上,并初始化二维圆环上的散射体数目为Nm;假定陆地移动基站TMS周围静止的散射体分布在三维多圆柱体上,并初始化第i个圆柱体上的散射体数目为Ni,计算信道的脉冲响应。本发明中考虑了运动的散射体和静止的散射体,并分别采用了二维圆环和三维圆柱体模拟运动的散射体和静止的散射体、长距离时变参数和小尺度时变参数描述平流层信道的时变特性、vonMisesFisher概率密度函数描述散射体方位角和仰角的联合分布情况、运动的散射体和静止的散射体,并采用长距离时变参数和小尺度时变参数描述HAP‑MIMO信道的时变特性,因此可以更好的描述实际的信道的衰减情况。

主权项:1.一种非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法,其特征在于,包括:步骤S1:假定陆地移动基站TMS为接收端,其周围运动的散射体分布在二维圆环上,并初始化二维圆环上运动散射体数目为Nm;假定陆地移动基站TMS周围静止的散射体分布在三维多圆柱体上,并初始化第i个圆柱体上的静止散射体数目为Ni,得到基于抽头时延线TDL的信道脉冲响应;步骤S2:获取高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元之间的第一时变参数;步骤S3:获取高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元之间的第二时变参数;步骤S4:求解三维宽带几何随机模型的空时相关性函数,通过相关性分析来确定高空平台HAP天线间距、陆地移动基站TMS天线间距和环境因子对高空平台HAPMIMO信道的影响。

全文数据:非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法技术领域本发明涉及无线通信技术领域,具体地,涉及非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法。背景技术近年来,随着无线通信技术的飞速发展,无线通信大业务量、高速率和高频谱效率的要求日益迫切,频谱资源已变得日益紧缺。在下一代无线通信技术中,高空平台被考虑为可以一种新的替代技术,已引起世界范围内的关注。在不增加发射功率和发送带宽的情况下,多输入多输出技术Multiple-inputMultiple-output,MIMO可以明显的增加无线通信系统的性能。然而,MIMO技术子信道之间的相关性又可以很明显的降低系统的性能。作为一种新兴的技术,面临的挑战是研究MIMO技术在高空平台HighAltitudePlatform,HAP通信系统中的应用。在实际的场景中,天线之间的相关性影响着和速率和发送方案的设计。准确的信道建模可以为今后的系统性能分析以及预编码算法设计提供依据。Y.Zhang,L.Pang,G.Ren,F.Gong,X.Liang,J.Dou,andJ.Li的文献“3-DMIMOparametricstochasticchannelmodelforurbanmacrocellscenario,”IEEETrans.Wireless.Commun.,vol.16,no.7,pp.4246-4260,Jul.2017,对城市宏蜂窝场景进行了信道测量,测量结果显示了相关性距离要明显小于WINNER+信道模型,因此,在该测量场景存在更加严重的时变特性。H.Xiao,A.G.Burr,andL.Song的文献“Atime-variantwidebandspatialchannelmodelbasedonthe3GPPmodel,”Proc.IEEEVTC-Fall,Montreal,Canada,Sep.2006,pp.1-5,采用时变参数描述空间信道模型,测量结果显示了该空间信道模型可以很好的描述实际传播环境的信道特性。V.Nikolaidis,N.Moraitis,andA.G.Kanatas的文献“Dual-polarizednarrowbandMIMOLMSchannelmeasurementsinurbanenvironments,”IEEETrans.Antenn.Propag.,vol.65,no.2,pp.763-774,Feb.2017,采用相关性矩阵距离研究陆地移动卫星的时变平稳时间,测量结果显示了陆地移动卫星信道具有非平稳的传播特性或者比较小的平稳时间间隔,因此,我们应该建立一个非平稳的高空平台MIMO信道模型。现有的技术中公开了:E.T.MichailidisandA.G.Kanatas的文献“Three-dimensionalHAP-MIMOchannels:modelingandanalysisofspace-timecorrelation,”IEEETrans.Veh.Technol.,vol.59,no.5,pp.2232-2242.Jun.2010,采用非时变参数描述HAP-MIMO信道模型。因此,它无法描述HAP-MIMO信道的非平稳特性。Z.Lian,L.Jiang,andC.He的文献“A3-DwidebandmodelbasedondynamicevolutionofscatterersforHAP-MIMOchannel,”IEEECommun.Lett.,vol.21,no.3,pp.684-687,Mar.2017,提出了一种基于抽头时延线TDL概念的宽带HAP-MIMO信道模型,仅考虑了时变距离参数。Z.Lian,L.Jiang,andC.He的文献“A3-DGBSMbasedonisotropicandnon-isotropicscatteringforHAP-MIMOchannel,”IEEECommun.Lett.,vol.22,no.5,pp.1090-1093,May2018,提出了一种等向散射和非等向散射的HAP-MIMO信道模型,采用时变方位角和仰角描述HAP-MIMO信道的时变特性。Y.Yuan,C.-X.Wang,Y.He,M.M.Alwakeel,andel-H.M.Aggoune的文献“3Dwidebandnon-stationarygeometry-basedstochasticmodelsfornon-isotropicMIMOvehicle-to-vehiclechannels,”IEEETrans.Wireless.Commun.,vol.14,no.12,pp.6883-6895,Dec.2015,提出了一种非平稳的V2VMIMO信道模型,该模型采用长距离时变参数描述V2VMIMO信道,并采用测量数据验证了所提模型的有效性。P.Kyosti的文献“WINNERIIchannelmodels,”WINNERII,Munich,Germany,Tech.Rep.IST-4-027756,Apr.2008,D1.1.2,v1.2和文献“GuidelinesforevalutionofradiointerfacetechnologiesforIMT-advanced,”ITU,Geneva,Switzerland,Tech.Rep.ITU-RM.2135-1,Dec.2009描述了宏蜂窝场景具有大范围的信号传播区域,因此在宏蜂窝场景中应当考虑长距离时变参数。综上所述,在已有的信道模型中,都不够精确的描述HAP-MIMO信道的非平稳特性,一种精确的信道模型可以为今后的系统性能分析以及预编码算法设计提供依据。发明内容针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法。根据本发明提供的一种非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法,包括:步骤S1:假定陆地移动基站TMS为接收端,其周围运动的散射体分布在二维圆环上,并初始化二维圆环上的散射体数目为Nm;假定陆地移动基站TMS周围静止的散射体分布在三维多圆柱体上,并初始化第i个圆柱体上的散射体数目为Ni,计算信道的脉冲响应;步骤S2:获取高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元之间的第一时变参数;步骤S3:获取高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元之间的第二时变参数;步骤S4:根据获取的信道的脉冲响应、第一时变参数及第二时变参数,求解三维宽带几何随机模型的空时相关性函数,通过相关性分析来确定高空平台HAP天线间距、陆地移动基站TMS天线间距和环境因子对高空平台HAPMIMO信道的影响。优选地,所述步骤S1,所述计算信道的脉冲响应:基于抽头延时线TDL概念,信道的脉冲响应计算公式为:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;hplt,τ表示链路p-l在时刻t传输时延为τ的信道脉冲响应;It表示全部的抽头数目;ci表示第i个抽头的增益;τit表示第i个抽头的延时;δ·表示Diracdelta函数;hi,plt表示第i个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;第一个抽头的信道脉冲响应计算公式为:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;h1,plt表示第1个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l直射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l经运动散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l经静止散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;K表示莱斯因子;λ表示载波波长;e表示自然对数的底数,取2.718281828459;ξplt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到陆地移动基站TMS的距离;ξpmt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到运动散射体的距离;ξmlt表示电磁波在时刻t经陆地移动基站TMS天线单元l传播到运动散射体的距离;表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t经陆地移动基站TMS天线单元l传播到静止散射体的距离;Nm表示运动散射体的数目;N1表示静止散射体的数目;和分别表示运动散射体和静止散射体的初始相位;ηNMS和ηNSS表示能量相关因子,ηNMS+ηNSS=1;表示直射分量的多普勒频移;表示经运动散射体的散射分量的多普勒频移;表示经静止散射体的散射分量的多普勒频移;π表示圆周率;其他抽头的信道脉冲响应由经静止散射体的散射分量组成,因此其他抽头的信道脉冲响应计算公式为:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;hi,plt表示第i个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;表示第i个抽头的链路p-l经静止散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t经陆地移动基站TMS天线单元l传播到静止散射体的距离;Ni表示静止散射体的数目;表示静止散射体的初始相位;表示第i个抽头经静止散射体的散射分量在时刻t的多普勒频移。优选地,所述步骤S2包括:步骤S201:获取高空平台HAP到陆地移动基站TMS的直射分量在t时刻的时变距离参数,计算公式如下:其中,ξt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP传播到陆地移动基站TMS的水平距离;t表示陆地移动基站TMS的运动时间;ξ表示电磁波经高空平台HAP传播到陆地移动基站TMS的初始水平距离;v表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动速度;γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向,π表示圆周率,取3.1415926;步骤S202:获取高空平台HAP到陆地移动基站TMS的直射分量在t时刻的时变方位角参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;αLOSt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP到达陆地移动基站TMS的方位角;βTt表示高空平台HAP在时刻t相对于陆地移动基站TMS的仰角;δ表示辅助变量;γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向;αLOS表示直射分量的初始方位角;H表示高空平台HAP的高度;ξt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP传播到陆地移动基站TMS的水平距离;±表示+或者-;步骤S203:获取静止散射体到陆地移动基站TMS的散射分量在时刻t的时变距离参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;Rit表示第i个圆柱体在时刻t的半径;Ri表示第i个圆柱体的初始半径;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;μi表示电磁波经静止散射体到陆地移动基站TMS的初始平均方位角;步骤S204:获取静止散射体到陆地移动基站TMS的散射分量在t时刻的时变平均方位角和仰角参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;uit表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的平均方位角;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;μi表示电磁波经静止散射体到陆地移动基站TMS的初始平均方位角;βi,0t表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的平均仰角;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;Ri表示第i个圆柱体的初始半径;βi,0表示电磁波经静止散射体到达陆地移动基站TMS的初始平均仰角。优选地,所述步骤S3包括:步骤S301:获取高空平台HAP天线单元p到陆地移动基站TMS天线单元l的直射分量在t+τ时刻的时变距离参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;ξplt+τ表示电磁波在时刻t+τ经高空平台HAP天线单元p传播到陆地移动基站TMS天线单元l的距离;ξt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP传播到陆地移动基站TMS的水平距离;γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向;v表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动速度;NT表示高空平台HAP的天线单元数目;NR表示陆地移动基站TMS的天线单元数目;p表示高空平台HAP的天线单元下标;l表示陆地移动基站TMS的天线单元下标;δT表示高空平台HAP相邻的天线间距;δR表示陆地移动基站TMS相邻的天线间距;θT表示高空平台HAP天线单元的方向;θR表示陆地移动基站TMS天线单元的方向;表示陆地移动基站TMS天线单元的仰角;βTt表示高空平台HAP在时刻t相对于陆地移动基站TMS的仰角;步骤S302:获取高空平台HAP天线单元p到陆地移动基站TMS天线单元l的直射分量在t+τ时刻的时变方位角和仰角参数,对于直射分量,由于ξt>>vτ及ξt+τ≈ξt,因此时变方位角和仰角计算公式如下:αLOSt+τ≈αLOSt;βTt+τ≈βTt;其中,αLOSt+τ表示电磁波在时刻t+τ经高空平台HAP到达陆地移动基站TMS的方位角;βTt+τ表示高空平台HAP在时刻t+τ相对于陆地移动基站TMS的仰角;步骤S303:获取高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到运动散射体的散射分量在t+τ时刻的时变距离参数,计算公式如下:ξpmt+τ≈ξpmt-vTτcosβTtcosγT其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;ξpmt+τ表示电磁波经时间t+τ从高空平台HAP天线单元p传播到运动散射体的距离;ξmlt+τ表示电磁波经时间t+τ从陆地移动基站TMS天线单元l传播到运动散射体的距离;γT表示高空平台HAP的运动方向;vT表示高空平台HAP的运动速度;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;表示电磁波在时间t经运动散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;步骤S304:获取运动散射体到陆地移动基站TMS天线单元l的散射分量在t+τ时刻的时变方位角参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;表示电磁波在时刻t+τ经运动散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;δ2表示辅助变量;R1表示圆环的半径;表示电磁波在时刻t经运动散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;||·||表示范数运算;arg·表示幅角运算;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;γm表示运动散射体的运动方向;vm表示运动散射体的运动速度;γ′R表示陆地移动基站TMS相对于运动散射体的运动方向;表示陆地移动基站TMS相对于运动散射体的运动速度矢量;表示陆地移动基站TMS的运动速度矢量;表示运动散射体的运动速度矢量;ejγR表示陆地移动基站TMS的运动方向矢量;ejγm表示运动散射体的运动方向矢量;步骤S305:获取高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到静止散射体的散射分量在t+τ时刻的时变距离参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;表示电磁波在时刻t+τ经高空平台HAP天线单元p传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t+τ经陆地移动基站TMS天线单元l传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t经陆地移动基站TMS天线单元l传播到静止散射体的距离;γT表示高空平台HAP的运动方向;vT表示高空平台HAP的运动速度;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的仰角;步骤S306:获取静止散射体到陆地移动基站TMS天线单元l的散射分量在t+τ时刻的时变方位角和仰角参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;表示电磁波在时刻t+τ经静止散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;表示电磁波在时刻t+τ经静止散射体到达陆地移动基站TMS的仰角;δ3表示辅助变量;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;Rit表示第i个圆柱体在时刻t的半径;表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的仰角;优选地,所述步骤S4包括:计算第一个抽头的空时相关性函数,计算公式如下:计算其他抽头的空时相关性函数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;p和p′分别表示高空平台HAP天线单元下标;l和l′分别表示陆地移动基站TMS天线单元下标;E[·]表示统计性均值运算;·*表示复共轭运算;h1,plt表示第1个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;h1,p′l′t+τ表示第1个抽头的链路p′-l′在时刻t+τ的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l直射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p′-l′直射分量在时刻t+τ的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l经运动散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p′-l′经运动散射体的散射分量在时刻t+τ的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p-l经静止散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p-l直射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p-l经运动散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p′-l′经静止散射体的散射分量在时刻t+τ的信道脉冲响应;和分别表示三维宽带几何随机模型的直射分量、经运动和静止散射体散射分量的空时相关性函数;ξplt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到陆地移动基站TMS天线单元l的距离;ξp′l′t+τ电磁波在时刻t+τ经高空平台HAP天线单元p′传播到陆地移动基站TMS天线单元l′的距离;dT表和dR表示HAP天线单元p-p′和TMS天线单元l-l′之间的天线间距;K表示莱斯因子;e表示自然对数的底数,取2.718281828459;λ表示载波波长;v表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动速度;γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向;γT表示高空平台HAP的运动方向;vT表示高空平台HAP的运动速度;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;fmax表示最大多普勒频移;fTmax表示高空平台HAP的最大多普勒频移;fRmax表示陆地移动基站TMS的最大多普勒频移;表示电磁波在时刻t经运动散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;和分别表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的方位角和仰角;δT和δR分别表示高空平台HAP和陆地移动基站TMS相邻的天线间距;θT和θR分别表示高空平台HAP和陆地移动基站TMS天线单元的方向;表示陆地移动基站TMS天线单元的仰角;βTt表示高空平台HAP在t时刻相对于陆地移动基站TMS的仰角;κ表示环境因子;μm表示为电磁波经运动散射体到达陆地移动基站TMS的平均到达角;I0·表示零阶修正贝塞尔函数;sinh·表示为双曲正弦函数。与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:本发明中考虑了运动的散射体和静止的散射体,并分别采用了二维圆环和三维圆柱体模拟运动的散射体和静止的散射体、长距离时变参数和小尺度时变参数描述平流层信道的时变特性、vonMisesFisher概率密度函数描述散射体方位角和仰角的联合分布情况、运动的散射体和静止的散射体,并采用长距离时变参数和小尺度时变参数描述HAP-MIMO信道的时变特性,因此可以更好的描述实际的信道的衰减情况。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1为本发明提供的HAP-MIMO信道直射分量的示意图。图2为本发明提供的HAP-MIMO信道散射分量的示意图。图3为本发明提供的采用本发明模型与Michailidis模型、Hu模型和测量数据的空间相关性函数的对比图。图4为本发明提供的采用本发明模型的平稳间隔和测量数据的平稳间隔对比图示意图。图5为本发明提供的采用本发明模型、Michailidis模型和小尺度时变参数模型时间相关性函数的对比图示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。根据本发明提供的一种非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法,包括:步骤S1:假定陆地移动基站TMS为接收端,其周围运动的散射体分布在二维圆环上,并初始化二维圆环上的散射体数目为Nm;假定陆地移动基站TMS周围静止的散射体分布在三维多圆柱体上,并初始化第i个圆柱体上的散射体数目为Ni,计算信道的脉冲响应;步骤S2:获取高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元之间的第一时变参数;进一步地,所述第一时变参数优选为长距离时变参数;步骤S3:获取高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元之间的第二时变参数;进一步地,所述第二时变参数优选为小尺度时变参数;步骤S4:根据获取的信道的脉冲响应、第一时变参数及第二时变参数,求解三维宽带几何随机模型的空时相关性函数,通过相关性分析来确定高空平台HAP天线间距、陆地移动基站TMS天线间距和环境因子对高空平台HAPMIMO信道的影响。具体地,所述步骤S1,所述计算信道的脉冲响应:基于抽头延时线TDL概念,信道的脉冲响应计算公式为:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;hplt,τ表示链路p-l在时刻t传输时延为τ的信道脉冲响应;It表示全部的抽头数目;ci表示第i个抽头的增益;τit表示第i个抽头的延时;δ·表示Diracdelta函数;hi,plt表示第i个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;第一个抽头的信道脉冲响应计算公式为:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;h1,plt表示第1个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l直射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l经运动散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l经静止散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;K表示莱斯因子;λ表示载波波长;e表示自然对数的底数,取2.718281828459;ξplt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到陆地移动基站TMS的距离;ξpmt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到运动散射体的距离;ξmlt表示电磁波在时刻t经陆地移动基站TMS天线单元l传播到运动散射体的距离;表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t经陆地移动基站TMS天线单元l传播到静止散射体的距离;Nm表示运动散射体的数目;N1表示静止散射体的数目;和分别表示运动散射体和静止散射体的初始相位;ηNMS和ηNSS表示能量相关因子,ηNMS+ηNSS=1;表示直射分量的多普勒频移;表示经运动散射体的散射分量的多普勒频移;表示经静止散射体的散射分量的多普勒频移;π表示圆周率;其他抽头的信道脉冲响应由经静止散射体的散射分量组成,因此其他抽头的信道脉冲响应计算公式为:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;hi,plt表示第i个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;表示第i个抽头的链路p-l经静止散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t经陆地移动基站TMS天线单元l传播到静止散射体的距离;Ni表示静止散射体的数目;表示静止散射体的初始相位;表示第i个抽头经静止散射体的散射分量在时刻t的多普勒频移。具体地,所述步骤S2包括:步骤S201:获取高空平台HAP到陆地移动基站TMS的直射分量在t时刻的时变距离参数,计算公式如下:其中,ξt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP传播到陆地移动基站TMS的水平距离;t表示陆地移动基站TMS的运动时间;ξ表示电磁波经高空平台HAP传播到陆地移动基站TMS的初始水平距离;v表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动速度;γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向,π表示圆周率,取3.1415926;步骤S202:获取高空平台HAP到陆地移动基站TMS的直射分量在t时刻的时变方位角参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;αLOSt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP到达陆地移动基站TMS的方位角;βTt表示高空平台HAP在时刻t相对于陆地移动基站TMS的仰角;δ表示辅助变量;γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向;αLOS表示直射分量的初始方位角;H表示高空平台HAP的高度;ξt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP传播到陆地移动基站TMS的水平距离;±表示+或者-;步骤S203:获取静止散射体到陆地移动基站TMS的散射分量在时刻t的时变距离参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;Rit表示第i个圆柱体在时刻t的半径;Ri表示第i个圆柱体的初始半径;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;μi表示电磁波经静止散射体到陆地移动基站TMS的初始平均方位角;步骤S204:获取静止散射体到陆地移动基站TMS的散射分量在t时刻的时变平均方位角和仰角参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;μit表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的平均方位角;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;μi表示电磁波经静止散射体到陆地移动基站TMS的初始平均方位角;βi,0t表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的平均仰角;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;Ri表示第i个圆柱体的初始半径;βi,0表示电磁波经静止散射体到达陆地移动基站TMS的初始平均仰角。具体地,所述步骤S3包括:步骤S301:获取高空平台HAP天线单元p到陆地移动基站TMS天线单元l的直射分量在t+τ时刻的时变距离参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;ξplt+τ表示电磁波在时刻t+τ经高空平台HAP天线单元p传播到陆地移动基站TMS天线单元l的距离;ξt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP传播到陆地移动基站TMS的水平距离;γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向;v表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动速度;NT表示高空平台HAP的天线单元数目;NR表示陆地移动基站TMS的天线单元数目;p表示高空平台HAP的天线单元下标;l表示陆地移动基站TMS的天线单元下标;δT表示高空平台HAP相邻的天线间距;δR表示陆地移动基站TMS相邻的天线间距;θT表示高空平台HAP天线单元的方向;θR表示陆地移动基站TMS天线单元的方向;表示陆地移动基站TMS天线单元的仰角;βTt表示高空平台HAP在时刻t相对于陆地移动基站TMS的仰角;步骤S302:获取高空平台HAP天线单元p到陆地移动基站TMS天线单元l的直射分量在t+τ时刻的时变方位角和仰角参数,对于直射分量,由于ξt>>τ及ξt+τ≈ξt,因此时变方位角和仰角计算公式如下:αLOSt+τ≈αLOSt;βTt+τ≈βTt;其中,αLOSt+τ表示电磁波在时刻t+τ经高空平台HAP到达陆地移动基站TMS的方位角;βTt+τ表示高空平台HAP在时刻t+τ相对于陆地移动基站TMS的仰角;步骤S303:获取高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到运动散射体的散射分量在t+τ时刻的时变距离参数,计算公式如下:ξpmt+τ≈ξpmt-vTτcosβTtcosγT其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;ξpmt+τ表示电磁波经时间t+τ从高空平台HAP天线单元p传播到运动散射体的距离;ξmlt+τ表示电磁波经时间t+τ从陆地移动基站TMS天线单元l传播到运动散射体的距离;γT表示高空平台HAP的运动方向;vT表示高空平台HAP的运动速度;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;表示电磁波在时间t经运动散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;步骤S304:获取运动散射体到陆地移动基站TMS天线单元l的散射分量在t+τ时刻的时变方位角参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;表示电磁波在时刻t+τ经运动散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;δ2表示辅助变量;R1表示圆环的半径;表示电磁波在时刻t经运动散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;||·||表示范数运算;arg·表示幅角运算;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;γm表示运动散射体的运动方向;vm表示运动散射体的运动速度;γ′R表示陆地移动基站TMS相对于运动散射体的运动方向;表示陆地移动基站TMS相对于运动散射体的运动速度矢量;表示陆地移动基站TMS的运动速度矢量;表示运动散射体的运动速度矢量;ejγR表示陆地移动基站TMS的运动方向矢量;ejγM表示运动散射体的运动方向矢量;步骤S305:获取高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到静止散射体的散射分量在t+τ时刻的时变距离参数,计算公式如下:其中,T表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;表示电磁波在时刻t+τ经高空平台HAP天线单元p传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t+τ经陆地移动基站TMS天线单元l传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t经陆地移动基站TMS天线单元l传播到静止散射体的距离;γT表示高空平台HAP的运动方向;vT表示高空平台HAP的运动速度;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的仰角;步骤S306:获取静止散射体到陆地移动基站TMS天线单元l的散射分量在t+τ时刻的时变方位角和仰角参数,计算公式如下:其中,T表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;表示电磁波在时刻t+τ经静止散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;表示电磁波在时刻t+τ经静止散射体到达陆地移动基站TMS的仰角;δ3表示辅助变量;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;Rit表示第i个圆柱体在时刻t的半径;表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的仰角;具体地,所述步骤S4包括:计算第一个抽头的空时相关性函数,计算公式如下:计算其他抽头的空时相关性函数,计算公式如下:其中,T表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;p和p′分别表示高空平台HAP天线单元下标;l和l′分别表示陆地移动基站TMS天线单元下标;E[·]表示统计性均值运算;·*表示复共轭运算;h1,plt表示第1个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;h1,p′l′t+τ表示第1个抽头的链路p′-l′在时刻t+τ的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l直射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p′-l′直射分量在时刻t+τ的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l经运动散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p′-l′经运动散射体的散射分量在时刻t+τ的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p-l经静止散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p-l直射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p-l经运动散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p′-l′经静止散射体的散射分量在时刻t+τ的信道脉冲响应;和分别表示三维宽带几何随机模型的直射分量、经运动和静止散射体散射分量的空时相关性函数;ξplt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到陆地移动基站TMS天线单元l的距离;ξp′l′t+τ电磁波在时刻t+τ经高空平台HAP天线单元p′传播到陆地移动基站TMS天线单元l′的距离;dT表和dR表示HAP天线单元p-p′和TMS天线单元l-l′之间的天线间距;K表示莱斯因子;e表示自然对数的底数,取2.718281828459;λ表示载波波长;v表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动速度;γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向;γT表示高空平台HAP的运动方向;vT表示高空平台HAP的运动速度;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;fmax表示最大多普勒频移;fTmax表示高空平台HAP的最大多普勒频移;fRmax表示陆地移动基站TMS的最大多普勒频移;表示电磁波在时刻t经运动散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;和分别表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的方位角和仰角;δT和δR分别表示高空平台HAP和陆地移动基站TMS相邻的天线间距;θT和θR分别表示高空平台HAP和陆地移动基站TMS天线单元的方向;表示陆地移动基站TMS天线单元的仰角;βTt表示高空平台HAP在t时刻相对于陆地移动基站TMS的仰角;κ表示环境因子;μm表示为电磁波经运动散射体到达陆地移动基站TMS的平均到达角;I0·表示零阶修正贝塞尔函数;sinh·表示为双曲正弦函数。下面通过优选例,对本发明进行更为具体地说明。实施例1:本实施例是通过以下技术方案实现的,本实施例包括以下步骤:步骤S1:假定陆地移动基站TMS周围运动的散射体分布在二维圆环上,并初始化二维圆环上的散射体数目为Nm;假定陆地移动基站TMS周围静止的散射体分布在三维多圆柱体上,并初始化第i个圆柱体上的散射体数目为Ni;基于抽头延时线TDL概念,信道的脉冲响应可以表示为:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;hplt,τ表示链路p-l在时刻t传输时延为τ的信道脉冲响应;It表示全部的抽头数目;ci表示第i个抽头的增益;τit表示第i个抽头的延时;δ·表示Diracdelta函数;i表示抽头下标;p和l分别表示高空平台HAP和陆地移动基站TMS天线单元下标;hi,plt表示第i个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;本实施例考虑了运动的散射体和静止的散射体,第一个抽头的信道脉冲响应由直射分量、经运动散射体的散射分量和经静止散射体的散射分量组成,因此第一个抽头的信道脉冲响应可以表示为:其中:式中:K表示莱斯因此,λ表示载波波长,ξplt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的传播距离,ξpmt和ξmlt分别示高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到运动散射体的传播距离,和分别示高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到静止散射体的传播距离,Nm和N1分别表示运动散射体和静止散射体的数目,和分别表示初始相位,ηNMS和ηNSS表示能量相关因子,如ηNMS+ηNSS=1,和分别表示直射分量、经运动散射体的散射分量和经静止散射体的散射分量的多普勒频移,π表示圆周率,取3.1415926;其他抽头的信道脉冲响应由经静止散射体的散射分量组成,因此其他抽头的信道脉冲响应可以表示为:其中,式中:和分别示高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到静止散射体的传播距离,Ni表示静止散射体的数目,分别表示初始相位,表示经静止散射体的散射分量的多普勒频移;步骤S2:更新高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元之间的长距离时变参数;本实施例需要求解长距离时变距离参数和时变平均方位角参数和平均仰角参数,高空平台HAP到陆地移动基站TMS在时刻t时的时变距离可以表示为:式中:ξ表示高空平台HAP到陆地移动基站TMS的初始水平距离,v表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动速度,γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向,π表示圆周率,取3.1415926;时变方位角αLOSt和仰角βTt可以分别表示为:其中:式中:γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向,αLOS表示直射分量的初始方位角,H表示高空平台HAP的高度,π表示圆周率,取3.1415926,ξt表示高空平台HAP到陆地移动基站TMS在t时刻的水平距离,±表示“+”或者“-”两种情况;在时刻t,静止散射体到陆地移动基站TMS的距离可以表示为:式中:Ri表示第i个圆柱体的初始半径,vR表示陆地移动基站TMS的运动速度,γR表示陆地移动基站TMS的运动方向,μi表示静止散射体的平均方位角;在时刻t,静止散射体到陆地移动基站TMS的时变平均方位角μit和仰角βi,0t参数可以表示为:其中:±表示“+”或者“-”两种情况;式中:γR表示陆地移动基站TMS的运动方向,vR表示陆地移动基站TMS的运动速度,μi表示散射分量经静止散射体到陆地移动基站TMS的初始平均方位角,Ri表示第i个圆柱体的初始半径,βi,0表示散射分量经静止散射体到陆地移动基站TMS的初始平均仰角,π表示圆周率,取3.1415926,±表示“+”或者“-”两种情况;步骤S3:更新高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元之间的小尺度时变参数;对于直射分量,由于ξt>>vτ和ξt+τ≈ξt,因此时变方位角和仰角可以表示为:αLOSt+τ≈αLOSt;βTt+τ≈βTt;在时刻t+τ,时变距离ξplt+τ可以表示为:其中:式中:ξt表示高空平台HAP到陆地移动基站TMS在t时刻的水平距离,γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向,v表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动速度,τ表示时延,NT和NR分别表示高空平台HAP和陆地移动基站TMS的天线单元数目,p和l分别表示高空平台HAP和陆地移动基站TMS的天线单元下标,δT和δR分别表示高空平台HAP和陆地移动基站TMS相邻的天线间距,θT和θR分别表示高空平台HAP和陆地移动基站TMS天线单元的方向,表示陆地移动基站TMS天线单元的仰角,βTt表示高空平台HAP在t时刻相对于陆地移动基站TMS的仰角,π表示圆周率,取3.1415926;由于运动散射体和陆地移动基站TMS都是运动,因此他们之间存在相对运动,我们采用相对运动描述陆地移动基站TMS的运动,如:其中:式中:||·||表示范数运算,arg·表示幅角运算,γR表示陆地移动基站TMS的运动方向,vR表示陆地移动基站TMS的运动速度,γm表示运动散射体的运动方向,vm表示运动散射体的运动速度;对于运动的散射体,在时刻t+τ,时变方位角可以表示为:其中:式中:τ表示时延,R1表示运动散射体到陆地移动基站TMS的距离,表示运动散射体到陆地移动基站TMS的方位角,π表示圆周率,取3.1415926;在时刻t+τ,时变距离ξpmt+τ和ξmlt+τ可以表示为:ξpmt+τ≈ξpmt-vTτcosβTtcosγT;式中:ξpmt+τ和ξmlt+τ分别表示高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到运动散射体的传播距离,τ表示时延,γT表示高空平台HAP的运动方向,vT表示高空平台HAP的运动速度,γR表示陆地移动基站TMS的运动方向,vR表示陆地移动基站TMS的运动速度,表示运动散射体到陆地移动基站TMS的方位角;对于静止的散射体,在时刻t+τ,时变方位角可以表示为:其中:式中:τ表示时延,γR表示陆地移动基站TMS的运动方向,vR表示陆地移动基站TMS的运动速度,Rit表示静止散射体到陆地移动基站TMS的距离,表示静止散射体到陆地移动基站TMS的方位角,表示静止散射体到陆地移动基站TMS的仰角,π表示圆周率,取3.1415926,±表示“+”或者“-”两种情况;在时刻t+τ,时变距离和可以表示为:式中:和分别表示高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到静止散射体的传播距离,τ表示时延,γT表示高空平台HAP的运动方向,vT表示高空平台HAP的运动速度,γR表示陆地移动基站TMS的运动方向,vR表示陆地移动基站TMS的运动速度,表示静止散射体到陆地移动基站TMS的方位角,表示静止散射体到陆地移动基站TMS的仰角;步骤S4:通过步骤S2和步骤S3中得到的长距离时变参数和小尺度时变参数,求解三维宽带几何随机模型的空时相关性函数,通过相关性分析来确定高空平台HAP天线间距、陆地移动基站TMS天线间距和环境因子对HAP-MIMO的影响。利用步骤S2和步骤S3中得到时变距离参数、时变方位角参数和时变仰角参数,第一个抽头的空时相关性函数的计算公式如下:其他抽头的空时相关性函数的计算公式如下:利用步骤S2和步骤S3中得到时变距离参数、时变方位角参数和时变仰角参数,第一个抽头和其他抽头的空时相关性函数计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;p和p′分别表示高空平台HAP天线单元下标;l和l′分别表示陆地移动基站TMS天线单元下标;E[·]表示统计性均值运算;·*表示复共轭运算;h1,plt表示第1个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;h1,p′l′t+τ表示第1个抽头的链路p′-l′在时刻t+τ的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l直射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p′-l′直射分量在时刻t+τ的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l经运动散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p′-l′经运动散射体的散射分量在时刻t+τ的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p-l经静止散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p′-l′经静止散射体的散射分量在时刻t+τ的信道脉冲响应;和分别表示三维宽带几何随机模型的直射分量、经运动和静止散射体散射分量的空时相关性函数;ξplt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到陆地移动基站TMS天线单元l的距离;ξp′l′t+τ电磁波在时刻t+τ经高空平台HAP天线单元p′传播到陆地移动基站TMS天线单元l′的距离;dT表和dR表示HAP天线单元p-p′和TMS天线单元l-l′之间的天线间距;K表示莱斯因子;e表示自然对数的底数,取2.718281828459;λ表示载波波长;v表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动速度;γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向;γT表示高空平台HAP的运动方向;vT表示高空平台HAP的运动速度;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;fmax表示最大多普勒频移,fmax=vRλ;fTmax表示高空平台HAP的最大多普勒频移;fRmax表示陆地移动基站TMS的最大多普勒频移;表示电磁波在时刻t经运动散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;和分别表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的方位角和仰角;δT和δR分别表示高空平台HAP和陆地移动基站TMS相邻的天线间距;θT和θR分别表示高空平台HAP和陆地移动基站TMS天线单元的方向;表示陆地移动基站TMS天线单元的仰角;βTt表示高空平台HAP在t时刻相对于陆地移动基站TMS的仰角;κ表示环境因子;μm表示为电磁波经运动散射体到达陆地移动基站TMS的平均到达角;I0·表示零阶修正贝塞尔函数;sinh·表示为双曲正弦函数。如图3所示,为采用本实施例模型、Michailidis模型和Hu模型得到的接收端空间相关性函数与V.Nikolaidis,N.Moraitis,andA.G.Kanatas的文献“DualpolarizedMIMOLMSchannelmeasurementsandcharacterizationinapedestrianenvironment”中测量数据比较图;其中,LL和RR分别表示收发端信号均为左旋圆和右旋圆极化波信号。我们采用模拟的卫星信道的测量数据验证本实施例提出的信道模型,从图3我们可以看出本实施例提出的信道模型和测量数据可以很好的吻合,从而验证了本实施例模型的有效性。如图4所示,为采用本实施例模型的平稳时间间隔和V.Nikolaidis,N.Moraitis,andA.G.Kanatas的文献“Dual-polarizednarrowbandMIMOLMSchannelmeasurementsinurbanenvironments”中测量数据的对比图;在测量场景中陆地移动基站TMS的移动速度为0.5ms,从图4可以看出测量数据和本实施例模型的平均平稳时间分别为42.4s和43.5s,对应的平稳距离分别为21.4m和21.8m,平稳距离近似相等。从而可以验证本实施例模型可以模拟高空平台HAPMIMO信道模型的非平稳特性。如图5所示,为采用本实施例模型、Michailidis模型和小尺度时变参数模型的时间相关性函数对比图;在t=0s和t=3s时,本实施例模型的时间相关性函数呈现出明显的变化。在t=0s和t=3s时,Michailidis模型和小尺度时变参数模型的时间相关性函数相同,因此Michailidis模型和小尺度时变参数模型无法描述高空平台HAPMIMO信道模型的时变属性。因此,也验证了提出本实施例模型的必要性。以上对本实施例的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本实施例并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本实施例的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。实施例2:根据本实施例提供一种非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法,包括如下步骤:步骤S1:假定陆地移动基站TMS周围运动的散射体分布在二维圆环上,并初始化二维圆环上的散射体数目为Nm;假定陆地移动基站TMS周围静止的散射体分布在三维多圆柱体上,并初始化第i个圆柱体上的散射体数目为Ni;步骤S2:更新高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元之间的长距离时变参数;步骤S3:更新高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元之间的小尺度时变参数;步骤S4:通过步骤2和步骤3中得到的长距离时变参数和小尺度时变参数,求解三维宽带几何随机模型的空时相关性函数,通过相关性分析来确定高空平台HAP天线间距、陆地移动基站TMS天线间距和环境因子对HAP-MIMO的影响。优选地,所述步骤S2包括如下子步骤:步骤S2.1:更新高空平台HAP到陆地移动基站TMS的直射分量在t时刻的时变距离参数;步骤S2.2:更新高空平台HAP到陆地移动基站TMS的直射分量在t时刻的时变方位角参数;步骤S2.3:更新静止散射体到陆地移动基站TMS的散射分量在t时刻的时变距离参数;步骤S2.4:更新静止散射体到陆地移动基站TMS的散射分量在t时刻的时变平均方位角和仰角参数;优选地,所述步骤S3包括如下子步骤:步骤S3.1:更新高空平台HAP天线单元p到陆地移动基站TMS天线单元l的直射分量在t+τ时刻的时变距离参数;步骤S3.2:更新高空平台HAP天线单元p到陆地移动基站TMS天线单元l的直射分量在t+τ时刻的时变方位角和仰角参数;步骤S3.3:更新高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到运动散射体的散射分量在t+τ时刻的时变距离参数;步骤S3.4:更新运动散射体到陆地移动基站TMS天线单元l的散射分量在t+τ时刻的时变方位角参数;步骤S3.5:更新高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到静止散射体的散射分量在t+τ时刻的时变距离参数;步骤S3.6:更新静止散射体到陆地移动基站TMS天线单元l的散射分量在t+τ时刻的时变方位角和仰角参数;优选地,所述步骤S4包括如下子步骤:步骤S4.1:求解高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元的直射链路的空时相关性函数;步骤S4.2:求解高空平台HAP天线单元经运动散射体到陆地移动基站TMS天线单元的散射链路的空时相关性函数;步骤S4.3:求解高空平台HAP天线单元经静止散射体到陆地移动基站TMS天线单元的散射链路的空时相关性函数。

权利要求:1.一种非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法,其特征在于,包括:步骤S1:假定陆地移动基站TMS为接收端,其周围运动的散射体分布在二维圆环上,并初始化二维圆环上的散射体数目为Nm;假定陆地移动基站TMS周围静止的散射体分布在三维多圆柱体上,并初始化第i个圆柱体上的散射体数目为Ni,计算信道的脉冲响应;步骤S2:获取高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元之间的第一时变参数;步骤S3:获取高空平台HAP天线单元到陆地移动基站TMS天线单元之间的第二时变参数;步骤S4:根据获取的信道的脉冲响应、第一时变参数及第二时变参数,求解三维宽带几何随机模型的空时相关性函数,通过相关性分析来确定高空平台HAP天线间距、陆地移动基站TMS天线间距和环境因子对高空平台HAPMIMO信道的影响。2.根据权利要求1所述的非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法,其特征在于,所述步骤S1,所述计算信道的脉冲响应:基于抽头延时线TDL概念,信道的脉冲响应计算公式为:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;hplt,τ表示链路p-l在时刻t传输时延为τ的信道脉冲响应;It表示全部的抽头数目;ci表示第i个抽头的增益;τit表示第i个抽头的延时;δ·表示Diracdelta函数;hi,plt表示第i个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;第一个抽头的信道脉冲响应计算公式为:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;h1,plt表示第1个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l直射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l经运动散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l经静止散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;K表示莱斯因子;λ表示载波波长;e表示自然对数的底数,取2.718281828459;j表示-1的平方根;ξplt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到陆地移动基站TMS的距离;ξpmt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到运动散射体的距离;ξmlt表示电磁波在时刻t经陆地移动基站TMS天线单元l传播到运动散射体的距离;表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t经陆地移动基站TMS天线单元l传播到静止散射体的距离;Nm表示运动散射体的数目;N1表示静止散射体的数目;和分别表示运动散射体和静止散射体的初始相位;ηNMS和ηNSS表示能量相关因子,ηNMS+ηNSS=1;表示直射分量的多普勒频移;表示经运动散射体的散射分量的多普勒频移;表示经静止散射体的散射分量的多普勒频移;π表示圆周率;其他抽头的信道脉冲响应由经静止散射体的散射分量组成,因此其他抽头的信道脉冲响应计算公式为:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;hi,plt表示第i个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;表示第i个抽头的链路p-l经静止散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t经陆地移动基站TMS天线单元l传播到静止散射体的距离;Ni表示静止散射体的数目;表示静止散射体的初始相位;表示第i个抽头经静止散射体的散射分量在时刻t的多普勒频移。3.根据权利要求2所述的非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法,其特征在于,所述步骤S2包括:步骤S201:获取高空平台HAP到陆地移动基站TMS的直射分量在t时刻的时变距离参数,计算公式如下:其中,ξt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP传播到陆地移动基站TMS的水平距离;t表示陆地移动基站TMS的运动时间;ξ表示电磁波经高空平台HAP传播到陆地移动基站TMS的初始水平距离;v表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动速度;γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向,π表示圆周率,取3.1415926;步骤S202:获取高空平台HAP到陆地移动基站TMS的直射分量在t时刻的时变方位角参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;αLOSt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP到达陆地移动基站TMS的方位角;βTt表示高空平台HAP在时刻t相对于陆地移动基站TMS的仰角;δ表示辅助变量;γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向;αLOS表示直射分量的初始方位角;H表示高空平台HAP的高度;ξt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP传播到陆地移动基站TMS的水平距离;±表示+或者-;步骤S203:获取静止散射体到陆地移动基站TMS的散射分量在时刻t的时变距离参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;Rit表示第i个圆柱体在时刻t的半径;Ri表示第i个圆柱体的初始半径;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;μi表示电磁波经静止散射体到陆地移动基站TMS的初始平均方位角;步骤S204:获取静止散射体到陆地移动基站TMS的散射分量在t时刻的时变平均方位角和仰角参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;μit表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的平均方位角;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;μi表示电磁波经静止散射体到陆地移动基站TMS的初始平均方位角;βi,0t表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的平均仰角;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;Ri表示第i个圆柱体的初始半径;βi,0表示电磁波经静止散射体到达陆地移动基站TMS的初始平均仰角。4.根据权利要求3所述的非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法,其特征在于,所述步骤S3包括:步骤S301:获取高空平台HAP天线单元p到陆地移动基站TMS天线单元l的直射分量在t+τ时刻的时变距离参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;ξplt+τ表示电磁波在时刻t+τ经高空平台HAP天线单元p传播到陆地移动基站TMS天线单元l的距离;ξt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP传播到陆地移动基站TMS的水平距离;γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向;v表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动速度;NT表示高空平台HAP的天线单元数目;NR表示陆地移动基站TMS的天线单元数目;p表示高空平台HAP的天线单元下标;l表示陆地移动基站TMS的天线单元下标;δT表示高空平台HAP相邻的天线间距;δR表示陆地移动基站TMS相邻的天线间距;θT表示高空平台HAP天线单元的方向;θR表示陆地移动基站TMS天线单元的方向;表示陆地移动基站TMS天线单元的仰角;βTt表示高空平台HAP在时刻t相对于陆地移动基站TMS的仰角;步骤S302:获取高空平台HAP天线单元p到陆地移动基站TMS天线单元l的直射分量在t+τ时刻的时变方位角和仰角参数,对于直射分量,由于ξt>>vτ及ξt+τ≈ξt,因此时变方位角和仰角计算公式如下:αLOSt+τ≈αLOSt;βTt+τ≈βTt;其中,αLOSt+τ表示电磁波在时刻t+τ经高空平台HAP到达陆地移动基站TMS的方位角;βTt+τ表示高空平台HAP在时刻t+τ相对于陆地移动基站TMS的仰角;步骤S303:获取高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到运动散射体的散射分量在t+τ时刻的时变距离参数,计算公式如下:ξpmt+τ≈ξpmt-vTτcosβTtcosγT其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;ξpmt+τ表示电磁波经时间t+τ从高空平台HAP天线单元p传播到运动散射体的距离;ξmlt+τ表示电磁波经时间t+τ从陆地移动基站TMS天线单元l传播到运动散射体的距离;γT表示高空平台HAP的运动方向;vT表示高空平台HAP的运动速度;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;表示电磁波在时间t经运动散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;步骤S304:获取运动散射体到陆地移动基站TMS天线单元l的散射分量在t+τ时刻的时变方位角参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;表示电磁波在时刻t+τ经运动散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;δ2表示辅助变量;R1表示圆环的半径;表示电磁波在时刻t经运动散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;||·||表示范数运算;arg·表示幅角运算;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;γm表示运动散射体的运动方向;vm表示运动散射体的运动速度;γ′R表示陆地移动基站TMS相对于运动散射体的运动方向;表示陆地移动基站TMS相对于运动散射体的运动速度矢量;表示陆地移动基站TMS的运动速度矢量;表示运动散射体的运动速度矢量;ejγR表示陆地移动基站TMS的运动方向矢量;ejγm表示运动散射体的运动方向矢量;步骤S305:获取高空平台HAP天线单元p和陆地移动基站TMS天线单元l到静止散射体的散射分量在t+τ时刻的时变距离参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;表示电磁波在时刻t+τ经高空平台HAP天线单元p传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t+τ经陆地移动基站TMS天线单元l传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到静止散射体的距离;表示电磁波在时刻t经陆地移动基站TMS天线单元l传播到静止散射体的距离;γT表示高空平台HAP的运动方向;vT表示高空平台HAP的运动速度;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的仰角;步骤S306:获取静止散射体到陆地移动基站TMS天线单元l的散射分量在t+τ时刻的时变方位角和仰角参数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;表示电磁波在时刻t+τ经静止散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;表示电磁波在时刻t+τ经静止散射体到达陆地移动基站TMS的仰角;δ3表示辅助变量;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;Rit表示第i个圆柱体在时刻t的半径;表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的仰角。5.根据权利要求4所述的非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法,其特征在于,所述步骤S4包括:计算第一个抽头的空时相关性函数,计算公式如下:计算其他抽头的空时相关性函数,计算公式如下:其中,t表示陆地移动基站TMS的运动时间;τ表示时延;p和p′分别表示高空平台HAP天线单元下标;l和l′分别表示陆地移动基站TMS天线单元下标;E[·]表示统计性均值运算;·*表示复共轭运算;h1,plt表示第1个抽头的链路p-l在时刻t的信道脉冲响应;h1,p′l′t+τ表示第1个抽头的链路p′-l′在时刻t+τ的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l直射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p′-l′直射分量在时刻t+τ的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p-l经运动散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第1个抽头的链路p′-l′经运动散射体的散射分量在时刻t+τ的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p-l经静止散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p-l直射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p-l经运动散射体的散射分量在时刻t的信道脉冲响应;表示第ii≥1个抽头的链路p′-l′经静止散射体的散射分量在时刻t+τ的信道脉冲响应;和分别表示三维宽带几何随机模型的直射分量、经运动和静止散射体散射分量的空时相关性函数;ξplt表示电磁波在时刻t经高空平台HAP天线单元p传播到陆地移动基站TMS天线单元l的距离;ξp′l′t+τ电磁波在时刻t+τ经高空平台HAP天线单元p′传播到陆地移动基站TMS天线单元l′的距离;dT表和dR表示HAP天线单元p-p′和TMS天线单元l-l′之间的天线间距;K表示莱斯因子;e表示自然对数的底数,取2.718281828459;λ表示载波波长;v表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动速度;γ表示陆地移动基站TMS相对于高空平台HAP的运动方向;γT表示高空平台HAP的运动方向;vT表示高空平台HAP的运动速度;γR表示陆地移动基站TMS的运动方向;vR表示陆地移动基站TMS的运动速度;fmax表示最大多普勒频移;fTmax表示高空平台HAP的最大多普勒频移;fRmax表示陆地移动基站TMS的最大多普勒频移;表示电磁波在时刻t经运动散射体到达陆地移动基站TMS的方位角;和分别表示电磁波在时刻t经静止散射体到达陆地移动基站TMS的方位角和仰角;δT和δR分别表示高空平台HAP和陆地移动基站TMS相邻的天线间距;θT和θR分别表示高空平台HAP和陆地移动基站TMS天线单元的方向;表示陆地移动基站TMS天线单元的仰角;βTt表示高空平台HAP在t时刻相对于陆地移动基站TMS的仰角;κ表示环境因子;μm表示为电磁波经运动散射体到达陆地移动基站TMS的平均到达角;I0·表示零阶修正贝塞尔函数;sinh·表示为双曲正弦函数。

百度查询: 上海交通大学 非平稳的三维宽带高空平台MIMO几何随机模型建立方法

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