基于三维空间域多天线mimo统计信道的建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种针对室内的3D(ThreeDimensional)空间统计信道建模方法，能够应用在分布式多输入多输出系统中，在基站BS设计有指向性天线时，以MS端的波达信号研究为基础，推导出重要空时信道参数，如多普勒功率谱(DS)，空时相关性以及信道容量等等，利用信道空时特性参数解析了空间模型参数，以及指向性天线主瓣夹角之间的机理关系，并同时研究了在3D空间统计信道模型下的MIMO多天线线性阵列和圆形阵列系统传输性能，为MIMO多天线空时处理算法和仿真无线通信系统提供精确和灵活多变的信道模型，拓展了空间统计信道模型的研究。
【专利说明】基于三维空间域多天线MIMO统计信道的建模方法
【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三维空间域的多天线MMO信道的建模方法。
【背景技术】
[0002]移动通信是通信产业中发展最快的一部分，而移动通信的本质是利用无线信道进行信息的有效传输。移动通信系统性能主要受到无线信道特性的制约。多输入多输出(ΜΙΜ0:Multiple Input Multiple Output)技术以其能够极大的增加系统容量与改善无线链路质量的优点而受到了越来越多的重视与关注，也因此被许多人预测为移动通信领域第四代即4G核心技术之一。MIMO技术是一项十分崭新的技术，MMO技术有许多突出的性能，比如更高的频谱利用率，更低的传输误码率等等。随着MMO技术的发展，对应用于MMO系统天线的研究变得十分迫切，同时也具有理论意义和实用价值。
[0003]基站(BS:base station)和移动台(MS:mobile station)之间的传播路径一般分布有复杂的地形，其信道往往是非固定和不可预见的。多径效应是移动通信信道中的小尺度衰落，是无线信道研究的主要内容之一，因此建立一个准确而有效的信道模型是构建移动通信系统的重要步骤。Ertel和Petrus提出了散射体空间分布圆模型(GBSBM:geometrically based single bounce model)和捕圆模型(EBSBM:Ellipse basedsingle bounce model)。仿真结果表明GBSBM模型能估计宏小区(Macrocell)移动通信环境下重要的参数，EBSBM模型能估计微小区(Microcell)移动通信环境下重要的信道参数。由于GBSBM和EBSBM模型的估计结果不够准确，Jiang给出基于散射体瑞利和指数(Exponential)分布下的圆模型,Janaswamy和Zhou分别提出了散射体高斯(Gaussian)分布的圆模型及空心圆环模型(HSDM:hollow_disc scatter density model)。以上关于信道模型的研究都是基于2D平面上，推导和计算出的也只是停留在水平面内的空时信道参数，并不能很好的反映客观现实，对于空间角度的复杂性也不能有一个准确的描述。
[0004]基于前人在2D信道模型研究的基础上，Janaswamy等提出了 3D空间统计信道模型，将基站BS以及移动台MS端的角度细化为在水平面以及竖直平面上的夹角，特别是Nawaz所提出了室外定向天线分布下的3D模型，推导出了水平面以及垂直面上的AOA和TOA概率密度函数。但以上的研究大都是关于室外宏小区3D模型的研究，而对于室内微小区环境下的探索，仍存在一定的空白。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中尚缺乏室内微小区3D信道模型这一缺陷，本发明公开了一种针对室内的3D空间统计信道建模方法，为MMO多天线空时处理算法和仿真无线通信系统提供精确和灵活多变的信道模型，拓展了空间统计信道模型的研究。
[0006]在3D室内微小区移动通信环境中，由于复杂的环境会影响空间信道参数的变化，而且信号传播会受到墙壁、地面、建筑物以及其它物体的阻挡，加重了多径衰落效应，从而使系统受到了极大的不确定性，影响我们对于无线信道的研究和分析。因此，本发明在基站BS设计有指向性天线时，针对于3D空间角度的复杂性，将BS以及MS端的角度细化为在水平面以及竖直平面上的夹角，全面而又准确灵活的描述3D室内微小区环境下的重要空时信道参数，具体表现为如下技术方案:
[0007]步骤一，以基站BS为原点建立三维坐标系，其中基于BS端的定向天线的主瓣角度为2a，BS在水平面上的夹角为(K，竖直平面上的夹角为i3b ;MS在水平面以及竖直平面上的夹角分别为Φ,Ρ βπ，散射区域内的散射体到BS以及MS的距离分别为rb和rm，BS和MS之间的距离为D，3D信道模型的长轴和短轴长度分别为a和b，D〈a、b ( a，所有散射体均匀分布在散射区域内，散射区域的体积为V=2a2b α / 3 ；
[0008]步骤二，将散射区域划分为P1和P2两部分，其中，P2是指电磁信号经灰色垂直散射边界上的散射体反射到MS上的传播路径区域，而P1则是散射区域Iltegim剩下的部分；
[0009]散射区域P1和P2表示为
[0010]
【权利要求】
1.一种基于三维空间域多天线MMO统计信道的建模方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一，以基站BS为原点建立三维坐标系，其中基于BS端的定向天线的主瓣角度为2a，BS在水平面上的夹角为(K，竖直平面上的夹角为i3b ;MS在水平面以及竖直平面上的夹角分别为Φ_^Ρ βπ，散射区域内的散射体到BS以及MS的距离分别为rb和rm，BS和MS之间的距离为D，3D信道模型的长轴和短轴长度分别为a和b，D〈a、b ( a，所有散射体均匀分布在散射区域内，散射区域的体积为V=2a2b α / 3 ； 步骤二，将散射区域划分为P1和P2两部分，其中，P2是指电磁信号经灰色垂直散射边界上的散射体反射到MS上的传播路径区域，而P1则是散射区域Iltegim剩下的部分； 散射区域P1和P2表示为
2.根据权利要求1所述的基于三维空间域多天线MMO统计信道的建模方法，其特征在于:所述步骤七中，对于空间相关的MIMO信道，信道矩阵H表示为
3.根据权利要求1或2所述的基于三维空间域多天线MMO统计信道的建模方法，其特征在于，所述步骤六中a(tfs<^通过如下两种方式获得:步骤六-1，当MMO阵列为线性ULA时，接收MMO ULA的入射信号空间导向矢量为
【文档编号】H04W16/22GK103747456SQ201410026218
【公开日】2014年4月23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, 江浩 申请人:南京信息工程大学