一种mimo多天线系统性能评估方法及多天线系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种MIMO多天线系统性能评估方法及多天线系统，系统在发射端假设信道矩阵服从零均值空间白噪声模型，系统接收端为一组阵元为定向天线的线性阵列。本发明MIMO多天线系统性能评估方法，在线性天线中引入定向天线阵元，有效拓展了空间统计信道模型及其深入对MIMO多天线阵列的收发性能，优化了终端天线阵列及无线通信系统的性能；通过引入空间衰落相关系数，MIMO多径信道容量和误码率等性能评价参数，分析定向天线阵列相对于全向天线阵列的优势，从系统性能与波达信号分布及定向天线波束方向之间的关系发现，定向天线阵列的系统性能优于全向天线阵列的系统性能。
【专利说明】一种Ml MO多天线系统性能评估方法及多天线系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种MM0多天线系统性能评估方法及多天线系统，属于终端MM0多 天线阵元方向性【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 近年来由于移动通信入网用户迅速增加，使得无线电频谱日益拥挤。过去我们常 常通过分裂蜂窝宏区或微小区的方法来提高系统容量以缓解蜂窝系统中的拥堵情况，但分 裂蜂窝小区成本高且需要重新配置蜂窝系统，自适应性天线能有效解决这个问题。由自适 应性天线组成的多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIM0)系统可以通过多 径信号复用明显提高数据传输速率，以及可以通过分集来提高接收性能。理论上能成倍的 提高MIM0多径信道容量，并且不需要额外占用系统频谱资源，因此MIM0多天线收发技术拥 有广泛的发展前景。目前多输入多输出技术已经实现了在固定及移动宽带无线接入中的应 用，如长期演进（Long term evolution, LTE)系统等。
[0003] 在自适应性MM0阵列天线中，阵元方向性和效率等经典的参数已经不足以用来 对整体的天线阵列系统性能进行评估。在对自适应MIM0天线系统性能的评估中不仅多径 衰落信道应当被考虑进去，而且必须考虑各天线阵元的方向性。Shafi等针对MM0系统建 模和评估提出了一种非常精确的双向信道模型，但是因为这种模型是基于系统级的仿真提 出的，如果只需对终端（User Terminal, UT)天线阵列进行比较级的评价，这种模型就过于 复杂。Taga模型通常被用作终端的角度功率谱模型，在Taga模型中波达信号方位功率谱 (Azimuth Power Spectrum,APS)仅被假设是均勻分布的，但是这种均勻分布是基于终端的 MM0多天线阵列在方向平面上的随机旋转而不是因为波达信号方位功率谱是均匀分布的。 很多研究也认为波达信号方位功率谱APS在宏区蜂窝中是服从截断高斯分布。实际上通常 对真实的移动宽带无线接入网络（Mobile Broadband Wireless Access,MBWA)系统进行仿 真时，首先必须要获得符合实际信道环境的空间信道统计参数，然后再根据这些参数建立 MM0的相关衰落信道模型。过去为研究便利通常仅考虑终端MM0多天线阵列阵元为全向 天线时进行相关性衰落信道的研究。但MM0天线阵元的方向性可对系统性能产生巨大影 响。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种MIM0多天线系统性能评估方法及多天 线系统，在线性天线中引入定向天线阵元，优化了终端天线阵列及系统的性能。
[0005] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0006] 一种MM0多天线系统性能评估方法，所述多天线系统包括发射端和接收端，发射 端信道矩阵H服从零均值空间白噪声模型，利用遍历容量C和误码率匕评估MIM0多天线系 统的性能，所述接收端为一组阵元为定向天线的线性阵列，且该线性阵列的空间衰落相关
【权利要求】
1. 一种MIMO多天线系统性能评估方法，所述多天线系统包括发射端和接收端，发射端 信道矩阵H服从零均值空间白噪声模型，利用遍历容量C和误码率匕评估MIMO多天线系 统的性能，其特征在于：所述接收端为一组阵元为定向天线的线性阵列，且该线性阵列的空
当系统波达信号方位功率谱为均匀分布时，所述空间衰落相关矩阵Rut的元素为
中，m= 1，2,. . .MUT，n= 1，2,. . .MUT，Mut为接收2而线性阵列的阵兀数，D= 2d/入，d为接 收端相邻两阵元之间的间距，A为入射信号波长，j为虚数单位，V(le[〇, 2 )为波达信 号中心到达角，V为方位角参数，a^an分别为接收端第m、n个天线阵元波束方向与接收 端线性阵列连线之间的夹角。
2. -种MIMO多天线系统，所述多天线系统包括发射端和接收端，发射端信道矩阵H服 从零均值空间白噪声模型，其特征在于：接收端为一组阵元为定向天线的线性阵列，当系统 波达信号方位功率谱为均匀分布，且各阵元的波束方向相差越大时，所述MMO多天线系统 的性能最优。
3. -种MIMO多天线系统，所述多天线系统包括发射端和接收端，发射端信道矩阵H服 从零均值空间白噪声模型，其特征在于：接收端为一组阵元为定向天线的线性阵列，当系统 波达信号方位功率谱为余弦分布，且'=n/2时，所述MMO多天线系统的遍历容量存在 最大值。
4. 一种MIMO多天线系统，所述多天线系统包括发射端和接收端，发射端信道矩阵H服 从零均值空间白噪声模型，其特征在于：接收端为一组阵元为定向天线的线性阵列，当系统 波达信号方位功率谱为余弦分布，且非相干二进制频移键控调制时，系统信噪比越大，所述 MIMO多天线系统的平均误码率越小。
5. -种MIMO多天线系统，所述多天线系统包括发射端和接收端，发射端信道矩阵H服 从零均值空间白噪声模型，其特征在于：接收端为一组阵元为定向天线的线性阵列，非相干 二进制频移键控调制情况下，当系统波达信号方位功率谱为均匀分布时，多天线系统平均 误码率为定值；当系统波达信号方位功率谱为余弦分布，且波达信号角与天线阵元波束方 向一致时，多天线系统平均误码率最小。
【文档编号】H04B17/29GK104506256SQ201410816897
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】周杰, 王亚林 申请人:南京信息工程大学