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5G为什么需要Massive MIMO对更好的移动宽带体验的需求的持续增长推动了无线通信技术的发展。
5G作为新一代无线网络的设想是实现显著更快的数据速度、超低时延和数十亿连接设备的目标。
5G使用场景涵盖了一系列情况，包括广域覆盖和热点，每种情况都有其不同的需求。
此外，还包括从低于6GHz到100GHz的新频谱，以应对数据量爆炸性增长的挑战。
MIMO和协调多点（CoMP：coordinated multi-point）传输技术在LTE/LTE-A中发挥着重要作用。
在5G NR时代，大规模MIMO对于满足市场和移动通信社会对数据速率和频谱效率的不断增长的要求，尤其是针对更广泛的频谱和各种场景，具有持续重要的意义。
此外，与LTE/LTE-A不同，当UE移动时，网络侧可以动态确定跟随UE的最优服务TRP集。
大规模MIMO和多TRP协调的结合正成为解决TRP协调问题和改善NR中用户体验的关键技术。
NR eMBB的典型部署场景包括室内热点、密集城市、农村、城区和高速。
对于不同的场景，还确定了数据速率、频谱效率和覆盖率方面的KPI。
使用大规模MIMO，性能提升和增强包括：●数据速率增强在NR的典型情况下（即密集的城市、城区），通常需要非常高的区域业务容量。
使用大量天线阵列实现大规模MIMO是一种能够通过SU MIMO和MU MIMO的方式提高容量的技术。
城区场景通常是丰富的分散环境，当在TRP和UE中部署大规模天线阵列时，SU MIMO的空域流数量可以增加。
因此，可以提高SU MIMO吞吐量性能（即峰值数据速率和峰值频谱效率）。
另一方面，由于密集场景中UE的密度非常高，因此增加MU MIMO维度有利于充分利用空间复用能力。
然而，当UE密集分布时，在空域中区分UE并增加MU配对用户的数量将是具有挑战性的。
大规模MIMO可以提高空域分辨率，因为较窄的波束为MU配对提供了更多的自由度。
●覆盖范围增强特别是当载波频率增加时，覆盖增强是非常需要的。
5G技术发展与未来应用习题库一、5G驱动及应用场景1、全息技术属于对5G三大类应用场景网络需求中的哪一种？（A）A. 增强移动宽带B. 海量大连接C. 低时延高可靠D. 低时延大带宽2、在5G时代，不同领域的不同设备大量接入网络，其实引用传统的组网方式和服务提供形式也是可以满足用户多样化的场景需求的。
那么请问传统的组网方式是什么？可以满足用户多样化的场景需求说法是否正确？(A)A. 4G one-fit-all，错误B. 4G one-fit-all，正确C. 4G all-fit-one，错误D. 4G all-fit-one，正确3、在产业推进上，中国移动在巴展发布SPN技术白皮书，并在OFC联合业界厂商展示了5G承载网关键技术-FlexE多厂家互联互通。
请问这是在哪一年发生的事情？(D)A. 2015B. 2016C. 2017D. 20184、2005年，全球迎来第四代移动通信（4G）技术与标准竞争热潮。
为改变我国移动通信技术、标准和产业缺乏整体国际竞争力的局面，政产学研用联合攻关，提出国际领先的TDD OFDM和智能多天线技术方案，请问，这项技术方案主导成为什么国际标准？(A)A. TD-LTEB. TC-LTEC. DC-LTED. TD-LTF5、是什么技术可以让运营商在一个硬件基础设施中切分出多个虚拟的端到端网络？( A)A. 网络切片技术B. 网络优化技术C. 网络隔离技术D. 网络传输技术6、4K、8K超高清视频业务属于对5G三大类应用场景网络需求中的哪一种？(A)A. 增强移动宽带B. 海量大连接C. 低时延高可靠D. 低时延大带宽7、无人驾驶场景属于对5G三大类应用场景网络需求中的哪一种？（C）A. 增强移动宽带B. 海量大连接C. 低时延高可靠D. 低时延大带宽8、高低频协作可以服务不同场景，如使用低频进行连续覆盖，中频进行基础覆盖，高频进行热点/室内覆盖，协同保证5G网络的覆盖、速率、时延等性能，5G采用大规模天线不断提升网络性能，频谱效率相对4G可提升几倍？（C）A. 1-2B. 2-5C. 3-5D. 3-69、自动工厂属于对5G三大类应用场景网络需求中的哪一种？（C）A. 增强移动宽带B. 海量大连接C. 低时延高可靠D. 低时延大带宽10、在5G技术发展成熟之前，无线网络共发展了几代？（D）A. 1B. 2C. 3D. 411、为满足5G需求和打造一个先进的面向未来的网络，5G核心网从4个系统设计理念出发，通过几大技术方向推进了架构的变革？（B）A. 4B. 8C. 6D. 212、农业传感器信息上报业务属于对5G三大类应用场景网络需求中的哪一种？（B）A. 增强移动宽带B. 海量大连接C. 低时延高可靠D. 低时延大带宽13、5G可以与哪些行业深度融合，从而带来“万物互联”新机遇？（ABCD）A. 教育B. 工业C. 服务D. 交通14、mMTC大连接场景下连接密度数每平方千米可达多少数量级？（C）A. 万B. 十万C. 百万D. 千万15、SPN的SE通道层在以太网PHY的哪层增强实现的？（B）A. PMAB. PMDC. PCSD. MAC16、5G网络的三类应用场景的服务需求是不一样的，请问是哪三类应用场景？（ABC）A. 移动带宽场景B. 物联网场景C. 低时延、高可靠场景D. 高时延、高可靠场景17、5G的四大场景分别是？(ABCD)A. eMBB连续广域覆盖场景B. eMBB热点高容量C. 低时延高可靠场景D. 低功耗大连接场景18、中国移动将继续在哪些方面推进5G传输产业成熟？(ABCD)A. 标准B. 设备C. 芯片D. 仪表19、5G应用场景多样需要网络支持切片，集中灵活分配资源，东西向流量增多L3VPN下沉，连接方向和数量大规模增加，因此业务需要做到哪几点？(BCD)*A. 增加设备B. 按需连接C. 灵活调度D. 依流量调优20、为降低空口时延，提升用户业务感知，5G设计三方面优化降低时延来，这三方面优化分别是？（ACD）A. 空口帧结构设计B. 高性能运算C. 缩短空口调度时延D. 边缘计算21、5G应用场景多样需要网络支持切片，集中灵活分配资源，东西向流量增多L3VPN下沉，连接方向和数量大规模增加，因此业务需要做到哪几点？（BCD）A. 增加设备B. 按需连接C. 灵活调度D. 依流量调优22、MEC可依托什么实现无线能力开放？（A）A. CUB. DUC. ACD. DC23、5G网络引入时，4G、5G无线网和4G、5G核心网之间可以有多种组合的建网模式。
大规模MIMO技术特点及5G场景应用作者：徐海来源：《中国新通信》 2018年第16期徐海辽宁邮电规划设计院有限公司【摘要】随着 5G 时代的来临，通信要求向着大容量、高速率、低时延等多个方向发展，相关技术也不断演进和完善。
MIMO 技术作为 4G 时代开始应用的天线收发技术，在 5G 时代发挥出更佳优越的性能，大规模 MIMO 技术更成为无线网络覆盖和系统容量提升的重要手段。
本文重点介绍大规模 MIMO 的技术特点，以及在 5G 时代特定场景的应用。
【关键词】大规模 MIMO MIMO 5G一、概述MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。
它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。
大规模 MIMO 则在传统 MIMO 的基础上，将天线数量进行扩增，利用大规模多天线系统，实现了三维波束复兴和多流多用户资源复用，大幅提升系统容量和立体覆盖的同时，降低干扰。
作为 5G 通信系统的关键技术之一，可以有效提升系统容量、提高频率复用效率、降低网络干扰。
二、大规模 MIMO 的技术特点随着 5G 时代的来临，无线频率资源越发紧张，通信频段越来越向高频率迁移。
目前工信部为我国 5G 技术研发试验规划了以下 4 个频段：3.3-3.6GHz 频段、4.8-5.0GHz 频段、24.75-27.5GHz 频段和 37-42.5GHz 频段。
高频信号绕射能力差，更趋向于直线传播，同时信号衰减严重。
另一方面，无线信号频率越高，天线尺寸相应越小，天线不再是庞然大物，即使基站天线也可以做到尺寸很小，为大规模 MIMO 天线阵列提供了先决条件。
2.1 多流空分复用技术在传统天馈系统中，由于天线数少，无线信号受外界影响因素多，如衰减、噪声、同频干扰等，致使信道随机性强，体现出各自信道的独特性。
移动5G传输网初级题库（90分）一、单选题(共25小题，总分：62.5分)答题规则：每道题只有1个正确答案1. 5G NR基础业务时间同步精度要求小于（）（2.5 分）A . ±1.5usB . ±3usC . ±1.5nsD . 0.5 us2. 5G承载网接入、汇聚、核心带宽测试收敛比是（）（2.5 分）A . 8:2:1B . 8:4:1C . 4:3:2D . 5:3:23. 5G传送网网管系统（OMC）应选择具备大容量管理能力至少（）等效网元的管理软件（2.5 分）A . 5万B . 10万C . 20万D . 30万4. 新建SPN网管应该（）（2.5 分）A . 分省、分厂家B . 不分省、分厂家C . 分省、不分厂家D . 不分省、不分厂家5. 5G传送网利旧已有PTN网络：利旧已有子架和线路口，按需扩容支路口。
对于接入层为10GE、汇聚核心层为40GE/100GE以上速率接口的区域，可直接在现有PTN系统中扩容10GE 支路口接入5G 基站；当现网系统忙时均值利用率高于（）时，接入层可用大环改小环方式满足容量需求。
（2.5 分）A . 0.5B . 0.6C . 0.7D . 0.86. BBU至RRU间距离在( )公里以内时，应优先利用综合业务接入区光缆来满足5G基站前传需求。
（2.5 分）A . 2.0B . 5.0C . 10.0D . 20.07. 对于新建SPN网络，需与已有PTN系统进行互通，原则上互通点应部署在城域核心PTNL3节点。
若城域核心PTN L3设备已下沉至重要汇聚节点，同时需开通低时延业务时，可选择在该重要汇聚节点进行互通对接。
（2.5 分）A . 正确B . 错误8. L3到接入层，基站之间东西向业务在IGP域内设置SR-BE Ti-LFA保护（2.5 分）A . 正确9. SR-TP隧道部署SR-TP APS 1：1保护，用于保护隧道中间链路、中间节点故障，可提供( )ms 保护倒换能力（2.5 分）A . 50.0B . 100.0C . 200.0D . 1000.010. 一干波分平台中断导致业务系统发生倒换超过多少小时属于重大故障范畴（2.5 分）A . 4小时B . 6小时C . 8小时D . 12小时11. 在基于以太网技术的PTN网络中，对一路业务承诺的信息速率带宽由参数确定？（2.5 分）A . CIRB . PIRC . CBSD . EIR12. 172.16.10.32/255.255.255.224代表的是哪类地址？（2.5 分）A . 主机B . 网络C . 组播D . 广播13. 光在光纤中的传播速度约为：（2.5 分）A . 1*10^8m/sB . 2*10^8m/sC . 3*10^8m/sD . 4*10^8m/s14. 常见的PTN业务中QOS流的分类中，业务优先级最高的是（）（2.5 分）A . AFB . BEC . CSD . EF15. 目前DWDM系统使用的业务波长主要集中在：（2.5 分）A . 1310nm左右B . 1550nm左右C . 1410nm左右D . 1710nm左右16. 哪种光器件大大延长了无电中继距离（）？（2.5 分）A . 合波器B . 分波器C . EDFA（掺饵光纤放大器）D . G.655光纤17. 下列信号中不属于OTN光层的是（）（2.5 分）B . OMSnC . OTSnD . OPUK18. PTN网关网元和非网关网元之间采用DCN进行通信，DCN 通信采用（）协议来进行路由选路的。
5G技术发展与未来应用习题库（全）单选题(1/3)本题分数:201、自动工厂属于对5G三大类应用场景网络需求中的哪一种？A.增强移动宽带B.海量大连接C.低时延高可靠D.低时延大带宽标准答案：C单选题(2/3)本题分数:202、6GHz以下，5G NR的典型的大的载波带宽是（）MHz？A.10B.20C. 400D. 100标准答案：D单选题(3/3)本题分数:203、基于哪一项技术的实现也进一步增加了5G网络的灵活性，更好的满足了网络切片灵活构建、上下线的需求。
A.网络切片技术B.边缘计算技术C.SB技术D.NFVSDN虚拟化技术标准答案：D多选题(1/2)本题分数:201、5G应用场景多样需要网络支持切片，集中灵活分配资源，东西向流量增多L3VPN下沉，连接方向和数量大规模增加，因此业务需要做到哪几点？A.增加设备B.按需连接C.灵活调度D.依流量调优标准答案：BCD多选题(2/2)本题分数:202、中国移动将继续在哪些方面推进5G传输产业成熟？A.标准B.设备C.芯片D.仪表标准答案：ABCD一、5G驱动及应用场景1、全息技术属于对5G三大类应用场景网络需求中的哪一种？（A）A. 增强移动宽带B. 海量大连接C. 低时延高可靠D. 低时延大带宽2、在5G时代，不同领域的不同设备大量接入网络，其实引用传统的组网方式和服务提供形式也是可以满足用户多样化的场景需求的。
那么请问传统的组网方式是什么？可以满足用户多样化的场景需求说法是否正确？(A)A. 4G one-fit-all，错误B. 4G one-fit-all，正确C. 4G all-fit-one，错误D. 4G all-fit-one，正确3、在产业推进上，中国移动在巴展发布SPN技术白皮书，并在OFC联合业界厂商展示了5G承载网关键技术-FlexE多厂家互联互通。
请问这是在哪一年发生的事情？(D)A. 2015B. 2016C. 2017D. 20184、2005年，全球迎来第四代移动通信（4G）技术与标准竞争热潮。
一种基于平流层高空平台的5G广覆盖解决方案孙震强【摘要】2018年6月5G的第一个标准R15已经在3GPP全部完成,国内三个阶段的5G试验已经结束,商用试验已经在多个城市开展.分析了5G主要需求和相关的潜在技术手段,讨论了5G的应用场景必将以室内/热点起步逐步走向广覆盖,包括卫星和高空平台的非地面接入手段将大大促进5G广覆盖的发展,并提出利用高空平台实现广覆盖的技术方案及相应的对策建议.【期刊名称】《移动通信》【年(卷),期】2018(042)009【总页数】4页(P28-31)【关键词】5G广覆盖;高空平台;5G终端【作者】孙震强【作者单位】中国电信股份有限公司北京研究院,北京102209【正文语种】中文【中图分类】TN929.51 引言由于大视频和新型社交应用的影响，2016年国内电信业务总量同比增长54.2%，再加上各运营商不限量套餐的实施，2017年国内电信业务总量同比增长76.4%，移动互联网渗透到生活方方面面。
2018年4月当月户均使用移动互联网流量为3.4 GB，比去年同期增长154%，流量消费潜力保持高速释放态势。
预计2018年全年通信行业将继续保持高速发展，这给通信网络带来了巨大压力。
为了实现万物互联和4k/8k等高清视频和虚拟现实（VR）等大视频为主的数字洪峰，实现以用户为中心构建全方位的信息生态系统，ITU-R从2012年开始研究5G技术（IMT-2020），预计在2020年实现规模商用。
目前，5G愿景和需求已经确定，未来5G应用将渗透到未来社会的各个领域，为用户提供光纤般的接入速率、“零”时延的使用体验、千亿设备的连接能力、超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本降低[1]。
按照ITU的定义，5G需要具备比4G更高的性能，支持0.1 Gbit·s-1~1 Gbit·s-1的用户体验速率，每平方公里一百万的连接数密度，毫秒级的端到端时延，每平方公里数十Tbit·s-1的流量密度，每小时500 km以上的移动性和数十Gbit·s-1的峰值速率。
基于协作波束成型的中继分组作物理层安全方案
康小磊;季新生;黄开枝
【期刊名称】《计算机应用研究》
【年(卷),期】2013(30)11
【摘要】针对现有方法中第二跳中继转发信息容易被窃听的问题,提出一种基于协作波束成型的中继分组协作物理层安全方案.首先,利用发送—中继—接收的级联信道将中继分为协同干扰组和协同中继组.然后,两组中继分别利用噪声转发和译码转发策略,相互协作提高保密速率;最后,在总功率受限下,进行功率优化分配.仿真结果表明,该方法比参考的中继分组方法获得的保密速率高,并且随着转发功率的增加而提升;相同功率下该方法能获得0.6 bps/Hz的性能提升.因此该方案能够有效提升协作中继系统的安全性.
【总页数】5页(P3421-3425)
【作者】康小磊;季新生;黄开枝
【作者单位】国家数字交换系统工程技术研究中心,郑州450002;国家数字交换系统工程技术研究中心,郑州450002;国家数字交换系统工程技术研究中心,郑州450002
【正文语种】中文
【中图分类】TN925
【相关文献】
1.协作网络中基于中继选择的协作波束赋形算法 [J], 刘烜;刘毅;向文豪
2.NOMA系统中基于协作干扰的物理层安全方案 [J], 徐鑫;金梁
3.基于中继联合优化选择的物理层安全方案 [J], 王少迪;高宝建;张育铖;赵泽
4.中等规模中继协作通信系统波束成型算法研究 [J], 滕文; 陈茹
5.基于双向协作中继网络的物理层安全技术研究 [J], 潘蕾; 李赞; 李向阳; 张峰干因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
课程思政优秀案例——《MIMO-OFDM无线通信技术》课程一、课程简介《MIMO-OFDM无线通信技术》为是面向通信工程专业开设的专业课程，主要讲授现代无线通信系统基本框架、各模块的功能和基本算法，OFDM技术发展历程、同步、信道估计、PAPR减小等关键技术，MIMO的信道容量、预编码、接收滤波、天线选择等关键技术。
使学生了解先进数字通信系统所涉及的基础理论，掌握现代数字通信系统的构成，掌握新兴OFDM、MIMO技术的原理及性能分析方法，掌握利用MATLAB进行建模、求解的方法，进一步提高学生理论分析和实践应用能力。
二、思政目标讲授无线通信技术发展历程时，介绍移动通信标准制定过程中，由我国在1G、2G很少参与，到3G、4G、5G的跟跑、并跑、领跑的角色转换。
华为成为5G领先者，华为的专利申请数可以说是遥遥领先于其他公司，让学生充分感受到祖国科学技术的快速发展，厚植家国情怀，增强民族自豪感。
三、案例设计及实施过程（一）思政元素类型民族自豪感、职业理想、职业道德教育。
（二）课堂教学方法教学手段：采用PPT、图片、视频等多媒体形式。
课程思政融入点：讲授多址技术时，一代移动通信体制都具有对应的关键多址技术，移动通信体制制定代表着国家力量、民族实力，从而引出课程思政案例。
（三）元素内容结合多址体制讲授无线通信技术发展历程，介绍移动通信标准制定过程中，中国的通信网络发展经历了“1G空白、2G跟随、3G突破、4G并跑、5G引领”这一曲折艰难的历程。
移动通信的技术标准由1G（模拟蜂窝网/FDMA）、2G（GSM/TDMA、IS95/CMDA）、3G（CDMA2000/ WCDMA/ T-DSCDMA）、4G（LTE/OFDM）发展到如今的5G。
无线通信的标准争夺主要体现在“标准必要专利”的份额。
谁控制了“标准必要专利”，就会在开发新一代先进产业的竞赛中拔得头筹，不仅掌握着核心技术，更会牵涉到知识产权带来的巨大经济利益。
HAPS 通信中基于MIMO 的信号协作接收方案性能分析霍辰杰，陈树新，张衡阳（空军工程大学信息与导航学院，陕西西安710077）摘要：分析了在HAPS 中应用协作通信的需求，研究了HAPS 通信信道在不同仰角区域的特性，在此基础上提出一种HAPS 通信中基于MIMO 的信号协作接收方案，并在不同仰角区域中对该协作接收方案进行性能仿真，仿真结果表明，在中、低仰角区域内使用该协作接收方案能够获得较大的组合分集增益，但是，对于高仰角区域此协作通信方案的性能改善不明显，最后，就上述2种现象产生的原因进行了分析。
关键词：HAPS 通信；MIMO 技术；协作接收；性能分析中图分类号：TN927文献标识码：A文章编号：1674－6236（2012）24-0064-04Property analysis of a HAPS communication scheme based on MIMO forsignal ’s cooperative receptionHUO Chen -jie ，CHEN Shu -xin ，ZHANG Heng -yang（Institute of Information and Navigation ，Air Force Engineering University ，Xi ’an 710077，China ）Abstract:First the demand of applying cooperative communication via HAPS is analyzed.Then the character of HAPS communication channel in different elevation angles is studied.This paper presents a HAPS communication scheme based on MIMO for signal's cooperative reception on the basis of two works mentioned above.And a property simulation towards the cooperative reception scheme in different elevation angles is made.The simulation results shows the following ：The cooperative reception scheme can obtain a relatively large combining diversity gain in middle&low -elevation angle area.However ，there is little property improvement in high -elevation angle by using this scheme.Finally ，the reason why different results occur in different elevation angles is analyzed.Key words:HAPS communication ；MIMO ；cooperative reception ；performance analysis收稿日期：2012-08-27稿件编号：201208152基金项目：学院科研创新基金项目（DYCX1006）；航空科学基金联合资助（20095596016）作者简介：霍辰杰（1988—），男，山西运城人，硕士研究生。
研究方向：临近空间协作通信。
实施固定或移动用户宽带无线接入的高空平台（HAP-High Altitude Platform ）简称高空平台通信系统（HAPS ）。
HAPS兼具地面蜂窝通信系统和卫星通信系统的特点：与卫星通信系统相比，HAPS 平台与地面的距离是同步卫星的1/1800，自由空间衰减减少65dB ，延迟时间只有0.5ms ，有利于通信终端小型化、通信链路宽带化；与地面蜂窝通信系统相比，HAPS 平台作用距离远、覆盖地区大，且信道衰落为20dB/10倍程，只是地面系统衰减的2/5，但是，采用Ka 频段进行HAPS 通信仍然会受到雨衰的影响[1]。
随着HAPS 应用的深入研究，小型化HAPS 平台的应用已经成为研究的热点[2]，HAPS 平台搭载尺寸的逐渐变小，已经无法在单个平台上实现分集接收；有效载荷重量的减轻，使得平台无法安装大孔径天线。
因此，采用小口径接收天线，利用MIMO 技术，构建多平台协作接收方案，将有效对抗雨衰对通信性能的影响，实现HAPS 通信系统的高速率信息传输。
目前针对HAPS 通信中MIMO 技术的研究主要集中于系统的容量分析[4]，文中将在研究HAPS 通信信道在不同仰角区域的特性的基础上，仿真分析基于MIMO 的信号协作接收的HAPS 通信方案，探讨对于不同通信环境下的HAPS 通信系统性能。
1HAPS 通信的信道环境Ka 频段信号传输受到的影响主要为无线信道衰落和空地链路大气衰减[5]，其中，无线信道衰落主要考虑由于MIMO 传输而引起的多径衰落，而大气衰减主要考虑雨衰的影响，另外平台间互联方式也是需要考虑的问题。
1.1多径衰落依据仰角区域的不同，信号的衰落类型也不同：中、低仰角区由于平台覆盖范围大，传输路径长，且降雨具有区域性，不足以覆盖中、低仰角区全境，且传播信号受到建筑物和植被的散射，不同的路径衰减统计独立，可以认为信号受到多电子设计工程Electronic Design Engineering第20卷Vol.20第24期No.242012年12月Dec.2012－64－径衰落和雨衰的共同影响；而高仰角区平台覆盖范围明显较小，降雨很容易全境覆盖，且信号为视距传播，不同的路径衰减相关性很强，可以认为信号仅受到雨衰的影响。
综上，中、低仰角区的信号受到多径衰落和雨衰的共同影响，高仰角区信号仅受到雨衰影响。
1.2降雨衰减雨衰可以表示成一个乘性干扰[6]。
r （t ）=a e j φ·s （t ）（1）式中，r （t ）为接收信号，s （t ）为发送信号，ae j φ为雨衰造成的乘性干扰，a 和φ分别为雨衰信道的包络和相位，二者均为实随机变量。
根据文献[7]和[8]对积累数据的研究可知，雨衰信号包络和相位的概率分布均为高斯分布，文献[9]给出了Ka 频段静止卫星通信信道在各种天气条件下信号的概率分布参数。
除此之外，平台之间链路位于地球表面17~22km 处。
主要采用自由空间光通信链路[1]，这种通信方式造成的损耗与空地链路相比可以忽略不计。
综合上述讨论，HAPS 通信的Ka 频段空地链路主要受到信号多径传播和降雨衰减的影响。
2HAPS 基于MIMO 的信号协作接收方案2.1方案拓扑结构根据第1节的环境分析，设计HAPS 通信中的信号协作接收方案。
发端为固定地面站，利用多根天线发射垂直分层空时码（VBLAST ），多个单天线HAPS 平台协作接收的方案。
如图1所示，平台A 、B 、C 、D 之间等距排列；其中A 平台为中心平台，主要负责分发信道状态信息和接收信号的联合检测，其余B 、C 、D 平台为协作平台，主要负责接收各层数据流并分别进行独立检测，然后通过HAPS 平台间链路传输给中心平台。
图1HAPS 平台的协作通信Fig.1Cooperative communication viaHAPS2.2方案工作过程1）在进行HAPS 通信以前，设中心平台A 能够获得完整的信道状态信息，并将该信息通过平台间链路传输给各个协作平台；2）发送端将原始信号进行垂直分层空时编码（VBLAST ）之后，分别通过HAPS 通信的空地链路发送给各个平台；3）中心平台利用信道状态信息对该时隙内的接收信号进行信号检测得到一个恢复信号副本，协作平台采用同样的步骤得到多个恢复信号副本；4）各个协作平台将恢复信号副本利用平台间链路传输给中心平台，中心平台采用最大比合并（MRC ）将各个副本合成最终的信号检测输出信号。
由此形成分层空时码的协作接收和联合检测，并在事实上构建了虚拟MIMO 方案。
当信道环境适宜时，该方案能够获得信号协作接收和检测的组合分集增益。
2.3信号检测技术其中，方案第3步关于接收机的设计决定了系统的误码性能和实现复杂度。
本方案中接收平台较小，搭载的有效载荷结构也相对简单，采用的信号检测算法应在保证一定误码性能的前提下具有较低的实现复杂度，干扰消除算法（SIC ）能够折中满足误码性能和实现复杂度的不同要求，对接收到的N r 层数据分层检测，每次独立检测出一层数据流，然后将其从接收信号向量中消除，如此迭代进行，直至最后一层数据流被检测出来，但缺点是存在误差传播现象。
为了减轻该现象，应使每一步检测的最小后验信干噪比η尽可能大，从这一角度出发，Foschini 提出一种“最优排序”，即检测算法在迭代的每一步首先选取具有最大η值的一层数据流进行检测，随后按SINR 值的降序依次选取子层数据流进行检测。
这种局部最优可以直接产生全局最优[10]，即：min ηi ，l i≥min ηi ，l ′i（i =1，2，…，N r ）圯ηi ，l i≥ηi ，j （坌j ≠l i ）（2）其中，l i 为最优排序，l i ′为非最优排序，ηi ，l i表示第i 步检测第l i 个子层的后验SINR ，ηi ，j 表示第i 步检测第j 个子层的后验SINR ，ηi ，l i≥ηi ，j 表示全局最优的结果。
霍辰杰，等HAPS 通信中基于MIMO 的信号协作接收方案性能分析－65－《电子设计工程》2012年第24期3仿真分析3.1仿真模型和参数设定根据上文所述设定仿真条件，HAPS 平台的高度h 为21km ，平台间距离S 设为50km ，设定发射天线数目为4根，接收天线也为4根，分别位于4个HAPS 平台上。
HAPS 信道的雨衰条件设定为中雨，仰角取θ=14.2°和θ=65°两种情况，分别代表用户位于中、低仰角区和高仰角区，设定中、低仰角区的单个平台覆盖半径r 为560km ，高仰角区单个平台的覆盖半径为70km 。
根据图2所示进行计算机仿真，其中接收端的主HAPS 平台采用基于MMSE 的排序串行干扰相消检测算法，采用ZF 算法和MMSE 算法作为对比。
3.2仿真实现设定θ=65°，用户位于高仰角区，HAPS 通信上行链路仅考虑雨衰，仿真结果如图3所示。
观察图3发现，当用户位于高仰角区，每根天线发出的信号都受到同类型的雨衰影响，因此各发送天线与对应的HAPS 平台上接收天线之间的路径衰减统计相关，基于VBLAST 的MIMO 技术误码率性能在信噪比达到30dB 时仅为10-3。
