[發(fā)明專利]一種MIMO多天線通信系統(tǒng)及通信系統(tǒng)性能評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811208759.3
• 申請(qǐng)日: 2018-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN109302252B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 席曉莉;唐登洪;張金生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B17/391
• 分類號(hào): H04B17/391;H04B17/00;H04B7/0413
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 談耀文

本發(fā)明公開了一種MIMO多天線通信系統(tǒng)，系統(tǒng)包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端和接收端分別設(shè)有均勻球形MIMO天線陣列。本發(fā)明還公開了一種MIMO多天線通信系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，采用散射體高斯分布來描述提出的系統(tǒng)，確定空間高斯分布密度函數(shù)表達(dá)式，表示單次反跳SBM分量的發(fā)射角AOD的聯(lián)合概率密度函數(shù)，系統(tǒng)中單次反跳路徑SBM的發(fā)射角AOD的邊緣PDF通過聯(lián)合PDF在路徑長度區(qū)間分量上的積分分別得出，將脈沖響應(yīng)h_pq(t)做傅里葉變換得到時(shí)變傳遞函數(shù)，表示頻率互相關(guān)函數(shù)。本發(fā)明通過引入兩個(gè)陣元p，q之間的空間自相關(guān)函數(shù)、時(shí)間、頻率互相關(guān)函數(shù)評(píng)估MIMO多天線通信系統(tǒng)的性能，優(yōu)化了終端天線陣列及無線通信系統(tǒng)的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于MIMO多天線通信探測方法技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種MIMO多天線通信系統(tǒng)，還涉及一種MIMO多天線通信系統(tǒng)的性能評(píng)估方法。

背景技術(shù)

MIMO多天線技術(shù)已受到當(dāng)今無線通信系統(tǒng)研究者的廣泛關(guān)注，最近，配備了數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)天線的大規(guī)模的增強(qiáng)型MIMO系統(tǒng)出現(xiàn)以滿足第五代(fifth-generation，5G)無線通信網(wǎng)絡(luò)日益增長的流量需求。Wood等人已經(jīng)證實(shí)，基于相關(guān)性的Kronecker和Weichselberger信道模型可以用于分析緊湊型MIMO系統(tǒng)的性能。S.K.Yong基于3D多路徑信道提出了一系列的緊湊型MIMO天線陣列的幾何配置模型，如均勻線性陣列(uniformlinear array，ULA)、均勻圓陣列(uniform circular array，UCA)、均勻矩形陣列(uniformrectangular array，URA)以及L型陣列。2009年Mammasis提出了VMF(Von Mises Fisher)分布模型并推導(dǎo)出UCA天線陣列的信號(hào)空間衰落相關(guān)性函數(shù)(spatial fading correlationfunctions，SFCFs)。然而，Lee指出，通過使用UCA陣列獲得大帶寬范圍的穩(wěn)定頻率特性，補(bǔ)償濾波器的動(dòng)態(tài)范圍及系統(tǒng)噪聲非常大，分析S.C.Chan的研究可以得出裝備均勻同心圓陣列(uniform concentric circular array，UCCA)陣列天線可以克服這個(gè)問題。在5G MIMO技術(shù)高容量評(píng)測應(yīng)用中，開發(fā)了電磁矢量傳感器EVS并運(yùn)用到發(fā)射端和接收端MIMO UCCA陣列天線確定性協(xié)方差矩陣中，同時(shí)還對(duì)同等信道模型下的UCCA陣列和ULA、UCA陣列作了比較，研究表明，UCCA陣列的性能要更加優(yōu)越，不過這些模型仍局限在二維結(jié)構(gòu)的天線陣列分析。Wu在陣列屬性里考慮了近場效應(yīng)和非穩(wěn)態(tài)，然而關(guān)于球形波陣面對(duì)非視距分量的影響沒有詳細(xì)研究，同時(shí)忽略了幾何關(guān)系的時(shí)間變化特性。在MIMO信道建模中，考慮到3D空間里的車輛形狀變化，傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)的天線陣列模型已經(jīng)無法直接應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種MIMO多天線通信系統(tǒng)，采用MIMO天線陣列模型三維空間假設(shè)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二維平面陣列假設(shè)，優(yōu)化了多天線系統(tǒng)的性能。

本發(fā)明的目的還在于提供一種MIMO多天線通信系統(tǒng)的性能評(píng)估方法。

本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是，一種MIMO多天線通信系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端和接收端均分別裝備一組均勻球形MIMO天線陣列。

本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是，一種MIMO多天線通信系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，根據(jù)通信系統(tǒng)的空間自相關(guān)函數(shù)、時(shí)間互相關(guān)函數(shù)以及頻率互相關(guān)函數(shù)三類信息參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)定，

空間自相關(guān)函數(shù)為：

其中，p，q為球形MIMO天線陣列中的兩個(gè)陣元，

其中，j表示虛數(shù)單位，R_S代表了球形面陣列的半徑，λ表示波達(dá)信號(hào)的波長；θ和分別表示入射信號(hào)的仰角以及方位角，θ_p和θ_q分別表示第p、q個(gè)陣元的初始相位；第p個(gè)陣元的初始相位θ_p分別表示為，