平流层多天线通信系统的信道建模及双层预编码算法设计
发布时间：2021-10-15 16:36
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。平流层通信因其覆盖范围广、配置灵活、传输质量高等优势,被考虑为一种新兴的替代技术,已引起工业界和学术界的广泛关注。在不增加发射功率和发送带宽的情况下,多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）技术通过利用空间复用可以提高用户的频谱效率和数据传输速率。作为一种新兴的技术,面临的挑战是研究MIMO技术在平流层高空平台（High Altitude Platform,HAP）通信系统中的应用。三维（Three-Dimensional,3-D）HAP-MIMO信道建模是平流层通信系统关键技术研究的基础工作。准确的信道模型可以为平流层通信系统的性能分析及预编码算法设计提供依据。现有的3-D HAP-MIMO信道模型是由传统的车辆-车辆（Vehicle-to-Vehicle）信道模型扩展而来,它们忽略了收发端和散射体运动对HAP-MIMO信道统计特性的影响。在现有3-D HAP-MIMO信道模型的基础上,已有文献利用相关性矩阵设计无人机大规模MI...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
–1HAP通信系统示意图
上海交通大学博士学位论文第一章绪论底，贝尔实验室的ThomasL.Marzetta博士对多用户MIMO技术作了进一步的扩展，提出了大规模MIMO技术[19–22]。图1–2MIMO通信系统示意图Figure1–2IllustrationofMIMOcommunicationsystem对于单用户MIMO技术，接收端由于受到体积因素的限制所配置的天线数目有限，因此限制了系统的性能。多用户MIMO技术可以将多个接收天线分别配置在不同的用户上，突破了接收端体积因素的限制，系统的性能可以得到很大的提升。但是，小区间干扰又成为了限制多用户MIMO技术系统性能提升的主要因素。第五代通信技术(the5thGeneration,5G)通过引入大规模MIMO技术，在基站端配置成百上千跟天线，可以有效的降低小区间干扰。在大规模MIMO方案中，基站端只需要根据本小区的信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)进行预编码算法设计，同时，简单的线性预编码方案就可以实现很好的性能增益[23,24]。把MIMO技术或者大规模MIMO技术应用到平流层通信系统中，必然会带来一些困难和新的挑战。本论文主要是解决MIMO技术和大规模MIMO技术在HAP上应用所面对的一些关键问题。1.2平流层信道模型的研究现状文献[25,26]研究了MIMO信道子链路之间的相关性对系统信道容量的影响，表明了：MIMO信道子链路之间的相关性越强其系统信道容量越小，子链路之间的相关性越弱其系统信道容量越大。平流层大规模MIMO技术可以显著的提升平流层通信系统的性能增益。精确的CSI需要HAP和用户间的实时反馈，当HAP天线数目显著增加时，—3—
近年来,高空平台(High Altitude Platform,HAP)通信因具有覆盖范围广和通信效果好等优点而得到工业界和学术界的广泛关注[1–3],其示意图如图1-1所示。HAP的起源可以追溯到1783年Mongolfier兄弟在法国里昂安诺内广场放飞升空的第一个热气球,但真正引起人们关注的是由SkyStation International在1997年和1998年建造的太阳能动力飞艇[4]。1997年,世界无线电通信会议(World Radiocommunication Conference,WRC)将HAP定义为在距离地面17～22 km的平流层中运行的高空平台(飞艇或者无人机),并将47/48GHz频段的频谱分配给HAP使用[5]。HAP是继陆地通信平台和卫星通信平台后的第三代通信平台的基础框架,其地理位置介于陆地通信平台和卫星通信平台之间,因此保持了卫星通信系统广域覆盖的优点。由于HAP的高仰角特性,收发设备之间的传播链路主要由直射(Line-of-Sight,LOS)分量所支配,因此与陆地通信系统相比阴影衰落低,通信质量好;与卫星通信系统相比,传播时延短,自由空间损耗小。HAP能够提供快速覆盖和大容量服务,不仅能为城市或者郊区地区的用户提供通信服务,也能为缺少移动设备的农村或者偏远的山区的用户提供通信服务,因此利用HAP可以弥补偏远地区通信基础设施的不足问题。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大规模MIMO无线通信关键技术[J]. 尤力,高西奇. 中兴通讯技术. 2014(02)
[2]高速铁路场景下时变信道的平稳区间研究(英文)[J]. 陈炳昊,钟章队,艾渤. 中国通信. 2012(08)
[3]基于多建筑阻挡概率的平流层多径信道模型[J]. 牛志升,刘嵩,吴佑寿. 电子学报. 2004(S1)
[4]平流层宽带无线通信[J]. 何晨,诸鸿文. 通信技术. 1999(03)
硕士论文
[1]平流层MIMO通信系统信道建模研究[D]. 胡竞戈.上海交通大学 2018
[2]临地空间平台通信信道建模[D]. 杨勇.西安电子科技大学 2012
本文编号：3438292
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
–1HAP通信系统示意图
上海交通大学博士学位论文第一章绪论底，贝尔实验室的ThomasL.Marzetta博士对多用户MIMO技术作了进一步的扩展，提出了大规模MIMO技术[19–22]。图1–2MIMO通信系统示意图Figure1–2IllustrationofMIMOcommunicationsystem对于单用户MIMO技术，接收端由于受到体积因素的限制所配置的天线数目有限，因此限制了系统的性能。多用户MIMO技术可以将多个接收天线分别配置在不同的用户上，突破了接收端体积因素的限制，系统的性能可以得到很大的提升。但是，小区间干扰又成为了限制多用户MIMO技术系统性能提升的主要因素。第五代通信技术(the5thGeneration,5G)通过引入大规模MIMO技术，在基站端配置成百上千跟天线，可以有效的降低小区间干扰。在大规模MIMO方案中，基站端只需要根据本小区的信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)进行预编码算法设计，同时，简单的线性预编码方案就可以实现很好的性能增益[23,24]。把MIMO技术或者大规模MIMO技术应用到平流层通信系统中，必然会带来一些困难和新的挑战。本论文主要是解决MIMO技术和大规模MIMO技术在HAP上应用所面对的一些关键问题。1.2平流层信道模型的研究现状文献[25,26]研究了MIMO信道子链路之间的相关性对系统信道容量的影响，表明了：MIMO信道子链路之间的相关性越强其系统信道容量越小，子链路之间的相关性越弱其系统信道容量越大。平流层大规模MIMO技术可以显著的提升平流层通信系统的性能增益。精确的CSI需要HAP和用户间的实时反馈，当HAP天线数目显著增加时，—3—
近年来,高空平台(High Altitude Platform,HAP)通信因具有覆盖范围广和通信效果好等优点而得到工业界和学术界的广泛关注[1–3],其示意图如图1-1所示。HAP的起源可以追溯到1783年Mongolfier兄弟在法国里昂安诺内广场放飞升空的第一个热气球,但真正引起人们关注的是由SkyStation International在1997年和1998年建造的太阳能动力飞艇[4]。1997年,世界无线电通信会议(World Radiocommunication Conference,WRC)将HAP定义为在距离地面17～22 km的平流层中运行的高空平台(飞艇或者无人机),并将47/48GHz频段的频谱分配给HAP使用[5]。HAP是继陆地通信平台和卫星通信平台后的第三代通信平台的基础框架,其地理位置介于陆地通信平台和卫星通信平台之间,因此保持了卫星通信系统广域覆盖的优点。由于HAP的高仰角特性,收发设备之间的传播链路主要由直射(Line-of-Sight,LOS)分量所支配,因此与陆地通信系统相比阴影衰落低,通信质量好;与卫星通信系统相比,传播时延短,自由空间损耗小。HAP能够提供快速覆盖和大容量服务,不仅能为城市或者郊区地区的用户提供通信服务,也能为缺少移动设备的农村或者偏远的山区的用户提供通信服务,因此利用HAP可以弥补偏远地区通信基础设施的不足问题。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大规模MIMO无线通信关键技术[J]. 尤力,高西奇. 中兴通讯技术. 2014(02)
[2]高速铁路场景下时变信道的平稳区间研究(英文)[J]. 陈炳昊,钟章队,艾渤. 中国通信. 2012(08)
[3]基于多建筑阻挡概率的平流层多径信道模型[J]. 牛志升,刘嵩,吴佑寿. 电子学报. 2004(S1)
[4]平流层宽带无线通信[J]. 何晨,诸鸿文. 通信技术. 1999(03)
硕士论文
[1]平流层MIMO通信系统信道建模研究[D]. 胡竞戈.上海交通大学 2018
[2]临地空间平台通信信道建模[D]. 杨勇.西安电子科技大学 2012
本文编号：3438292
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