[發明專利]一種LOS MIMO系統用均勻圓陣設計方法、系統、介質及設備

有效

• 申請號: 202011492250.3
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112636796B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 范建存;劉洪吉;張金波;羅杰;劉澤宇
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B17/391;G06F17/17
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種LOS MIMO系統用均勻圓陣設計方法、系統、介質及設備，建立LOS MIMO中均勻圓陣的信道模型；根據LOS MIMO中均勻圓陣的信道模型定義子信道，得到子信道之間平均相關系數γ；繪制子信道之間平均相關系數γ隨設計參數η的變化曲線，選擇第一個極小值點作為近似最優的設計參數η^opt；通過近似最優η^opt與接收端和發射端射頻鏈數量N_RF的線性關系確定η的擬合表達式；根據設計參數η設計發射端天線陣列的直徑d_t和接收端天線陣列的直徑d_r，完成LOS MIMO系統用均勻圓陣設計。通過本發明設計的均勻圓陣在頻譜效率和誤碼率上優于瑞利衰落信道，其中頻譜效率接近理論上界，且天線陣列的面積與射頻鏈數量大致呈線性關系。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體涉及一種LOS MIMO系統用均勻圓陣設計方法、系統、介質及設備。

背景技術

毫米波主要應用于兩種通信方式，分別為毫米波地面通信和毫米波衛星通信。在毫米波地面通信時常用的通信方式是中繼通信，在最初毫米波的應用中，毫米波的頻段主要是厘米波的高頻段和毫米波的低頻段，隨著不斷的開發，更高頻段的毫米波通信設備也逐漸被應用。從2世紀90年代開始，隨著多媒體業務及因特網的迅猛發展，在通信系統中對于提高傳輸效率及高傳輸質量的迫切需求，在通信行業中各種寬帶接入設備的研發在火熱的進行中，與此同時毫米波開始應用于無線寬帶技術。為了適應5G通信的要求在無線接入網中提供豐富的可用帶寬，已有研究表明毫米波傳輸可適用于大容量的無線通信系統。

由于毫米波通信可以增大通信容量，具有廣闊的頻率空間，具有較高的較好的抗干擾和抗截獲性能，較高性能的提高保密通信，所以非常具有研究價值。但在毫米波通信中仍然面臨主要存在LOS徑的事實，此時傳統的MIMO技術將變為LOS MIMO，從而使得利用MIMO技術進行高速率傳輸存在諸多挑戰。LOS MIMO系統下在各個直射路徑的相位差相近時，各個子信道相關性較大，從而導致信道容量的急劇下降。為了提升LOS MIMO系統的信道容量，需要對天線陣列的結構進行優化。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種LOS MIMO系統用均勻圓陣設計方法、系統、介質及設備，設計的天線陣列可以降低誤碼率，提升系統的信道容量，近似達到信道容量的理論上限。

本發明采用以下技術方案：

一種LOS MIMO系統用均勻圓陣設計方法，建立LOS MIMO中均勻圓陣的信道模型；根據LOS MIMO中均勻圓陣的信道模型定義子信道，得到子信道之間平均相關系數γ；繪制子信道之間平均相關系數γ隨設計參數η的變化曲線，選擇第一個極小值點作為近似最優的設計參數η^opt；通過近似最優η^opt與接收端和發射端射頻鏈數量N_RF的線性關系確定η的擬合表達式；根據η設計發射端天線陣列的直徑d_t和接收端天線陣列的直徑d_r，完成LOS MIMO系統用均勻圓陣設計。

具體的，均勻圓陣的信道模型具體為：

其中，d_m,n是第m根接收天線與第n根發射天線之間的距離，λ為波長。

進一步的，第m根接收天線與第n根發射天線之間的距離d_m,n為：

其中，Δθ_m,n為平移至同一平面后，第m根接收天線與第n根發射天線之間的夾角，d_r為接收端天線陣列的直徑，d_t為發射端天線陣列的直徑，L為接收天線與發射天線之間距離。

具體的，子信道之間平均相關系數γ如下：