[發明專利]一種基于單站陣型映射到MIMO陣型的設計方法

有效

• 申請號: 202011171311.6
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112350757B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 丁麗;李銀偉;李萍;朱亦鳴;尹麗娟
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 梁劍

本發明提出一種基于單站陣型映射到MIMO陣型的設計方法，利用單站陣列逆向求解出MIMO收發陣型，以發射陣元和接收陣元的空間位置和數量為變量，以MIMO收發陣列經過等效相位中心原理合成的等效陣列與單站陣列的位置誤差最小化為優化目標函數，利用發射和接收陣列的軌跡模型建立約束條件，通過智能優化算法進行優化問題求解。選用該MIMO陣型的意義在于，圓環中所有陣元的波束在半徑方向的投影相同，而螺旋陣列具有在空間上分布不均勻的特征，使得該MIMO陣型的等效陣型表現出更好的隨機性，而根據柵瓣抑制的原理，若等效陣型具有隨機且空間分布較均勻的特征，在成像過程中可大大降低柵瓣出現的概率，從而提高成像的質量。

技術領域

本發明涉及信號接收技術領域，尤其涉及一種基于單站陣型映射到MIMO陣型的設計方法。

背景技術

MIMO技術指在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，使信號通過發射端與接收端的多個天線進行發送和接收，從而可以改善通信質量。它能充分利用空間資源，通過多個天線實現多發多收，在不增加頻譜資源和天線發射功率的情況下，可以成倍的提高系統的信道容量，在傳輸信號上顯示出明顯的優勢、更被視為下一代信號傳輸的核心技術。MIMO技術的實質是為系統提供空間分集增益與空間復用增益。

發射端通過空時技術將要發送的數據信號映射到多根天線上發送出去，接收端將每個天線接收到的信號進行空時譯碼從而恢復出發射端發送的數據信號。根據空時映射方法的不同，MIMO技術大致可以分為兩類：空間分集和空間復用。空間分集是指利用多根發送天線將具有相同信息的信號通過不同的路徑發送出去，同時在接收機端獲得同一個數據符號的多個獨立衰落的信號，從而獲得分集提高接收可靠性。舉例來說，在慢瑞利衰落信道中，使用一根發射天線n根接收天線，發送信號通過n個不同的路徑。如果各個天線之間的衰落是獨立的，則可以獲得的最大分集增益為n。對于發射分集技術來說，同樣是利用多條路徑的增益來提高系統的可靠性。在一個具有m根發射天線、n根接收天線的系統中，如果天線對之間的路徑增益是獨立均勻分布的瑞利衰落，則可以獲得的最大分集增益為m×n。

在MIMO陣列的研究中，發現曲線MIMO陣列幾何陣型可以很好的避免等效陣元出現陰影的現象，如果發射孔徑函數和接收孔徑函數均為確定的幾何結構，則MIMO的成像性能便可相應的確定，由于圓環中所有的波束在半徑方向的投影是相同的，而螺旋陣列在空間上具有非均勻分布的特征，兩者形成的等效陣列可以盡量減少等效陣元出現陰影效應，而且相比于方形陣列來說，曲線陣列作為非規則MIMO陣列的等效孔徑表現出更好的隨機性，從而降低柵瓣出現的概率，改善MIMO陣列的成像性能；基于此，如何降低成像過程中柵瓣出現的概率，提高成像的質量成為本領域技術人員的當務之急。

發明內容

本發明的目的在于提出一種成像過程中柵瓣出現概率低，成像質量高的基于單站陣型映射到MIMO陣型的設計方法。

為達到上述目的，本發明提出一種基于單站陣型映射到MIMO陣型的設計方法，利用單站陣列逆向求解出MIMO收發陣型。

進一步的，包括以下步驟：

步驟1：輸入單站陣列的位置和陣元數；

步驟2：將單站陣列的位置和陣元數代入陣型約束函數；

步驟3：利用智能優化算法進行優化；

步驟4：確定MIMO收發陣列位置和數量；

步驟5：判斷陣型誤差是否最小化，若否，進入步驟6,；若是，結束計算；

步驟6：重新進行步驟3，根據約束條件迭代計算出最優的待定參數值，重新確定MIMO收發陣列位置和數量，再由等效相位中心原理得到MIMO等效陣列的位置和數量。