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在无线通信中,为了提升系统的信道容量,降低干扰并优化系统性能,需要对信道特性进行研究,并通过信道测量技术获取信道特性。电离层散射通信技术,因其不受电离层扰动影响,在应急通信和超远距离通信得到广泛应用。但是电离层散射信道的散射体丰富,信道环境很差,具有随机时变性、低信噪比特性和较强的频率选择性,一般的测量方法无法满足信道测量的要求,因此考虑使用多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术并选择极化天线。本文对基于极化MIMO的电离层散射信道的测量方案进行了研究。首先,本文对电离层散射信道的分层、多模式传播、多普勒扩展、多径效应等信道特性进行介绍,在此基础上,给出了表征信道特性的大尺度参数与小尺度参数,前者对信道的功率衰落特性进行了描述,后者对信道的时延特性和多普勒效应进行了说明。其次,对电离层散射MIMO信道测量方案进行研究。针对非线性、时变的电离层散射信道,测量需要使用恒包络的探测信号。本文使用恒包络零自相关(Constant Amplitude Zero Auto Correlation,CAZAC)序列,采用时分复用和码分复用两种复用方式,并设计出相对应的帧结构。首先对信道探测序列进行研究,从序列类型、序列长度和带宽等方面入手,寻找性能优良的探测序列;然后对极化MIMO信道探测的码字进行研究,因码分复用信道探测对发射码字间的相关性有较高的要求,为方便研究,时分复用时采用与码分复用方式相同的码字;在码分复用的帧结构设计中,使用两组具有恒包络、优良的自相关性和低互相关性的码字:CAZAC1和CAZAC2,随后通过仿真得出,两种帧结构下的极化MIMO子信道估计的均方误差,由此说明选用的两组码字均能较好的估计出极化MIMO信道矩阵,满足信道测量的要求。最后,根据所设计的信道测量方案对电离层散射MIMO信道进行测量,并对大尺度、小尺度和极化特性参数进行提取和分析,为了更好的研究信道的时变特性,本文在提取的信道大尺度参数的基础上,使用有限状态马尔可夫链(Finite State Markov Chain,FSMC)对时变信道进行描述。仿真和实验结果表明本文设计的信道测量方法能满足信道测量要求,并能对信道特征进行准确的描述。