本发明专利技术公开了一种基于空间调制的无人机中继系统的性能分析方法，针对基于空间调制的无人机中继系统，建立了该系统在无直达链路条件下经历莱斯信道的系统模型；根据联合界的定义，将系统的误比特率分成三种不同的错误情况，并根据信道信息的概率密度函数以及累积分布函数，给出了系统误比特率联合界的计算方法，且进一步给出了系统在高信噪比下的近似误比特率联合界的计算方法；根据系统在高信噪比下的近似误比特率联合界，给出系统的分集度；经仿真验证，本发明专利技术所提出的性能分析方法可以有效的评估该系统的误比特率性能。
【技术实现步骤摘要】
一种基于空间调制的无人机中继系统的性能分析方法
：本专利技术涉及移动通信系统的性能分析方法，尤其涉及一种基于空间调制的无人机中继系统的性能分析方法，其属于移动通信领域。
技术介绍
：随着通信需求的不断增长，第五代(FifthGeneration，5G)和超五代(BeyondFifthGeneration，B5G)移动通信系统力求在拥挤的区域里提供更高的数据传输速率和服务质量，同时提高覆盖率并减少现有网络的盲点。为了满足上述要求，无人机技术的研究成为热点，它移动的可控性和部署的灵活性使它成为物联网的重要组成部分。除了无人机技术之外，多输入多输出(Multi-InputMulti-Output，MIMO)技术同样也可以满足无线通信高数据速率传输的要求，其中空间调制技术在发送端配置多天线，但是每个时隙只激活一根天线，因此克服了信道间干扰，并且通过天线序号的选择可以“隐形”地传输信息，提升传输速率并增大信道容量。将无人机中继和空间调制技术相结合，就可以使系统兼备无人机技术和空间调制技术的优点，使系统能灵活有效地进行高容量的远距离传输。性能分析一直是通信系统研究的重要方面，通过对性能指标的分析可以定量地描述系统的性能，还能通过数学关系范围分析影响系统性能的关键因素，为系统的实际应用提供了理论的支持。综上，现有的研究中还没有将无人机和空间调制技术结合的先例，且未提出在莱斯信道下基于空间调制的无人机中继系统的性能分析方法。由于这类系统的有效信噪比是与系统参数有关的变量，其概率密度函数难以求解，所以现有的研究均没有给出分析方法，而本专利技术解决了这个问题，并通过仿真验证了分析方法的正确性和有效性。
技术实现思路
：为了更准确地分析基于空间调制的无人机中继系统的性能，本专利技术考虑了联合界作为系统误比特率性能分析的理论基准，并提供了一种基于空间调制的无人机中继系统的性能分析方法。本专利技术所采用的技术方案有：一种基于空间调制的无人机中继系统的性能分析方法，步骤如下：步骤一：建立基于空间调制的无人机中继系统模型，由源端、目的端和一个单天线的无人机中继组成，源端和目的端的天线数分别为Ns和Nd，源端通过无人机中继的放大转发向目的端发送信号，源端和目的端之间无直达链路，系统采用M阶正交幅度调制，对源端进行空间调制，信号在无直达链路的莱斯信道下传输；步骤二：根据联合界的定义，将错误情况分成三部分：天线序号判对且星座序号判错的误比特率联合界表示为ABEPsignal，天线序号判错且星座序号判对的误比特率联合界表示为ABEPspatial，天线序号星座序号全部判错的误比特率联合界表示为ABEPjoint，三种错误情况的误比特率联合界的计算方法ABEP＝ABEPsignal+ABEPspatial+ABEPjoint；步骤三：根据步骤二计算得到的三种错误情况的误比特率联合界的计算方法，进一步给出三种错误情况的在高信噪比条件下的近似误比特率联合界，并根据近似误比特率联合界给出系统的分集增益Gd。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术在信道建模时考虑了在无人机中继系统中无人机的高度和源端与目的端的距离，更符合实际应用的场景，从而使信道模型更加完善，由此得到的分析结果也更具有实用性；本专利技术还给出了基于空间调制的无人机中继系统在莱斯信道下的误比特率联合界，为系统的性能评估提供了必要条件，由此在实际应用中，研究人员可以通过给出的误比特率联合界对系统的误比特率指标进行有效评估从而避免了大量的仿真，节约了时间成本。附图说明：图1为本专利技术基于空间调制的无人机中继系统的性能分析方法示意图。图2为本专利技术基于空间调制的无人机中继系统的模型图。图3为本专利技术发送天线和接收天线数量变化时系统性能的理论值与仿真值的曲线图。图4为本专利技术发送天线和接收天线数量变化时系统性能的理论值与近似值的曲线图。图5为本专利技术固定发送天线和接收天线数量，调制阶数变化时系统性能的理论值与仿真值的曲线图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。一、系统模型本专利技术基于空间调制的无人机中继系统模型如图2所示，该系统由一个源端，一个目的端和一个单天线的无人机中继组成，源端和目的端的天线数分别为Ns和Nd。源端通过无人机中继进行固定增益放大转发，源端和目的端之间没有直达链路。系统采用M阶正交幅度调制(QuadratureAmplitudeModulation，QAM)，对源端进行空间调制，信号在无直达链路的莱斯信道下传输。根据空间调制的原理，对源端进行空间调制，信号在无直达链路的莱斯信道下传输在每一个传输时隙中，源端只激活一根天线向中继发送信号在莱斯信道下传输，信道矩阵可以分解成两部分其中表示莱斯信道中的非视距部分，其中元素服从表示莱斯信道中的视距部分,其中元素都是常数。系统中莱斯信道的K因子定义为其中表示端点i和之间的仰角，κA和κB取决于环境和发送频率。无人机高度记为H，可计算端点i和之间的仰角为路径损耗系数其中表示端点之间的直线距离，d0表示参考距离，表示路径损耗指数，满足其中ω1,ω2由环境决定，上述过程用表示不同路径。在源端进行空间调制，并在无人机中继端进行固定增益放大转发，无人机中继端的接收信号为其中Ps表示源端的发送功率，表示空间调制符号，Cm×n表示m×n的复数矩阵。目的端接收信号为其中放大系数Pr表示中继转发功率，且满足Ps+Pr＝P，nsr和nrd中的元素服从零均值方差为1的复高斯分布的噪声。二、系统的信号处理与分析过程根据空间调制的特性，可以将无人机中继端的接收信号展开为同样将目的端的接收信号展开可得其中表示等效噪声，其协方差矩阵为对接收信号进行白化，处理后的接收信号为利用最小欧氏距离准则对源端发送的信号信息进行检测。三、系统的平均误比特率联合界的计算方法1、错误情况1：天线序号判对且星座序号判错这里假设激活天线序号已知，此时有效信噪比为γd＝γsrγrd/(γrd+G)(31)其中γrd＝PrLrd||hrd||2＝Crd||hrd||2，G＝PsLsr+1。在高斯信道条件下，M-QAM调制的误比特率为其中erfc(·)是误差函数，系数l,αl,βl均与调制方式有关。利用高斯拉盖尔积分，激活天线序号已知前提下系统误比特率为其中Iν(·)为第一类修正贝塞尔函数，Np为高斯积分的阶数，是权重系数，tn是拉盖尔多项式的零点，且有其中Qm(·,·)为Marcum-Q函数且有上式中有错误情况1的误比特率联合界ABEPsignal为2、错误情况2和3：天线序号判错且星座序号判对和天线序号星座序号全部判错。两种错误情况成对错误概率为其中下标k＝2(3)分别表示第二种和第三种错误本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于空间调制的无人机中继系统的性能分析方法，其特征在于：步骤如下：/n步骤一：建立基于空间调制的无人机中继系统模型，由源端、目的端和一个单天线的无人机中继组成，源端和目的端的天线数分别为N
【技术特征摘要】
1.一种基于空间调制的无人机中继系统的性能分析方法，其特征在于：步骤如下：
步骤一：建立基于空间调制的无人机中继系统模型，由源端、目的端和一个单天线的无人机中继组成，源端和目的端的天线数分别为Ns和Nd，源端通过无人机中继的放大转发向目的端发送信号，源端和目的端之间无直达链路，系统采用M阶正交幅度调制，对源端进行空间调制，信号在无直达链路的莱斯信道下传输；
步骤二：根据联合界的定义，将错误情况分成三部分：天线序号判对且星座序号判错的误比特率联合界表示为ABEPsignal，天线序号判错且星座序号判对的误比特率联合界表示为ABEPspatial，天线序号星座序号全部判错的误比特率联合界表示为ABEPjoint，三种错误情况的误比特率联合界的计算方法ABEP＝ABEPsignal+ABEPspatial+ABEPjoint；
步骤三：根据步骤二计算得到的三种错误情况的误比特率联合界的计算方法，进一步给出三种错误情况的在高信噪比条件下的近似误比特率联合界，并根据近似误比特率联合界给出系统的分集增益Gd。
2.如权利要求1所述的基于空间调制的无人机中继系统的性能分析方法，其特征在于：步骤一中：
对源端进行空间调制，信号在无直达链路的莱斯信道下传输在每一个传输时隙中，信道矩阵分解成两部分
其中表示莱斯信道中的非视距部分，其中元素服从表示莱斯信道中的视距部分,其中元素都是常数；
系统中莱斯信道的K因子定义为其中表示端点ι和之间的仰角，κA和κB取决于环境和发送频率，无人机高度记为H，计算出端点ι和之间的仰角为路径损耗系数其中表示端点之间的直线距离，d0表示参考距离，表示路径损耗指数，满足
其中ω1,ω2由环境决定，上述过程用表示不同路径，在源端进行空间调制，并在无人机中继端进行固定增益放大转发，无人机中继端的接收信号为
其中Ps表示源端的发送功率，表示空间调制符号，Cm×n表示m×n的复数矩阵，目的端接收信号为
其中放大系数Pr表示中继转发功率，且满足Ps+Pr＝P，nsr和nrd中的元素服从零均值方差为1的复高斯分布的噪声。
3.如权利要求2所述的基于空间调制的无人机中继系统的性能分析方法，其特征在于：步骤二中：
1、错误情况1：天线序号判对且星座序号判错
此时有效信噪比为
γd＝γsrγrd/(γ...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢明峰，虞湘宾，陈家锆，黎宁，朱秋明，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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