[發明專利]一種評估天線波束賦形提升無線通信容量的方法

有效

• 申請號: 201710534062.4
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107396377B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 周峰;熊宇飛;張穎艷;孟艾立;孫景祿;吳翔;卞昕;宋振飛
• 申請（專利權）人: 工業和信息化部電信研究院
• 主分類號: H04W16/28
• 分類號: H04W16/28;H04W24/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 巴曉艷

本發明主要屬于移動通信技術領域，具體涉及一種評估天線波束賦形提升無線通信容量的方法。所述方法通過計算獲得波束賦形天線發射過程的物理熵值，使用波束賦形的物理熵來估算無線通信容量的提升值；其中，波束賦形的相對負熵約等于所述無線通信容量的提升值的倍數。本發明所述方法給出了波束賦形天線發射這一物理過程的熵的計算方法，聯系信息量的定義，指出了所述波束賦形天線相對理想全向天線系統的負熵等于所述無線通信容量增加的倍數，能夠準確評估通過天線波束賦形所提升的無線通信容量。

技術領域

本發明主要屬于移動通信技術領域，具體涉及一種評估天線波束賦形提升無線通信容量的方法，該方法對應通信容量估算、無線資源管理和調度具有實用價值。

背景技術

天線的3D波束賦形技術被認為能有效提升蜂窩系統的容量,也被認為是5G(第五代移動通信)的關鍵技術之一。關于這種系統的容量的提升，業界一般通過系統仿真和測量實驗來驗證計算，仿真需要耗費大量的時間進行系統建模和運算，時間長，費用高。現場測量實驗需要搭建復雜的硬件系統，費用更高。目前，缺乏一種理論化的、從物理概念出發的數學模型。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種評估天線波束賦形提升無線通信容量的方法，給出了波束賦形天線發射這一物理過程的熵的計算公式，聯系信息量的定義，指出波束賦形系統相對全向天線系統的負熵約等于波束賦形引入的無線通信系統容量提升。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種評估天線波束賦形提升無線通信容量的方法，所述方法通過計算獲得波束賦形天線在發射過程中的物理熵值，并計算獲得波束賦形天線相對理想全向天線系統的負熵；使用所述波束賦形天線相對理想全向天線系統的負熵來評估無線通信容量。

進一步地，所述波束賦形天線相對理想全向天線系統的負熵等于所述無線通信容量增加的倍數。

進一步地，波束賦形天線在發射過程中的物理熵值的計算具體為：

將天線方向圖函數作為概率密度函數，將宏觀的電磁波作為微觀的光子的集合，則從天線發射出來的光子落到角度對應的一個小角域面元上的概率密度為

波束賦形天線在發射過程中的物理熵值為：

式中：H_G為波束賦形天線在發射過程中的物理熵值；為天線方向圖函數；θ是坐標系的垂直角，是坐標系的水平角，底數α根據需要選取10、2或自然對數e中的任意一項；當α為10時，計算結果的量綱為dB；當α為自然對數e時，計算結果的量綱為Np；當α為2時，計算結果的量綱為bit。

進一步地，所述概率密度函數的自變量的分布空間體積為v，則當p(x,y)是1/v時，波束賦形天線在發射過程中的物理熵值熵值最大且等于log_αv；其中，所述概率密度函數的自變量的分布空間體積v為一維、二維或者三維及三維以上的多維空間；x、y表示一個概率分布所在自變量的坐標系變量，p(x,y)表示該概率分布的概率密度函數；

計算理想全向天線輻射方向圖的物理熵值，該理想全向天線輻射方向圖的物理熵值等于log_α4π，是所有波束賦形天線輻射方向圖的物理熵值中的最大值；

所述波束賦形天線相對理想全向天線系統的負熵H_R為：

H_R＝H_G-log_α4π。

進一步地，對于三扇區的固定波束基站天線系統，該天線能夠指向的角度域是有限的，則三扇區的固定波束基站天線系統的相對理想全向天線系統的負熵H_3sectors[dB]表述為：