王力杰 李晖 程杰 张弛 宋选安

摘  要： 针对我国南海海域热带季风性气候的大尺度降雨特点，提出一种基于反高斯雨衰分布的多输入多输出（MIMO）海上中断容量预测模型。利用该模型对南海海上降雨条件下的不同链路长度、天线数量、传输功率和降雨量的MIMO系统进行了中断容量预测和分析。仿真结果表明，所提分布模型能够对不同条件下的MIMO系统中断容量起到预测作用，并且通过对比实验得到了MIMO系统中断容量在雨衰条件下的一些特点以及海上雨衰分布规律。

关键词： 海上通信; 反高斯分布; 雨衰分布; 预测模型; MIMO系统; 中断容量

中图分类号： TN919.3?34                        文献标识码： A                         文章编号： 1004?373X（2020）17?0001?05

Abstract： In view of the characteristics of large?scale rainfall in tropical monsoon climate in the South China Sea， a multi?input and multi?output （MIMO） marine rainfall outage capacity prediction model based on inverse Gaussian rain attenuation distribution is proposed. This model is used to predict and analyze the outage capacity of MIMO system with different link lengths， antenna numbers， transmission power and rainfall over the South China Sea. The simulation results show that the proposed distribution model can predict the outage capacity of MIMO system under different conditions， and some characteristics of MIMO system outage capacity under the condition of rain attenuation and the distribution law of rain attenuation at sea are obtained by comparative experiments.

Keywords： marine communication; inverse Gaussian distribution; rain attenuation distribution; prediction model; MIMO system; outage capacity

0  引  言

我国是一个海洋大国，海上通信对于我国的船舶安全和海上作业意义重大。传统的海上通信主要基于卫星通信[1]，通信速率低且延迟较高，而随着无线通信技术的高速发展，在4G以及5G中作为关键技术的大规模MIMO（Multiple?input and Multiple?output）技术[2?5]成为近年来国内外海上通信领域研究的焦点。通过在海上平台搭建多个基于MIMO的通信基站，可以实现基站与船舶或其他海上作业平台的高速通信，能够在较大程度上提升海上通信的效率。虽然MIMO技术可以提高通信质量，但在海上通信中依然无法避免降雨衰减的问题。

在无线通信系统中，信道容量的大小将直接影响信息传输速率的快慢。在理想情況下，信道容量只与信号带宽和传输功率相关，并且可以无限距离传播。但在海上通信中，从发射端到接收端之间的通信链路可能会存在降雨现象，因降雨所导致的衰落会造成通信系统信噪比的下降，从而导致信道容量下降，与此同时，信道的信息传输速率和传输距离也会随之下降。……