大氣水凝物影響下的毫米波段MIMO無線信道動態特性研究

《大氣水凝物影響下的毫米波段MIMO無線信道動態特性研究》是依託西安電子科技大學，由弓樹宏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大氣水凝物影響下的毫米波段MIMO無線信道動態特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：弓樹宏
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

MIMO無線通信技術堪稱現代通信領域技術突破，國際研究動態及國內套用需求表明未來必將在毫米波段開發套用。毫米波段信號受到以降雨為首的大氣水凝物影響非常明顯。本項目針對毫米波段MIMO系統電波傳播及信道特性需要深入解決的問題，用隨機介質中電磁波傳播、散射特性的研究方法、隨機動態預報方法、傳輸特性實驗測量方法，進行大氣水凝物(雲、雨、雪、霧)對毫米波段信號產生的實時動態衰減、噪聲和非相干場分布等特性研究。基於毫米波段傳輸、散射動態特性規律，用MIMO無線信道電波傳播特性和信道特性的研究理論、動態預報方法、計算機信道仿真方法，研究毫米波段MIMO無線信道時延、到達角、離開角、都卜勒頻移、信道衰落、相關等動態特性，評估信道容量動態特性，對揭示毫米波段MIMO通信系統信號傳播機制和信道特性有重要意義，可填補相關研究空白狀態，為保證毫米波段MIMO系統可靠性、穩定性提供理論依據和技術支持。

結題摘要

由於毫米波系統的諸多特點，對流層大氣環境成為影響毫米波MIMO信道特性的主要因素。本項目旨在研究大氣水凝物對毫米波MIMO無線信道的影響。主要研究內容包括兩個方面，一方面是彌補毫米波大氣水凝物傳輸特性的一些遺留問題，另一方面是基於毫米波大氣水凝物傳輸特性，研究毫米波MIMO信道特性及鏈路性能相對SISO鏈路性能的優勢。“彌補遺留”是指：探索MIMO信道需要的傳輸特性，但是在SISO信道研究中不是主要問題，所以沒有具體的模型或者方法可以用來評估對應的傳輸特性，或者是主要問題但是尚沒有文獻給出具體結論，例如任意情況下去極化情況、極化失配因子、多重散射對毫米波信號特性的影響、散射互耦、散射互耦對天線系統影響、提高毫米波段傳輸特性計算精度等內容。毫米波MIMO信道特性及鏈路特性指：毫米波MIMO信道的相關特性、空間角度譜特性、信道特性時間變化規律及預報、毫米波MIMO系統誤碼性能和容量性能。課題在三年研究過程中基本遵照研究計畫開展研究工作，已經公開出版/發表/授權的成果包含的重要結果、關鍵數據及科學意義如下：開發了配合大型雨滴譜儀多點測量大氣水凝物物理特性的小型低廉儀器；開發了毫米波MIMO系統信號處理過程中需要的陣列耦合誤差的自校正方法；首次提出了“散射互耦”的概念，並且給出評估模型和方法，以拋物面天線進行了仿真和討論；為了利用散射互耦模型分析任意大型面天線散射互耦特性，研究給出了任意取向偶極子天線輻射場的計算方法；給出了任意情況下去極化情況和極化失配因子計算方法；提出了一種結合點測降雨率修正降雨特徵衰減的方法，分析了多重散射對降雨環境中傳輸特性的影響，分析了西安地區降雨噪聲統計特性規律，給出了頻率比例因子在特定頻率結果外推中的套用方法；以降雨衰減為例給出了信道動態特性的MGA-ARIMA預報方法，該方法預報結果與實測降雨衰減數據比對，吻合度非常好；得出了地-空（衛）MIMO通信系統的在降雨環境中的相關特性、空間譜特性；針對STBC、STTC、VBLAST空時編碼條件，分析了MIMO地衛通信系統誤碼率特性，分析了MIMO地衛通信系統容量特性；積累了西安地區Ka頻段衰減特性實測數據和西安地區1分鐘累積降雨率測量數據。以上結果及數據對於開發套用毫米波段MIMO（地衛）通信系統具有重要的套用價值。