本发明专利技术公开了一种高空通信平台系统的容量提升方法，首先建立了采用CDMA接入方式的HAPS系统，即HAPS-CDMA系统干扰模型，推导了系统干扰因子以及单蜂窝容量的计算公式，然后验证了HAPS-CDMA系统相比于地面CDMA系统具有更高容量，最后提出了HAPS和地面CDMA双层蜂窝重叠覆盖系统，即在原有的HAPS-CDMA系统上嵌入一个地面CDMA系统，该方法使系统达到了有效降低干扰、提升容量的目的。仿真结果表明，所提出的方法可以获得比HAPS-CDMA系统和地面CDMA两种单系统更高的系统容量，并且可以帮助解决人口密度较大的热点地区的大通信需求问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高空通信领域，具体涉及。
技术介绍
近年来，无线电技术的高速发展给人类社会高
带来了一场颠覆性变革， 陆地蜂窝移动通信和卫星通信的迅猛发展，越来越多地影响了人们的生活方式，然而随着 人们对宽带多媒体业务和各种移动通信需求的快速增长，建设拥有更大的系统容量、更高 的频谱利用率、更快的布网速度、更方便的维修更新能力、更低廉的建设成本的系统迫在眉 睫。正在发展中的高空平台（HighAltitudePlatformStations,HAPS)通信系统，综合了 两大传统通信系统的技术优点，被普遍认为是继卫星通信、蜂窝通信之后无线通信领域的 又一重大突破，它可以用更少的资源实现高密度和大区域覆盖，具有费用低、容量大、部署 快、布网灵活、回收方便等特点，引起了世界性的广泛关注。 新兴的HAPS系统被广泛看好的原因，其中一个重要的原因就是它的高系统容量， 这也是研究规划一个通信系统的关键指标之一，因此对HAPS系统通信容量的分析和研究 十分有价值。目前已经有许多学者研究了关于提高HAPS系统通信容量的方案，HAPS通 信系统既可以单独组网，与地面相关设备及各种用户终端通信，也可以与现有地面蜂窝系 统、卫星通信系统等通信网络混合组网。Jeng-JiHuang,Zong-JheWu,Wei-TingWang."Des ignsofMicrocellforanIntegratedHAPS-terrestrialCDMASystem'，（IEEE19th InternationalSymposiumonPersonal,IndoorandRadioCommunications. 2008:1-5) 一文中，设计了两种高空平台与地面蜂窝结构来提升HAPS和地面CDMA系统上行链路容 量，但该方法中没有讨论两个系统间的干扰，HAPS和地面CDMA系统实际干扰要大于文 章中确定的的系统干扰。NKSrivastava，A.K.Chaturvedi·"FlexibleandDynamic PowerAllocationinBroadbandMul-ti-beamSatellites'，（IEEECommunications Leters, 2013, 17(9) :1722-1725) -文中提出了一种减少HAPS和地面CDMA组网系统系统间 干扰和各自蜂窝小区间干扰的方法来提升异构网络容量的方法，但该方法中没有考虑到干 扰在小区内的实际分布，与实际情况不符。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，考虑了两个系统 间的干扰和干扰在小区内的实际分布，解决了热点地区通信需求量大的问题。 实现本专利技术目的的技术解决方案为：，方 法步骤如下： 步骤1、构建HAPS通信系统的天线及路径损耗模型。 步骤2、HAPS通信系统采用CDMA接入方式，假设地面用户呈均匀分布，高空平台 位置处于平流层且保持对地相对静止，在理想功率控制条件下建立模型，高空平台利用相 位阵列天线在地面投射了若干个面积相等的圆形蜂窝，构成了一个层蜂窝小区结构，并对 HAPS-CDMA系统的上行容量进行分析，确定其容量，即小区用户数。 步骤3、假设地面用户在高空平台覆盖范围内由中心小区向外服从高斯分布，构建 HAPS和地面CDMA蜂窝重叠覆盖系统，平台服务区域由中心向外的用户密度分布函数P如 下： 其中r'表示参考用户所在地到高空平台垂直于地面的交点之间的距离表示 高斯分布的标准差；C为预设常系数。 步骤4、确定HAPS和地面CDMA通信系统双层蜂窝系统容量： 4-1)在地面用户呈高斯分布的条件下，分析单个HAPS-CDMA系统中心小区容量， 得到中心小区内干扰及非中心小区对中心小区的干扰，将其结果代入到由步骤2得到的单 个HAPS-CDMA系统中心小区容量，得到单个HAPS-CDMA系统中心小区容量。 4-2)对热点地区的用户干扰进行分析，重新确定小区内干扰和小区间干扰，将结 果再代回到单个HAPS-CDMA系统中心小区容量及各层单个小区容量计算公式，即得到用户 高斯分布下的HAPS和地面CDMA双层蜂窝系统容量。 所述步骤1中，HAPS通信系统采用多波束相位阵天线模型，其增益表达式如下： 其中GH表示天线增益，单位为dB，Θ为天线偏离主波束中心的夹角； 同时，HAPS通信系统与地面的平均路径损耗模型如下：Lh(1)=32. 4+201g(l)+201g(fc)LT(1) = 73. 5+101g(y/R〇)μ (3) 其中LH表示HAPS的链路损耗，L$示地面CDMA系统的链路损耗；1为用户到高 空平台的距离，γ为用户到地面基站之间的距离；fc为载波频率，μ为地面路径损耗因子， R。为基站期望的无活跃用户区域半径。 所述步骤2中，对HAPS-CDMA系统的上行容量进行分析，确定其容量的方法如下： 步骤2-1、根据所述层蜂窝小区结构，确定HAPS系统的天线接收功率S: P为用户所需发送功率。步骤2-2、确定中心小区用户受到的小区内干扰Is。： 其中A为单个蜂窝小区覆盖区域面积，R为单个蜂窝小区半径，Μ为用户容量，d为 中心小区中心点0和位于第j层的小区中心点0,的连线距离，α为话音激活因子。 步骤2-3、确定小区所有用户对中心小区的干扰Ij: 其中^身为对应的天线增益，靖为嗎，对应的天线增益，其中\表示位于第j 层的蜂窝小区面积。 步骤2-4、确定除了中心小区之外的干扰之和，即小区间干扰I。。： 步骤2-5、定义小区间干扰与小区内干扰之比为干扰因子f并计算： 其中r为用户i到其服务小区Oj中心的距离，Θ为中心小区中心点〇和位于第j 层的小区中心点0,连线与用户之间的夹角；N为层蜂窝小区的总层数。 步骤2-6、确定由于基站接收信号的信号干扰噪声比，即SINR: 其中ω为带宽，。n2为热噪声功率，Rb为信息传输速率；Eb为信号每比特能量，TQ 为干扰功率密度。 步骤2-7、将代入式（9)中，得到中心小区用户数M: 所述步骤4-1)中，获得单个HAPS-CDMA系统中心小区容量，算法如下：步骤4-1-1、确定中心小区用户受到的小区内干扰Is。'、其它小区干扰1'^。及干 扰因子f: 步骤4-1-2、确定由于基站接收信号的信号干扰噪声比，即SINR':步骤4-1-3、结合式（11)、式（12)、式（13)、式（14)，得到Is。'和单个HAPS-CDMA 系统中预设常数C: 步骤4-1-4、将C代入到式⑴中，得到单个HAPS-CDMA系统中心小区容量吣及各 层中单个小区容量Mn: 所述步骤4-2)中，得到用户高斯分布下的HAPS和地面CDMA双层蜂窝系统容量， 算法如下：步骤4-2-1、对热点地区的用户干扰进行分析，重新确定小区内干扰Is。"和小区 间干扰I"。。，假设fs。为小区内干扰变化因子，f。。为小区间干扰变化因子，HAPS和地面CDMA 双层蜂窝系统重叠部分区域为A'，中心小区剩余部分为，: 步骤4-2-2、确定由于基站接收信号的信号干扰噪声比，即SINR"： 步骤4-2-3、结合式（1)、式（19)、式（20)和式（21)中所得结果得到HAPS和地面 CDMA双层蜂窝系统中的预设常数C' ： 再将C代入到已得到的单个HAPS-C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高空通信平台系统的容量提升方法，其特征在于，方法步骤如下：步骤1、构建HAPS通信系统的天线及路径损耗模型；步骤2、HAPS通信系统采用CDMA接入方式，假设地面用户呈均匀分布，高空平台位置处于平流层且保持对地相对静止，在理想功率控制条件下建立模型，高空平台利用相位阵列天线在地面投射了若干个面积相等的圆形蜂窝，构成了一个层蜂窝小区结构，并对HAPS‑CDMA系统的上行容量进行分析，确定其容量，即小区用户数；步骤3、假设地面用户在高空平台覆盖范围内由中心小区向外服从高斯分布，构建HAPS和地面CDMA蜂窝重叠覆盖系统，平台服务区域由中心向外的用户密度分布函数ρ如下：其中r′表示参考用户所在地到高空平台垂直于地面的交点之间的距离；σ表示高斯分布的标准差；C为预设常系数；步骤4、确定HAPS和地面CDMA通信系统双层蜂窝系统容量：4‑1)在地面用户呈高斯分布的条件下，分析单个HAPS‑CDMA系统中心小区容量，得到中心小区内干扰及非中心小区对中心小区的干扰，将其结果代入到由步骤2得到的单个HAPS‑CDMA系统中心小区容量，得到单个HAPS‑CDMA系统中心小区容量；4‑2)对热点地区的用户干扰进行分析，重新确定小区内干扰和小区间干扰，将结果再代回到单个HAPS‑CDMA系统中心小区容量及各层单个小区容量计算公式，即得到用户高斯分布下的HAPS和地面CDMA双层蜂窝系统容量。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王杭先，张邦宁，郭道省，史煜，李超，叶展，赵兵，潘小飞，方华，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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