宽带卫星移动通信系统MIMO信道特性分析与建模

MIMO技术由于能够利用空间（或极化）分集和复用手段在空间域上获得更大的信道容量，从而满足宽带卫星移动通信高传输速率、高传输性能和高业务容量的要求。卫星移动MIMO信道中分析多径散射分布的角度谱时，地面移动MIMO信道的平面波假设不再成立，需同时考虑终端处的波达仰角和波达方位角扩展。另外卫星移动MIMO信道中特有的不同路径时延差大、多普勒频移大、以及不同路径信号之间的空间强相关性等都会增加信道特性分析的难度。针对国内关于宽带卫星移动MIMO通信系统的研究处于起步阶段，缺少对信道特性的有效描述这一问题，通过分析宽带卫星移动MIMO信道的时域色散特性、频域色散特性以及空、时、频域联合色散特性，建立一个基于抽头延迟线的多状态三维宽带卫星移动MIMO信道模型，利用在我国真实信道环境的实测数据拟合信道模型参数。最后构建L/S波段宽带卫星移动MIMO信道特性仿真验证系统，对所建信道模型进行验证。

经过3年的执行，项目组在宽带卫星移动通信系统MIMO信道特性研究方面取得了一些进展和突破，完成了研究计划中规定的三方面研究内容。分析了卫星移动信道的衰落特性，提炼出了卫星移动信道特性模拟研究的内容、思路和流程，建立了基于马尔科夫链的两状态卫星移动信道模型。在从频域和时域两个方面对宽带卫星移动信道频率选择性衰落的成因进行深入分析的基础上，分别基于多点散射原理和抽头延迟线原理建立了宽带卫星移动MIMO信道衰落特性的相位和幅度变化仿真模型。分析了卫星移动MIMO通信系统的容量性能和影响容量的一些相关因素；结合空时频域特性的分析，分别提出了基于马尔科夫链的分布式卫星移动MIMO三状态信道模型和考虑了不同路径相关性的基于分布式的卫星移动MIMO双极化信道模型。研制了一套带切换控制矩阵的多通道中频等效的L/S波段低轨卫星移动信道模拟器；分别基于Systemview和matlab搭建了卫星移动MIMO信道模型的仿真验证系统；结合安捷伦N5106A信道模拟器搭建了宽带卫星移动MIMO信道模型的半实物仿真验证系统。设计了三种基于全球一重覆盖和我国本土及周边二重增强覆盖的星座覆盖方案；研究了卫星移动MIMO通信系统空时编码的性能；进行了卫星MIMO移动通信系统分层空时码性能分析与硬件仿真；研究了基于DVB-SH的卫星移动通信协作通信系统的性能，分析了放大转发、译码转发和编码协作等协作策略的性能。通过本项目的研究为我国卫星移动MIMO通信系统的研究提供了理论基础和技术支撑。