基于生灭过程的多用户HAP-MIMO信道模型建立方法技术

本发明专利技术提供了一种基于生灭过程的多用户HAP‑MIMO信道模型建立方法，分别采用0和1来表示散射体可见和不可见(相对于天线单元而言)的两种状态。对于不同的用户而言，鉴于用户所处位置的不同和周围环境的差异，相同的散射体对于不同的用户其状态也是不同的。对于同一个散射体来说，相对于不同的天线单元散射体存在出现和消失的非平稳特性。本发明专利技术采用生灭过程来描述散射体出现和消失的非平稳特性，并考虑了消失的散射体可以再次出现的情况。本发明专利技术考虑了更加实际的场景，因此可以更好的描述实际信道的衰减情况。

Multi user HAP-MIMO channel model building method based on birth death process

The present invention provides a method to establish the model of multi user HAP MIMO channel based on the birth and death process, respectively 0 and 1 represent the scattering of visible and invisible (relative to the antenna unit) of the two states. For different users, depending on the location of the user and the surrounding environment, the same scatterer for different users, the state is different. For the same scatterer, the scatterers have the nonstationary characteristics of emergence and disappearance relative to different antenna elements. The invention uses the birth and death process to describe the nonstationary characteristics of scatterers appearing and disappearing, and takes into account the possibility that the scattered scatterers may reappear. The present invention considers a more realistic scenario, so that the actual channel attenuation can be described better.

【技术实现步骤摘要】
基于生灭过程的多用户HAP-MIMO信道模型建立方法
本专利技术涉及无线通信
，具体地，涉及一种基于生灭过程的多用户HAP-MIMO信道模型建立方法。
技术介绍
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。在多用户场景中，信道都是假定相互独立的，多用户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。现有的技术中公开了X.Cheng,C.-X.Wang,X.Gao,X.–H.You,andD.Yuan的文献“CooperativeMIMOChannelModelingandMulti-LinkSpatialCorrelationPropertes(协作MIMO信道建模和多链路的空间相关性),”IEEEJ.Sel.AreasinCommun.,vol.30,no.2,pp.388-396.Feb.2012,研究了多用户场景中多链路之间的空间相关性。然而，它仅仅考虑了2-D信道模型，忽略了仰角的存在，在多用户HAP系统中，2-D信道模型并不符合实际的场景。从3-D模型角度考虑，E.T.MichailidisandA.G.Kanatas的文献“Three-dimensionalHAP-MIMOchannels:modelingandanalysisofspace-timecorrelation(3-DHAP-MIMO信道：建模和空时相关性分析),”IEEETrans.Veh,Techno.,vol.59,no.5,pp.2232-2242,June.2010，考虑了3-D信道模型，描述了仰角在空间相关性方面起到了重要的作用。S.PayamiandF.Tufvesson的文献“Channelmeasurementsandanalysisforverylargearraysystemsat2.6GHz(2.6GHz大规模天线系统的信道测量与分析),”inPro.6thEur.Cof.AntennasPropag.,Prague,CzechRepublic,pp.433-437,Mar.2012,显示了多链路协作模型和HAP-MIMO信道模型都不够精确的描述多用户MIMO的散射体的非平稳特性。S.Wu,C.-X.Wang,el-H.M.Aggoune,etal,的文献“Anon-stationary3-Dwidebandtwin-clustermodelfor5GmassiveMIMOchannels(一种非平稳的3-D宽带双簇5G大规模MIMO信道模型),”IEEEJ.Sel.AreasCommun.,vol.32,no.6,pp.1207-1218,Jun.2014，采用生灭过程来描述散射体的非平稳特性，但是它考虑了散射体一旦“消失”就不再“出现”，这不符合实际的信道场景。综上所述，在已有的信道模型中，都不够精确的描述HAP-MIMO信道的空间相关性，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。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于生灭过程的多用户HAP-MIMO信道模型建立方法。根据本专利技术提供的基于生灭过程的多用户HAP-MIMO信道模型建立方法，包括如下步骤：步骤1:初始化相对于用户l和发端天线单元p的可见的散射体数目为N；步骤2:确定散射体相对于用户l和用户m同时可见的生存概率；步骤3:确定散射体相对于发端天线单元p和发端天线单元q同时可见的生存概率；步骤4:通过步骤2、步骤3中得到散射体相对于用户端和发端天线的生存概率，求解多用户HAP-MIMO的空间相关性，通过相关性分析来确定用户端天线间距、发端天线间距和环境因子对多用户HAP-MIMO的影响。优选地，所述步骤2包括如下子步骤：步骤2.1：求解散射体出现之后不再消失或者消失后不再出现的最小间隔距离△d，计算公式如下：△d＝min{δP1,δP2}；式中：DB表示相对于用户的两个连续出现的散射体的最大间隔距离，DD表示相对于用户的散射体从出现到消失的最大生存距离，δP1表示相对于用户的散射体消失后不再出现的最小间隔距离，δP2表示相对于用户的散射体出现后不再消失的最小间隔距离，δB表示相对于用户的两个连续出现的散射体的间隔距离，δD表示相对于用户的散射体从出现到消失的生存距离；步骤2.2：求解相对于用户l和用户m同时可见的散射体数目，计算公式如下：其中，和式中：表示在用户l处可见且在与其相距K·△d处的用户同时可见的散射体的数目，表示在用户l处可见且在与其相距(K-1)·△d处的用户同时可见的散射体的数目，△d1表示K·△d处的用户与用户m的间距，表示在用户l处可见但在与其相距K·△d处的用户消失的散射体的数目，表示在用户l处可见但在与其相距(K-1)·△d处的用户消失的散射体的数目，N1表示在用户m处出现的散射体数目，表示向下取整函数运算，d表示用户l和用户m相距的间隔距离，表示初始在用户l处出现的散射体数目，表示初始在用户l处消失的散射体数目；步骤2.3：利用步骤2.2求解得到的相对于用户l和用户m同时可见的散射体数目N1来求解散射体的生存概率计算公式如下：优选地，所述步骤3中散射体相对于发端天线单元p和发端天线单元q同时可见的生存概率的计算公式如下：式中：表示相对于发端天线单元的散射体的生存概率，δT表示发端天线单元的天线间距，DT表示相对于发端天线单元的散射体从出现到消失的最大生存距离。优选地，所述步骤4包括如下子步骤：步骤4.1：利用步骤2、步骤3得到散射体相对于用户端和发端天线的生存概率，求解多用户HAP-MIMO的空间相关性，计算公式如下：其中：式中：表示多用户HAP-MIMO散射分量的空间相关性，Kpl表示发端天线单元p到用户端天线单元l之间链路的莱斯因子，Kqm表示发端天线单元q到用户端天线单元m之间链路的莱斯因子，表示散射分量的最大仰角，e表示自然对数的底数，取2.718281828459，I0表示零阶贝塞尔函数，λ表示载波波长，R表示散射体的半径，βT表示发端天线平台要收端用户的仰角，θT表示发端天线单元的方位角，θ表示用户m相对于用户l的方位角，κ表示散射环境因子，μ表示散射分量的平均到达角，D0表示发端天线平台到用户l的水平间距，β表示散射体到用户端天线单元之间的仰角。步骤4.2：利用步骤4.1得到的多用户HAP-MIMO空间相关性，确定用户端天线间距、发端天线间距和环境因子对多用户HAP-MIMO的影响。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术中的基于生灭过程的多用户HAP-MIMO信道模型，考虑了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于生灭过程的多用户HAP‑MIMO信道模型建立方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1:初始化相对于用户l和发端天线单元p的可见的散射体数目为N；步骤2:确定散射体相对于用户l和用户m同时可见的生存概率；步骤3:确定散射体相对于发端天线单元p和发端天线单元q同时可见的生存概率；步骤4:通过步骤2、步骤3中得到散射体相对于用户端和发端天线的生存概率，求解多用户HAP‑MIMO的空间相关性，通过相关性分析来确定用户端天线间距、发端天线间距和环境因子对多用户HAP‑MIMO的影响。

【技术特征摘要】
1.一种基于生灭过程的多用户HAP-MIMO信道模型建立方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1:初始化相对于用户l和发端天线单元p的可见的散射体数目为N；步骤2:确定散射体相对于用户l和用户m同时可见的生存概率；步骤3:确定散射体相对于发端天线单元p和发端天线单元q同时可见的生存概率；步骤4:通过步骤2、步骤3中得到散射体相对于用户端和发端天线的生存概率，求解多用户HAP-MIMO的空间相关性，通过相关性分析来确定用户端天线间距、发端天线间距和环境因子对多用户HAP-MIMO的影响。2.根据权利要求1所述的基于生灭过程的多用户HAP-MIMO信道模型建立方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2.1：求解散射体出现之后不再消失或者消失后不再出现的最小间隔距离△d，计算公式如下：Δd＝min{δP1，δP2}；式中：DB表示相对于用户的两个连续出现的散射体的最大间隔距离，DD表示相对于用户的散射体从出现到消失的最大生存距离，δP1表示相对于用户的散射体消失后不再出现的最小间隔距离，δP2表示相对于用户的散射体出现后不再消失的最小间隔距离，δB表示相对于用户的两个连续出现的散射体的间隔距离，δD表示相对于用户的散射体从出现到消失的生存距离；步骤2.2：求解相对于用户l和用户m同时可见的散射体数目，计算公式如下：其中，和式中：表示在用户l处可见且在与其相距K·△d处的用户同时可见的散射体的数目，表示在用户l处可见且在与其相距(K-1)·△d处的用户同时可见的散射体的数目，△d1表示K·△d处的用户与用户m的间距，表示在用户l处可见但在与其相距K·△d处的用户消失的散射体的数目，表示在用户l处可见但在与其相距(K-1)·△d处的用户消失的散射体的数目，N1表示在用户m处出现的散射体数目，表示向下取整函数运算，d表示用户l和用户m相距的...

【专利技术属性】
技术研发人员：练柱先，蒋铃鸽，何晨，袭奇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31