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網等多種高數據率無線業務的飛速發展，在無線通信網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的發展。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中不可或缺的核心技術，如蜂窩系統中的3GPP LTE, WiMAX，無線局域網系統中的IEEE 802. Iln等。然而，在單極化MMO系統中，對于散射豐富的環境，獲得獨立衰落支路所需的發射、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境，則需要5到10倍波長甚至更大的陣元間距，因此MIMO系統在小尺寸的便攜收發設備中很難實現。因此近年來人們逐漸把目光轉向可以縮小收發陣孔徑的多極化MIMO技術。ー個MMO系統所能支持的獨立子信道數可以表示為系統的自由度。與單極化MIMO系統中利用收發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的信息傳輸能力，使無線通信系統的容量在時域、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系統可利用空間共點的多極化發射和接收天線來實現，從而使MIMO技術可以在一些設備尺寸受限的場合得到應用。雖然在傳統的抗衰落技術中，也考慮通過不同的極化狀態來獲得分集増益，但這些系統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個極化狀態進行利用。最近ー些研究表明通過發射和接收端對這6種極化狀態的利用可以獲得ー個6X6的MIMO系統,這個系統的自由度為2到6之間，主要受環境的散射特性影響。由于多極化MIMO系統的信道特性對環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境的信道模型對于評估多極化MIMO系統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信號間的耦合作用。與常用的2極化相比，6極化MMO系統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多極化MMO信道特性的細節。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 )內均勻分布,而功率的變化則通過XPD (cross-polarizationdiscrimination)來體現，這些XPD—般被描述為正態分布的隨機變量。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境，因此認為經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計的信道模型來體現。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信道響應相關系數的關系，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信道散射過程對極化耦合的作用，也無法直接體現MMO信道容量與其傳播環境間的關系以及收發陣的結構和位置等參數對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、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。

發明內容
本發明的目的在于解決6極化MMO系統信道建模時，自由空間信道中各種極化狀態的電、磁場信號間的耦合以及環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。本發明可用于無線通信中多極化MIMO系統的設計和性能評估。
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 優先權日2012年4月11日
發明者樸大志 申請人:中國傳媒大學