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龙图腾网获悉东南大学申请的专利一种短波频段的大规模MIMO无线信道建模方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115134028B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-15发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210758124.0，技术领域涉及：H04B17/391；该发明授权一种短波频段的大规模MIMO无线信道建模方法是由王承祥;赖凡;黄杰;冯瑞设计研发完成，并于2022-06-29向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种短波频段的大规模MIMO无线信道建模方法在说明书摘要公布了：本发明公开一种短波频段的大规模MIMO无线信道建模方法，具体步骤分别为：1计算三种短波通信传播模式的距离范围，判定当前环境下的短波通信传播模式；2进行频率预测，得到当前最优工作频率；3进行大尺度信道参数建模；4进行小尺度信道参数建模；5空‑时‑频非平稳性建模；6信道统计特性分析与模型验证。由于短波通信频谱资源有限，且电离层信道条件严峻，因此系统速率较低。现有的短波信道模型多为点对点小规模MIMO，系统速率增益并不明显。本发明建立了短波频段大规模MIMO无线信道建模方法，可以支持大规模MIMO天线配置的通信场景，并兼容三种短波通信传播模式。基于本发明的无线信道模型对短波大规模MIMO无线通信系统构建及性能分析具有指导意义。

本发明授权一种短波频段的大规模MIMO无线信道建模方法在权利要求书中公布了：1.一种短波频段的大规模MIMO无线信道建模方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤S1、计算三种短波通信传播模式的距离范围，判定当前环境下的短波通信传播模式； 步骤S2、进行频率预测得到当前最优工作频率； 步骤S3、进行大尺度信道参数建模； 步骤S4、进行小尺度信道参数建模； 步骤S5、空-时-频非平稳性建模； 步骤S6、信道统计特性分析与模型验证； 所述步骤S1具体包括以下步骤： 步骤S101、计算最大波传播距离；地波分为两部分，直射波和地表面波；通过计算得到直射波的最大传播距离为其中hT和hR分别为发射端和接收端天线高度；而地表面波的最大传播距离为其中f为短波工作频率；因此，地波的最大传播距离为 步骤S102、计算最小天波传播距离；最小天波传播距离表示为 其中， β＝ZmRE+hI，θ0为电磁波入射角，Nmax为电离层最大电离浓度，Zm为从电离层底部到最大电子浓度位置的高度，地球半径为RE，电离层高度为hI； 步骤S103、短波通信模式判定；两段距离之间的区域是短波通信的盲区；为了消除这种盲点，引入了NVIS模式；D为发射端和接收端之间的距离，三种模式的划分如下: 1采用地波模式传播，小于500km； 2采用NVIS模式传播，介于500km和3000km之间； 3采用天波模式传播，大于3000km； 所述步骤S2具体包括以下步骤： 步骤S201、通过计算得到电离层各层的MUF；电离层E层的基本MUFE＝MEfE,ME＝3.94+2.80ω-1.70ω2-0.60ω3+0.96ω4,r为传播路径总长度，fE为E层在路径中点的临界频率；电离层F1层的基本MUFF1＝MF1fF1，MF1＝K0-0.01K0-K100R12，K0＝0.16+2.64×10-3r-0.40×10-6r2，K100＝-0.52+2.69×10-3r-0.39×10-6r2，fF1为F1层在路径中点的临界频率；电离层F2层的基本 Cr＝0.74-0.591Z-0.424Z2-0.090Z3+0.088Z4+0.181Z5+0.096Z6，Z＝1-2rnrmax，rn＝r0，其中，n0为在电离层F2层传播的最小跳数，C3000为Cr在r＝3000km处的取值，fF2为F2层在路径中点的临界频率，fH为路径中点的磁旋转频率；综上所述，电离层总的工作MUF＝max{MUFE,MUFF1,MUFF2Rop}，其中，Rop为F2层工作MUF和基本MUF的比率； 步骤S202、通过上述计算，得到了电离层各层的基本MUF；因此，OWF为OWF＝max{OWFE,OWFF1,OWFF2}，OWFE＝0.95MUFE，OWFF1＝0.95MUFF1，OWFF2＝RopMUFF2Fl，其中Fl为MUF-OWF转换因子； 所述步骤S3具体包括以下步骤： 步骤S301、计算阴影衰落参数；阴影衰落参数值服从对数正态分布；分布的中位数用确定性的方法估计，而标准偏差必须通过进行大量的测量来获得；标准偏差值在3-10dB之间； 步骤S302、计算路径损耗参数；天波的路径损耗包括三个部分PLS＝Lf+Li+Lg；其中，基本传输损耗Lf＝32.45+20lgf+20lgr，r为传播路径总长度；电离层吸收损耗Li＝e-∫αdr，e为自然常数，衰减系数σ为电导率，εr为介电常数；地面反射损耗 Rv为垂直地面反射系数，Rh为水平地面反射系数；地波的路径损耗为PLG＝69.55+26.16lgf-13.82lghte-αhre+[44.9-6.55lghte]lgr-K，hte为发送天线有效高度，hre为接收天线有效高度，K为环境相关的修正因子； 所述步骤S4具体包括以下步骤： 步骤S401、整个短波信道矩阵H表示为三种模式信道矩阵的叠加： 其中，HG，HN，和HS分别代表地波、NVIS和天波模式下的信道矩阵；函数ε·是单位阶跃函数；进一步代入大尺度参数，得到 其中，P∈{G,N,S}； 步骤S402、短波信道小尺度衰落冲激响应表示为 其中，和表示第p个发射天线和第q个接收天线的垂直和水平极化天线图样；和服从0,2π]上的均匀分布；表示交叉极化功率比；和分别为第n个散射体簇中第p个发射天线和第q个接收天线之间的第m条路径在时刻t的功率和时延；载波频率fc取值为OWF，通过步骤S202得到； 所述步骤S5具体包括以下步骤： 步骤S501、生成新的散射体簇；预设散射体簇n中的路径数量Mn服从泊松分布 是Mn的均值和方差；虚拟时延表示为rτ是标量时延，στ是随机生成的时延扩展，un是0,1上的均匀分布随机变量；rτ和στ通过信道测量获得；散射体簇的功率预设为一个单边指数时延功率谱其中，Zn服从高斯分布；在所有N个散射体簇的功率都生成后，归一化功率表示为另外，利用冯米赛斯分布建模信道模型方位角和俯仰角；因此，第mn条路径平均功率建模为 为服从正态分布的阴影衰落因子；归一化的平均功率为 步骤S502、散射体簇在阵列、时间和频率轴分别进行演进；预设散射体簇的生成率和重组率为λG和λR，则发射和接收端簇的存活概率为其中，是阵列轴上的环境相关因子；因此，空-时-频散射体簇演化过程描述如下： 1第一步，首先生成t时刻的初始化散射体簇，以及随机生成的参数，包括路径数量、时延、功率、角度参数以及虚拟路径时延； 2第二步，在时刻t+Δt时，可能出现两种情况：当t可被Δt整除时，首先进行簇在时间轴上的演化；平均相对速度和分别表征为则Δt后的簇的生存概率PrΔt记为其中，PF是移动簇占簇总数的百分比，是空间相关性在时间轴上的环境因子；频率轴上簇的演化过程与在时间轴上相同；在Δf之后的生存概率PrΔf为其中，空间相关性在频率轴上的环境因子，和FΔf均可从信道测量中获得； 3第三步，当t不可被Δt整除时，只更新剩余的簇即可；第一个过程是将散射体簇的几何关系从t更新到t+Δt；首先，将距离向量更新为 然后，将时延更新为 通过进行一阶滤波得到其中，Υ是一个随机变量且独立于但和同分布，是一个场景相关的参数，使得虚拟路径保持一致性； 所述步骤S6具体包括以下步骤： 步骤S601、通过大规模MIMO无线信道冲激响应，推导出包括空-时-频相关函数信道容量信道统计特性函数，为后续进一步分析做铺垫； 步骤S602、通过与仿真模型和理论进行对比，利用空-时-频相关函数、信道容量的信道统计特性，分别对大规模MIMO短波无线信道模型进行验证。

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