基于非對稱空間結(jié)構(gòu)和非均勻散射體的統(tǒng)計信道計算方法
【專利摘要】本發(fā)明針對分布有非均勻散射體的非對稱空間結(jié)構(gòu)，公開了一種綜合改進(jìn)空間統(tǒng)計信道的計算方法，能夠準(zhǔn)確靈活方便地估計宏小區(qū)和微小區(qū)等移動通信環(huán)境，有效的提高電磁信號到達(dá)角度、到達(dá)時間以及MIMO系統(tǒng)中信道容量性能等信道參數(shù)估計的準(zhǔn)確性。本發(fā)明提供的基于非對稱空間結(jié)構(gòu)和非均勻散射體的統(tǒng)計信道計算方法，基于非對稱空間統(tǒng)計信道模型實現(xiàn)，非對稱空間統(tǒng)計信道模型包括移動臺和基站，所述基站中設(shè)置有指向性天線，所有散射體非均勻分布在基站天線覆蓋的扇形散射區(qū)域內(nèi)，且服從高斯分布或指數(shù)分布；信道計算方法包括：計算散射體極坐標(biāo)的分布密度函數(shù)表達(dá)式的步驟，計算到達(dá)角度和到達(dá)時間的概率密度函數(shù)的步驟，計算信道容量的步驟。
【專利說明】基于非對稱空間結(jié)構(gòu)和非均勻散射體的統(tǒng)計信道計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多天線MIMO信道建?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種基于非對稱空間結(jié)構(gòu)且分布有非均勻散射體的統(tǒng)計信道計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]移動通信是利用無線信道進(jìn)行信息傳輸?shù)募夹g(shù)。無線信道易受各種噪聲、干擾和其它信道因素的影響，還由于用戶的移動和信道的動態(tài)變化而使系統(tǒng)受到極大的不確定性，嚴(yán)重影響通信效率和質(zhì)量，因此無線信道要成為一種可靠地高速通信媒質(zhì)存在著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，多年來無線信道的研究也一直受到研究者的關(guān)心和重視。建立準(zhǔn)確描述信道多徑效應(yīng)的無線信道模型，也是分析MIMO多天線系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。同時移動通信領(lǐng)域中的信道編碼、信道均衡、分集接收以及陣列信號處理算法的設(shè)計以及算法的性能評估都極大程度地依賴于無線信道的特性。搭建精確而有效、且符合實測數(shù)據(jù)的信道模型是移動通信系統(tǒng)研究所必不可或缺的內(nèi)容。在移動通信環(huán)境中多徑效應(yīng)是無線信道中的小尺度衰落，也是信道研究的主要內(nèi)容。
[0003]由于在移動通信環(huán)境中，墻壁、地面、建筑物和其它物體均會對電磁波信號形成反射、散射和繞射，因此必須求解帶邊界條件的麥克斯韋方程，計算過程非常復(fù)雜。而鑒于信道的復(fù)雜性和時變性往往難以建立準(zhǔn)確的確定性信道模型，此時一般采用統(tǒng)計模型。Ertel.R和Petrus.B提出了散射體空間分布圓模型(GBSBM !geometrically based singlebounce model)和捕圓模型(EBSBM:Ellipse based single bounce model)。數(shù)據(jù)結(jié)果證明GBSBM模型能估計宏小區(qū)(Macrocell)移動通信環(huán)境下重要的信道參數(shù)，EBSBM模型能估計微小區(qū)(Microcell)移動通信環(huán)境下重要的信道參數(shù)，但GBSBM和EBSBM模型的估計結(jié)果不夠準(zhǔn)確。Olenk0.A和Janaswary提出散射體高斯(Gaussian)分布圓模型(GSDM:Gaussian scatter density model)以及空心圓環(huán)模型(HSDM:hollow_disc scatterdensity model)，Jiang.L給`出基于瑞利分布和指數(shù)(Exponential)分布圓模型(ESDM:exponential scatter density model)等,針對不同通信環(huán)境建立信道模型。我們通過研究發(fā)現(xiàn)，以上所有的模型都是散射體空間分布對稱型分布模型，較為符合蜂窩移動通信系統(tǒng)室外宏小區(qū)、微小區(qū)以及微微小區(qū)(Picrocell)。但實際環(huán)境中，由于系統(tǒng)中指向性天線的設(shè)計和使用，使得信號覆蓋區(qū)域呈現(xiàn)非對稱特點，特別是在各類不同的室內(nèi)環(huán)境中，如開放的工廠、辦公室、金工車間和走廊等環(huán)境由于不規(guī)則形狀以及介電性質(zhì)差別很大的因素，都可能使信道環(huán)境呈現(xiàn)散射體的非均勻分布并具有分布環(huán)境的非對稱性。而針對分布有非均勻散射體的非對稱空間結(jié)構(gòu)的移動通信環(huán)境，目前國內(nèi)外尚缺乏明確的物理概念和真實空間的統(tǒng)計信道仿真模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明針對分布有非均勻散射體的非對稱空間結(jié)構(gòu)，公開了一種綜合改進(jìn)空間統(tǒng)計信道的計算方法，能夠準(zhǔn)確靈活方便地估計宏小區(qū)和微小區(qū)等移動通信環(huán)境，有效的提高電磁信號到達(dá)角度(AOA:angle of arrival)、到達(dá)時間(T0A:time ofarrival)以及MIMO系統(tǒng)中信道容量性能等信道參數(shù)估計的準(zhǔn)確性。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種基于非對稱空間結(jié)構(gòu)和非均勻散射體的統(tǒng)計信道計算方法，基于非對稱空間統(tǒng)計信道模型實現(xiàn)，所述非對稱空間統(tǒng)計信道模型包括移動臺和基站，所述基站中設(shè)置有指向性天線，所有散射體非均勻分布在基站天線覆蓋的扇形散射區(qū)域內(nèi)，且服從高斯分布或指數(shù)分布；其中基站建立(X，y)坐標(biāo)系，移動臺建立U丨I')坐標(biāo)系，移動臺和基站之間距離為D，rs為基站到某個散射體的距離，rb為移動臺MS到某個散射體的距離，D為基站和移動臺之間的距離，R為散射體扇形區(qū)域的半徑，9b為到達(dá)移動臺的入射角度，Ψι為坐標(biāo)χ軸與散射體上半邊緣之間的角度，Ψ2為坐標(biāo)χ軸與散射體下半邊緣之間的角度；
[0007]信道計算方法包括如下步驟:
[0008]步驟一:計算散射體極坐標(biāo)的分布密度函數(shù)表達(dá)式:
【權(quán)利要求】
1.一種基于非對稱空間結(jié)構(gòu)和非均勻散射體的統(tǒng)計信道計算方法，其特征在于:基于非對稱空間統(tǒng)計信道模型實現(xiàn)，所述非對稱空間統(tǒng)計信道模型包括移動臺和基站，所述基站中設(shè)置有指向性天線，所有散射體非均勻分布在基站天線覆蓋的扇形散射區(qū)域內(nèi)，且服從高斯分布或指數(shù)分布；其中基站建立(X，y)坐標(biāo)系，移動臺建立U丨,1')坐標(biāo)系，移動臺和基站之間距離為D，rs為基站到某個散射體的距離，rb為移動臺MS到某個散射體的距離，D為基站和移動臺之間的距離，R為散射體扇形區(qū)域的半徑，Θ b為到達(dá)移動臺的入射角度，V1為坐標(biāo)X軸與散射體上半邊緣之間的角度，Ψ2為坐標(biāo)X軸與散射體下半邊緣之間的角度；信道計算方法包括如下步驟: 步驟一:計算散射體極坐標(biāo)的分布密度函數(shù)表達(dá)式:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非對稱空間結(jié)構(gòu)和非均勻散射體的統(tǒng)計信道計算方法，其特征在于:還包括如下步驟: 步驟四:通過移動臺的波達(dá)信號AOA概率密度函數(shù)，計算因移動臺MS的移動特征所產(chǎn)生的信號多普勒頻移和功率譜，其中多普勒頻移的概率密度函數(shù)為:


3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于非對稱空間結(jié)構(gòu)和非均勻散射體的統(tǒng)計信道計算方法，其特征在于:所述非對稱空間統(tǒng)計信道模型移動臺端設(shè)置ULA和UCA多天線MIMO陣列。
【文檔編號】H04B7/04GK103716264SQ201310732762
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】杜景林, 曹志鋼 申請人:南京信息工程大學(xué)