[發明專利]一種簡化的有向天線極化建模方法

有效

• 申請號: 201410230924.0
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN103984833B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 石家隆;朱世華;李國兵;呂剛明;張國梅
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于無線通信系統中多天線(MIMO)信道建模領域，涉及一種簡化的有向天線極化建模方法。

背景技術

天線的極化建模就是計算天線的場波瓣圖(field pattern)。在信道建模時，尤其是在建立三維的信道模型時，天線的場波瓣圖是計算信道系數的重要參數。在已知有向天線在自身坐標系中的輻射波瓣圖(radiation pattern)的情況下，可以采用已存在的方法計算得有向天線在全局坐標系中的場波瓣圖，計算方法和有向天線自身坐標系相對于全局坐標系的旋轉角度有關。當有向天線相對于全局坐標系旋轉時，尤其是向下傾斜時，天線的場波瓣圖不會簡單地進行旋轉，而是在旋轉的同時發生較為復雜的形變，帶來較大的計算復雜度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種簡化的根據天線旋轉角來計算有向天線的場波瓣圖的方法。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案為：

包括以下步驟：

1)、設定全局坐標系GCS，得到第一三維坐標系[x，y，z]；

2)、首先，將全局坐標系GCS繞z軸旋轉角度α，得到第二三維坐標系然后，第二三維坐標系繞軸旋轉角度β，得到第三三維坐標系第三三維坐標系繞軸旋轉角度γ，得到的局部坐標系LCS坐標系其坐標軸記為[x′,y′,z′]，其中，α為方位角，β為下傾角，γ為傾斜角；

3)、設LCS坐標系中天線的輻射波瓣圖為A(θ′,φ′)，其中，(θ′,φ′)為LCS球坐標系中的天頂角和方位角，天頂角和方位角定義了LCS球坐標系中的一個方向，設(θ,φ)為該方向在GCS球坐標系中的天頂角和方位角，其中，φ′＝φ-α,θ′＝θ-β；

4)、根據(θ′,φ′)和(θ,φ)，計算天線在GCS中的垂直極化波瓣圖F_θ(θ,φ)和水平極化波瓣圖F_φ(θ,φ)，并根據天線在GCS中的垂直極化波瓣圖F_θ(θ,φ)和水平極化波瓣圖F_φ(θ,φ)，建立有向天線極化模型，以獲得信道系數。

根據(θ′,φ′)和(θ,φ)，計算天線在GCS中的垂直極化波瓣圖F_θ(θ,φ)和水平極化波瓣圖F_φ(θ,φ)包括：

2.1、將(φ′,θ′)映射到區間φ′∈(-180°,180°],θ′∈[0°,180°]上；

2.2、使用下式計算F_θ(θ,φ)和F_φ(θ,φ)：

式中，

其中，ζ為天線極化傾斜角。

根據(θ′,φ′)和(θ,φ)，計算天線在GCS中的垂直極化波瓣圖F_θ(θ,φ)和水平極化波瓣圖F_φ(θ,φ)包括：

3.1、所述將(φ′,θ′)映射到區間φ′∈(-180°,180°],θ′∈[0°,180°]上；

3.2、使用下式計算F_θ(θ,φ)和F_φ(θ,φ)：

其中，ζ為天線極化傾斜角。

所述天線的下傾角β≤20°，傾斜角γ＝0°。與現有技術比較，本發明的有與現有技術比較，本發明的益效果為：

本發明提供了一種簡化的有向天線極化建模方法，通過將定義天線的自身坐標系的局部坐標系LCS轉化到定義網絡拓撲中基站和移動臺的位置的全局坐標系GCS中，最終獲得天線在GCS中的垂直極化波瓣圖和水平極化波瓣圖，使得用天線場波瓣圖的直接旋轉來代替波瓣圖的復雜變換，簡化了運算。

附圖說明

圖1為有向天線的輻射方向圖，其中，(a)為水平切面上的方向圖，(b)為垂直切面上的方向圖；

圖2為GCS到LCS的轉化方法；

圖3為球坐標系以及極化方向的定義；

圖4為+45°極化有向天線旋轉前的場波瓣圖，其中，(a)為垂直極化場波瓣圖，(b)為水平極化場波瓣圖；

圖5為+45°極化有向天線下傾45°后的場波瓣圖，其中，(a)為垂直極化場波瓣圖，(b)為水平極化場波瓣圖，(c)為垂直極化場波瓣圖，(d)為水平極化場波瓣圖；

圖6為+45°極化有向天線下傾20°后的場波瓣圖，其中，(a)為垂直極化場波瓣圖，(b)為水平極化場波瓣圖，(c)為垂直極化場波瓣圖，(d)為水平極化場波瓣圖；