基于非对称空间结构和非均匀散射体的统计信道计算方法
【专利摘要】本发明针对分布有非均匀散射体的非对称空间结构，公开了一种综合改进空间统计信道的计算方法，能够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到达角度、到达时间以及MIMO系统中信道容量性能等信道参数估计的准确性。本发明提供的基于非对称空间结构和非均匀散射体的统计信道计算方法，基于非对称空间统计信道模型实现，非对称空间统计信道模型包括移动台和基站，所述基站中设置有指向性天线，所有散射体非均匀分布在基站天线覆盖的扇形散射区域内，且服从高斯分布或指数分布；信道计算方法包括：计算散射体极坐标的分布密度函数表达式的步骤，计算到达角度和到达时间的概率密度函数的步骤，计算信道容量的步骤。
【专利说明】基于非对称空间结构和非均匀散射体的统计信道计算方法
【技术领域】
[0001]本发明属于多天线MIMO信道建模【技术领域】，尤其是涉及一种基于非对称空间结构且分布有非均匀散射体的统计信道计算方法。
【背景技术】
[0002]移动通信是利用无线信道进行信息传输的技术。无线信道易受各种噪声、干扰和其它信道因素的影响，还由于用户的移动和信道的动态变化而使系统受到极大的不确定性，严重影响通信效率和质量，因此无线信道要成为一种可靠地高速通信媒质存在着严峻的挑战，多年来无线信道的研究也一直受到研究者的关心和重视。建立准确描述信道多径效应的无线信道模型，也是分析MIMO多天线系统的重要基础。同时移动通信领域中的信道编码、信道均衡、分集接收以及阵列信号处理算法的设计以及算法的性能评估都极大程度地依赖于无线信道的特性。搭建精确而有效、且符合实测数据的信道模型是移动通信系统研究所必不可或缺的内容。在移动通信环境中多径效应是无线信道中的小尺度衰落，也是信道研究的主要内容。
[0003]由于在移动通信环境中，墙壁、地面、建筑物和其它物体均会对电磁波信号形成反射、散射和绕射，因此必须求解带边界条件的麦克斯韦方程，计算过程非常复杂。而鉴于信道的复杂性和时变性往往难以建立准确的确定性信道模型，此时一般采用统计模型。Ertel.R和Petrus.B提出了散射体空间分布圆模型(GBSBM !geometrically based singlebounce model)和捕圆模型(EBSBM:Ellipse based single bounce model)。数据结果证明GBSBM模型能估计宏小区(Macrocell)移动通信环境下重要的信道参数，EBSBM模型能估计微小区(Microcell)移动通信环境下重要的信道参数，但GBSBM和EBSBM模型的估计结果不够准确。Olenk0.A和Janaswary提出散射体高斯(Gaussian)分布圆模型(GSDM:Gaussian scatter density model)以及空心圆环模型(HSDM:hollow_disc scatterdensity model)，Jiang.L给`出基于瑞利分布和指数(Exponential)分布圆模型(ESDM:exponential scatter density model)等,针对不同通信环境建立信道模型。我们通过研究发现，以上所有的模型都是散射体空间分布对称型分布模型，较为符合蜂窝移动通信系统室外宏小区、微小区以及微微小区(Picrocell)。但实际环境中，由于系统中指向性天线的设计和使用，使得信号覆盖区域呈现非对称特点，特别是在各类不同的室内环境中，如开放的工厂、办公室、金工车间和走廊等环境由于不规则形状以及介电性质差别很大的因素，都可能使信道环境呈现散射体的非均匀分布并具有分布环境的非对称性。而针对分布有非均匀散射体的非对称空间结构的移动通信环境，目前国内外尚缺乏明确的物理概念和真实空间的统计信道仿真模型。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明针对分布有非均匀散射体的非对称空间结构，公开了一种综合改进空间统计信道的计算方法，能够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到达角度(AOA:angle of arrival)、到达时间(T0A:time ofarrival)以及MIMO系统中信道容量性能等信道参数估计的准确性。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0006]一种基于非对称空间结构和非均匀散射体的统计信道计算方法，基于非对称空间统计信道模型实现，所述非对称空间统计信道模型包括移动台和基站，所述基站中设置有指向性天线，所有散射体非均匀分布在基站天线覆盖的扇形散射区域内，且服从高斯分布或指数分布；其中基站建立(X，y)坐标系，移动台建立U丨I')坐标系，移动台和基站之间距离为D，rs为基站到某个散射体的距离，rb为移动台MS到某个散射体的距离，D为基站和移动台之间的距离，R为散射体扇形区域的半径，9b为到达移动台的入射角度，Ψι为坐标χ轴与散射体上半边缘之间的角度，Ψ2为坐标χ轴与散射体下半边缘之间的角度；
[0007]信道计算方法包括如下步骤:
[0008]步骤一:计算散射体极坐标的分布密度函数表达式:
【权利要求】
1.一种基于非对称空间结构和非均匀散射体的统计信道计算方法，其特征在于:基于非对称空间统计信道模型实现，所述非对称空间统计信道模型包括移动台和基站，所述基站中设置有指向性天线，所有散射体非均匀分布在基站天线覆盖的扇形散射区域内，且服从高斯分布或指数分布；其中基站建立(X，y)坐标系，移动台建立U丨,1')坐标系，移动台和基站之间距离为D，rs为基站到某个散射体的距离，rb为移动台MS到某个散射体的距离，D为基站和移动台之间的距离，R为散射体扇形区域的半径，Θ b为到达移动台的入射角度，V1为坐标X轴与散射体上半边缘之间的角度，Ψ2为坐标X轴与散射体下半边缘之间的角度；信道计算方法包括如下步骤: 步骤一:计算散射体极坐标的分布密度函数表达式:
2.根据权利要求1所述的基于非对称空间结构和非均匀散射体的统计信道计算方法，其特征在于:还包括如下步骤: 步骤四:通过移动台的波达信号AOA概率密度函数，计算因移动台MS的移动特征所产生的信号多普勒频移和功率谱，其中多普勒频移的概率密度函数为:
3.根据权利要求1或2所述的基于非对称空间结构和非均匀散射体的统计信道计算方法，其特征在于:所述非对称空间统计信道模型移动台端设置ULA和UCA多天线MIMO阵列。
【文档编号】H04B7/04GK103716264SQ201310732762
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】杜景林, 曹志钢 申请人:南京信息工程大学