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专利号: 2021109363636
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于几何的3D MIMO LEO卫星空天地信道建模方法,其特征在于,该方法具体包括以下步骤:

S1:建立低地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星发射端通过移动的无人机中继端到达移动的地面接收端的3D双球信道模型;

S2:根据3D双球信道模型,生成3D MIMO LEO卫星信道发射端天线p经过中继端天线l到接收端天线q之间的信道冲激响应;

S3:根据移动的LEO卫星发射端、移动的无人机中继端、移动的地面接收端之间的几何关系,计算信号到达角、离开角、时变的传播距离的时变信道参数。

2.根据权利要求1所述的3D MIMO LEO卫星空天地信道建模方法,其特征在于,步骤S1中,建立的3D双球模型中包含LEO卫星发射端T、移动的无人机中继端U和移动的地面接收端R,并且在无人机中继端U和地面接收端R周围有N1和N2个独立的有效散射体,第n1个有效散射体由 表示,第n2个有效散射体由 表示,这些散射体随机分布在以移动的无人机中继端U和移动的地面接收端R为中心的球面上。

3.根据权利要求2所述的3D MIMO LEO卫星空天地信道建模方法,其特征在于,步骤S2中,生成3D MIMO LEO卫星信道发射端天线p到中继端天线l再到接收端天线q之间的信道冲激响应hpq(t)为:

式中, 为LEO卫星发射端T到无人机中继端U的路径损耗,hpl(t)为LEO卫星发射端T到无人机中继端U的冲激响应,hlq(t)为无人机中继端U到地面接收端R的冲激响应。

4.根据权利要求3所述的3D MIMO LEO卫星空天地信道建模方法,其特征在于,步骤S2中,LEO卫星发射端T到无人机中继端U的路径损耗 为:式中,Dpl(t)为LEO卫星发射端T到无人机中继端U的距离,fc为载波频率,c为光速。

5.根据权利要求4所述的3D MIMO LEO卫星空天地信道建模方法,其特征在于,步骤S2中,LEO卫星发射端T的第p根天线与无人机中继端U的第l根天线之间接收到的信道冲激响hpl(t)为视距 与经过中继端周围散射体的一次散射 之和,表达式为:式中,fTm、fUm分别为LEO卫星发射端和无人机中继端的最大多普勒频移; 分别为LEO卫星发射端到无人机中继端的视距出发角的方位角和仰角; 分别为LEO卫星发射端速度的方位角和仰角; 分别为LEO卫星发射端到无人机中继端的视距到达角的方位角和仰角; 分别为无人机中继端速度的方位角和仰角; 分别为LEO卫星发送端发送的波撞击散射体 的到达角的方位角和仰角; 卫星撞击散射体 的离开角方位角和仰角; 为散射体 引起的相位,是独立随机的并且服从均匀分布[‑π,π); 分别表示LEO卫星发射端到散射体n1的距离和散射体n1到无人机中继端的距离,K表示莱斯因子。

6.根据权利要求5所述的3D MIMO LEO卫星空天地信道建模方法,其特征在于,步骤S2中,无人机中继端U的第l根天线与地面接收端R的第q根天线之间接收到的信道冲激响hlq(t)为视距 与经过无人机中继端周围散射体的一次散射 经过地面接收端周围散射体的一次散射 和经过无人机中继端周围散射体和经过地面接收端周围的散射体的两次散射 之和,表达式:

式中, 分别为无人机中继端到地面接收端的视距出发角的方位角和仰角;

分别为无人机中继端到地面接收端的视距到达角的方位角和仰角; 为地面接收端速度的方位角; 分别为无人机中继端到散射体n1的距离和散射体n1到地面接收端的距离; 分别为无人机中继端发送的波撞击散射体 的到达角的方位角和仰角; 分别为无人机中继端发送的波撞击散射体 的离开角的方位角和仰角;

fRm为地面接收端的最大多普勒频移; 分别为无人机中继端到散射体n2的距离和散射体n2到地面接收端的距离; 分别为无人机中继端发送的波撞击散射体的到达角的方位角和仰角; 分别为无人机中继端发送的波撞击散射体 的离开角的方位角和仰角; 为散射体 引起的相位,是独立随机的并且服从均匀分布[‑π,π); 为散射体n1到散射体n2之间的距离; 为散射体 和 引起的相位,是独立随机的并且服从均匀分布[‑π,π);Dlq为无人机中继端到地面接收端的距离,Ωlq为接收总功率,ηSB1、ηSB2、ηDB为能量相关参数,代表SB1、SB2、DB分量占总散射功率的比例,并且ηSB1+ηSB2+ηDB=1;K表示莱斯因子。

7.根据权利要求6所述的3D MIMO LEO卫星空天地信道建模方法,其特征在于,步骤S3中,计算信号到达角,具体包括:

1)LEO卫星发送端发送的波撞击散射体 的到达角的方位角 和仰角 分别为:式中,θ0为LEO卫星发射端到无人机中继端的初始仰角,R1为无人机中继端周围散射体分布的半径,dTU为LEO卫星发射端到无人机中继端的水平距离;

2)无人机中继端发送的波撞击散射体 的到达角的方位角 和仰角 分别为:式中,θ1为无人机中继端到地面接收端的初始仰角,R2为终端周围散射体分布的半径,dUR为无人机中继端到地面接收端的水平距离;

3)无人机中继端发送的波撞击散射体 的到达角的方位角 和仰角 分别为:

8.根据权利要求7所述的3D MIMO LEO卫星空天地信道建模方法,其特征在于,步骤S3中,计算信号传播时变距离,具体包括:

1)LEO卫星发射端到无人机中继端时变的传播距离为:式中,Dx/y/z表示在3D坐标轴上x/y/z轴的坐标;

其中H为LEO卫星发射

端到地面接收端的垂直距离,Hu为无人机中继端到地面接收端的垂直距离;ΔT表示LEO卫星发射端中第p个天线元件与天线阵列中心之间的距离,ΔU表示地面接收端中第l个天线元件与天线阵列中心之间的距离;

2)无人机中继端到地面接收端时变的传播距离为:式中,

其中ΔR表示接收端中第q个天线元件与天线阵列中心之间的距离。