專利名稱：一種基于虛源理論的6極化mimo信道建模方法
技術領域：
本發(fā)明涉及MMO無線通信領域，尤其ー種基于虛源理論的6極化MMO信道建模方法。
背景技術：
隨著移動多媒體和移動互聯(lián)網(wǎng)等多種高數(shù)據(jù)率無線業(yè)務的飛速發(fā)展，在無線通信網(wǎng)絡中對帶寬的需求不斷増加。然而無線頻譜是不可再生的資源，因此有限的帶寬將嚴重制約未來高速無線通信系統(tǒng)的發(fā)展。無線通信的研究者不 得不對電磁波的信息傳輸能力進行重新審視，以獲得頻譜效率更高的無線傳輸技木。MIMO技術由于在頻譜利用率和網(wǎng)絡覆蓋等方面極具潛力而成為多種新一代無線信息傳輸系統(tǒng)中不可或缺的核心技術，如蜂窩系統(tǒng)中的3GPP LTE, WiMAX，無線局域網(wǎng)系統(tǒng)中的IEEE 802. Iln等。然而，在單極化MMO系統(tǒng)中，對于散射豐富的環(huán)境，獲得獨立衰落支路所需的發(fā)射、接收天線陣元間距至少要達到半個波長，而對于多徑角度擴展較小的環(huán)境，則需要5到10倍波長甚至更大的陣元間距，因此MIMO系統(tǒng)在小尺寸的便攜收發(fā)設備中很難實現(xiàn)。因此近年來人們逐漸把目光轉(zhuǎn)向可以縮小收發(fā)陣孔徑的多極化MIMO技術。ー個MMO系統(tǒng)所能支持的獨立子信道數(shù)可以表示為系統(tǒng)的自由度。與單極化MIMO系統(tǒng)中利用收發(fā)陣元的空間距離來獲得MMO自由度不同，多極化MMO技術通過對電磁波極化特性的利用來進ー步提高無線通信系統(tǒng)的信息傳輸能力，使無線通信系統(tǒng)的容量在時域、頻域和空域之外又獲得了另ー個維度。更重要的是多極化MIMO系統(tǒng)可利用空間共點的多極化發(fā)射和接收天線來實現(xiàn)，從而使MIMO技術可以在一些設備尺寸受限的場合得到應用。雖然在傳統(tǒng)的抗衰落技術中，也考慮通過不同的極化狀態(tài)來獲得分集増益，但這些系統(tǒng)多限于使用水平和垂直兩種極化，而6極化MIMO技術可以對電磁場中Ex, Ey, Ez和Hx,Hy, Yz共6個極化狀態(tài)進行利用。最近ー些研究表明通過發(fā)射和接收端對這6種極化狀態(tài)的利用可以獲得ー個6X6的MIMO系統(tǒng),這個系統(tǒng)的自由度為2到6之間，主要受環(huán)境的散射特性影響。由于多極化MIMO系統(tǒng)的信道特性對環(huán)境中散射體的分布和材料等非常敏感，因此建立符合實際環(huán)境的信道模型對于評估多極化MIMO系統(tǒng)性能有著至關重要的意義。雖然關于單極化MMO信道建模方法的研究已趨于成熟，但人們對多極化MMO信道建模的原理和方法研究在世界范圍內(nèi)還處在起步階段。與單極化MMO相比，多極化MMO信道建模的難度更大，因為要考慮信道中散射體對不同極化狀態(tài)信號間的耦合作用。與常用的2極化相比，6極化MMO系統(tǒng)不但要考慮不同極化的電場信號間的耦合，還要考慮各種極化的磁場信號間以及電場和磁場信號間的相互耦合，而這些耦合作用具有復雜的物理機制，因此目前還沒有公認的6極化MMO信道模型。此外，已有考慮極化的MMO信道建模多針對2極化或3極化，而關于更多重極化的MIMO信道模型還很缺乏。在這些考慮極化的MIMO信道建模中，多采用基于統(tǒng)計分析的建模方法。這些模型主要可以歸納為兩類，一類基于散射矩陣，另ー類基于極化信號的相關性。雖然這種基于統(tǒng)計分析的信道建模方法可以使我們從宏觀上對多極化MMO信道的統(tǒng)計特性有所認識，但從微觀角度這種信道模型無法從物理上體現(xiàn)多極化MMO信道特性的細節(jié)。在基于散射矩陣的多極化MMO信道建模中，一般認為散射后信號的相位在[0,2 )內(nèi)均勻分布,而功率的變化則通過XPD (cross-polarizationdiscrimination)來體現(xiàn)，這些XPD—般被描述為正態(tài)分布的隨機變量。因為這些信道模型中一般考慮散射體均勻分布的豐富散射環(huán)境，因此認為經(jīng)過散射后信號的相位變化均勻分布，但實際信道中可能具有稀疏多徑的情況，散射后信號的幅度和相位變化與散射體的分布以及收發(fā)陣與散射體的相對位置因素等都有密切的關系，而這些關系很難通過這種基于統(tǒng)計的信道模型來體現(xiàn)。在基于極化信號相關性的多極化MIMO信道建模中，通過多徑的AOD(angle of departure)和AOA(angle of arrival)的不同分布來描述不同的信道散射環(huán)境，多針對這些角度的分布進行假設，然后得到它們與不同極化狀態(tài)信道響應相關系數(shù)的關系，用隨機相關矩陣模型來進行信道建模。然而，這種建模方法中沒有體現(xiàn)信道散射過程對極化耦合的作用，也無法直接體現(xiàn)MMO信道容量與其傳播環(huán)境間的關系以及收發(fā)陣的結構和位置等參數(shù)對MMO信道特性的影響。此外，這種建模方法中多針對AOD和AOA的連續(xù)、均勻分布情況，而對強直達信號和稀疏多徑等信道情況下的應用較為困難。此外，在已有多極化MMO信道分析中多進行遠場平面波的假設，而這種假設會使多極化MMO信道 矩陣的計算受到不可忽略的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決6極化MMO系統(tǒng)信道建模時，自由空間信道中各種極化狀態(tài)的電、磁場信號間的耦合以及環(huán)境中的散射對這些耦合作用的影響問題。為了解決以上問題，提出了ー種基于虛源理論的6極化MMO信道建模方法，包括以下步驟計算自由空間信道中6極化信道矩陣Hltjs ；確定每個虛源的位置，根據(jù)邊界條件確定每個虛源對于接收電磁場各分量的貢獻，計算相應于姆個虛源的信道矩陣HiQ = I, ... , N)；將自由空間中直射信號的貢獻和每個虛源的貢獻相加，得到總的信道矩陣。進ー步，作為優(yōu)選方案，所述自由空間中Hltjs的計算方法如下
權利要求
1.一種基于虛源理論的6極化MIMO信道建模方法，其特征在于 包括以下步驟 計算自由空間信道中6極化信道矩陣Hltjs ； 確定每個虛源的位置，根據(jù)邊界條件確定每個虛源對于接收電磁場各分量的貢獻，計算相應于每個虛源的信道矩陣Hi (i = 1，. . .，N); 將自由空間中直射信號的貢獻和每個虛源的貢獻相加，得到總的信道矩陣。
2.如權利要求I所述的一種基于虛源理論的6極化MIMO信道建模方法，其特征在于所述自由空間中Hltjs的計算方法如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于虛源理論的6極化MIMO信道建模方法，包括以下步驟計算自由空間信道中6極化信道矩陣Hlos；確定每個虛源的位置，根據(jù)邊界條件確定每個虛源對于接收電磁場各分量的貢獻，計算相應于每個虛源的信道矩陣Hi(i＝1，...，N)；將自由空間中直射信號的貢獻和每個虛源的貢獻相加，得到總的信道矩陣。本發(fā)明可用于無線通信中多極化MIMO系統(tǒng)的設計和性能評估。
文檔編號H04B17/00GK102664691SQ20121010633
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權日2012年4月11日
發(fā)明者樸大志 申請人:中國傳媒大學