[發(fā)明專利]一種MIMO車載通信系統(tǒng)及其性能評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710674905.0
• 申請(qǐng)日: 2017-08-08
• 公開（公告）號(hào): CN107332594B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周杰;唐登洪;范倩瑩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/0413
• 分類號(hào): H04B7/0413;H04B17/15;H04B17/29;H04B17/391
• 代理公司: 南京匯盛專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮;吳揚(yáng)帆

1.一種MIMO車載通信系統(tǒng)性能評(píng)估方法，所述系統(tǒng)基于傳統(tǒng)的橢圓模型，其特征在于將多跳散射模型通過幾何變換等效為單點(diǎn)散射模型，并通過空間衰落相關(guān)性和信道容量評(píng)估MIMO多天線系統(tǒng)的性能，MIMO車載通信系統(tǒng)的接收端為至少一組陣元為全向天線的圓形陣列，并根據(jù)空間衰落相關(guān)函數(shù)ρ(m，n)、MIMO多徑信道容量以及多普勒頻譜分布函數(shù)p(f_m)三類信息參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)定，

制定接收端圓形陣列的空間衰落相關(guān)函數(shù)如式(1)：

式(1)中，m、n表示陣元，Ψ_m(θ)是第m個(gè)陣元的導(dǎo)向矢量，f(θ_m)是多徑信道對(duì)應(yīng)方位角平面內(nèi)的到達(dá)角AOA概率密度函數(shù)，表示第n個(gè)陣元的共軛導(dǎo)向矢量；

通過互補(bǔ)累積分布函數(shù)得到各態(tài)歷經(jīng)容量，MIMO多天線系統(tǒng)在一個(gè)突發(fā)時(shí)間段內(nèi)信道容量的平均值如式(2)：

式(2)中，N_t是發(fā)射端天線數(shù)，N_r是接收端天線數(shù)，S_NR表示信道的信噪比；R_r為接收端陣元間的N_r×N_r維相關(guān)矩陣；R_t為發(fā)送端陣元間的N_t×N_t維相關(guān)矩陣，此處不考慮發(fā)射端的相關(guān)性，故R_t應(yīng)為單位矩陣，H_W為獨(dú)立同分布信道的R_r×R_t維的復(fù)高斯隨機(jī)矩陣，表示矩陣H_W的共軛專轉(zhuǎn)置，為N_r×N_r維的單位矩陣；

制定接收端多普勒頻譜分布函數(shù)如式(3)：

且θ_t1和θ_t2為方位閾值角度，到達(dá)角度θ_t1和θ_t2將散射區(qū)域劃分為三部分，p₁、p₂、p₃分別表示f(θ_m)在所述三部分區(qū)域上對(duì)(0，r_m)區(qū)間上積分的邊緣概率密度函數(shù)，f_m表示多普勒頻移,f_m2表示接收端波達(dá)信號(hào)多普勒頻率的峰值；設(shè)定發(fā)送端是靜止的，而接收端相對(duì)于發(fā)送端運(yùn)動(dòng)，方向?yàn)棣?Sub>v；

根據(jù)ρ(m，n)、以及p(f_m)制定的MIMO車載通信系統(tǒng)性能標(biāo)準(zhǔn)如下：

當(dāng)且ρ(m，n)∈[0，0.2]且log₁₀(p(f_m))∈[-7，-3]時(shí)，MIMO車載通信系統(tǒng)性能達(dá)到優(yōu)良；MIMO車載通信系統(tǒng)的發(fā)射端為部署角度范圍為的不對(duì)稱定向天線，分別為波達(dá)信號(hào)方位角平面內(nèi)發(fā)射角的設(shè)定的極值；

f(θ_m)的表達(dá)式如式(5)：

式(5)中，A_x和A_y分別是x和y軸方向的損耗系數(shù)，M為一個(gè)常數(shù)，D表示發(fā)射端和接收端間的距離；r_m表示接收端到橢圓邊上等效散射點(diǎn)的距離；

r_m與r_b的表達(dá)式分別對(duì)應(yīng)于式(6)、式(7)：

其中，a、b表示等效橢圓信道的長(zhǎng)軸、短軸，c為半焦距，θ_b表示波達(dá)信號(hào)方位角平面內(nèi)發(fā)射角。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO車載通信系統(tǒng)性能評(píng)估方法，其特征在于導(dǎo)向矢量Ψ(θ)的表達(dá)式如式(4)：

式中，[.]^T表示矩陣轉(zhuǎn)置，r表示圓形陣列半徑，λ為入射信號(hào)波長(zhǎng)，θ_l＝2πl(wèi)/L，l＝1,2…,L-1，L為接收端天線數(shù)目，θ₀為初始方位角。