基于多天线mimo 3d空心椭球的统计信道建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种合理的综合改进的3D空心椭球的统计信道建模方法，包括建立空心椭球统计信道模型，计算3D空心椭球移动台端方位角和俯仰角的AOA概率密度函数，计算基站端方位角和俯仰角的AOA概率密度函数，计算多普勒频移DS的概率密度函数的步骤，建立了多天线MIMO3D空间域信道模型，能更加准确灵活方便地估计宏小区和微小区等移动通信环境，有效的提高电磁信号波达角度（AOA：angleofarrival）、波达时间（TOA:timeofarrival）以及多普勒频移(DS:DopplerShift)等信道参数估计的准确性，拓展了空间统计信道模型的研究和应用。
【专利说明】基于多天线ΜΙΜΟ 3D空心椭球的统计信道建模方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信【技术领域】，尤其是涉及一种基于多天线MM03D空心椭球的统计信道建模方法。
【背景技术】
[0002]近年来,在无线通信中对MIMO (multiple-1nput multiple-output)系统的研究越来越多，建立能够准确描述信道多径效应的无线信道模型，对于研究无线移动通信系统有着重要的作用。
[0003]鉴于3D空间域信道模型描述波达信号的精确性，有一些研究员提出了 3D空间模型，这些信道模型更加符合实际移动通信环境。K.B.Baltzis提出了一种3D信道模型，基站BS的位置在离地面有一定的高度，而散射体分布空间则是一个2-D平面空间的圆形区域，这种模型更精确地符合宏小区(Macrocell)环境的时空特征。S.J.Nawaz提出一种在基站BS有指向性天线的3D空间信道模型，引入了主瓣宽度为2 α的指向性天线。但是在某些特定的市区蜂窝小区移动通信环境下，比如在某个足球体育场上或者在某个大型购物商场里，而发射信号台在某幢高楼上，这使得移动台周围散射体可能很少，甚至于为零。目前尚缺乏针对微小区的较为精确的信道模型。
[0004]此外，在移动通信系统性能中，信道容量能够全面的显示MMO系统的性能特点。在研究MMO信道容量之前，首先需要研究的是MMO阵列天线的各阵元间的空间衰落相关性(SFC: spatial fading correlation)。而阵元间相关性主要取决于入射信号的角度扩展，但是现有信道模型中入射信号的到达角度(AOA:angle of arrival)分布都是均勻分布、高斯分布以及拉普拉斯分布，缺乏真实的空间统计信道仿真。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明公开了一种合理的综合改进的3D空心椭球的统计信道建模方法，建立多天线MM03D空间域信道模型，并推导出实际的方位角(AA，azimuth ofarrival)和俯仰角(EA, elevation of arrival)的 AOA 概率密度函数。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]一种基于多天线MIM03D空心椭球的统计信道建模方法，包括如下步骤:
[0008]步骤一:建立多天线MM03D空心椭球统计信道的模型，包括基站和移动台，以移动台MS为原点，建立三维坐标系和空心椭球模型，所述椭圆球体内分布有散射体，以移动台MS为中心的椭圆球体内部空心空间内不存在散射体，模型中rb为基站到某个散射体的距离，为基站到某个散射体的方位角，Pb为基站到某个散射体的俯仰角，rm为移动台到某个散射体的距离，Φπ为移动台到某个散射体的方位角，Pm为移动台到某个散射体的俯仰角，Dkjs为基站和移动台之间的直达距离，D为基站和移动台之间的水平距离，H为基站离地面的垂直高度，B1为散射体3D椭圆球体空间的长轴，a2为散射体3D椭圆球体空间的短轴，PbS rb在水平面内的投影，bi为散射体3D椭圆球体内部空心空间的长轴，b2为散射体3D椭圆球体内部空心空间的短轴；
[0009]步骤二:计算到达角度AOA的概率密度函数:
[0010]步骤二 -1:计算3D空心椭球移动台端方位角和俯仰角的AOA概率密度函数
[0011](I)定义散射体分布函数:
【权利要求】
1.一种基于多天线MM03D空心椭球的统计信道建模方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:建立多天线MM03D空心椭球统计信道的模型，包括基站和移动台，以移动台MS为原点，建立三维坐标系和空心椭球模型，所述椭圆球体内分布有散射体，以移动台MS为中心的椭圆球体内部空心空间内不存在散射体，模型中rb为基站到某个散射体的距离，Φ13为基站到某个散射体的方位角，Pb为基站到某个散射体的俯仰角，^为移动台到某个散射体的距离，为移动台到某个散射体的方位角，为移动台到某个散射体的俯仰角，Dkjs为基站和移动台之间的直达距离，D为基站和移动台之间的水平距离，H为基站离地面的垂直高度，S1为散射体3D椭圆球体空间的长轴，a2为散射体3D椭圆球体空间的短轴，P b为rb在水平面内的投影，bi为散射体3D椭圆球体内部空心空间的长轴，b2为散射体3D椭圆球体内部空心空间的短轴； 步骤二:计算到达角度AOA的概率密度函数: 步骤二 -1:计算3D空心椭球移动台端方位角和俯仰角的AOA概率密度函数 (O定义散射体分布函数:
2.根据权利要求1所述的基于多天线MM03D空心椭球的统计信道建模方法，其特征在于:所述的散射体均匀分布在空心椭球体区域内。
【文档编号】H04B7/04GK103763715SQ201410025877
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】周杰, 曹志钢 申请人:南京信息工程大学