[发明专利]三维传播环境中的极化多天线信道模型的构建方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及三维传播环境中的极化多天线通信信道，可用于对极化多天线通信系统的研究。

背景技术

为了适应未来移动通信系统高速率数据传输和节省无线资源的需要，多天线输入多天线输出 (MIMO) 技术近年来得到广泛研究和应用。为了降低MIMO系统中天线间的相关性，或在有限的尺寸内放置更多的天线，可以利用天线极化方式的不同来实现MIMO天线阵列中天线间的隔离。精确的极化MIMO信道模型是极化MIMO系统研究的基础和关键。

    现有的应用较为广泛的包含天线极化特性的MIMO信道模型有3GPP SCM模型与WINNER组织提出的WIM信道模型等。在SCM模型中只考虑了电磁波在二维水平面上的传播，而没有考虑三维的传播过程对信道特性的影响；在WIM模型中虽然加入了对三维传播环境的描述，但该模型结构复杂，不适合用于进行理论分析。

发明内容

技术问题：  本发明的目的在于克服以上已有极化MIMO信道模型的不足，提出一种三维传播环境中极化MIMO信道模型的构建方法，使其既适用于仿真分析，又适用于理论分析。

技术方案：  本发明具体实现步骤包括如下：

1.  一种三维传播环境中极化多天线信道模型的构建方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1）定义两组坐标系，发送端原始坐标系                                                和基于发送天线的坐标系，所有的离开角以及发送天线的放置角度定义是在中的，而为用于计算电磁波极化方向的辅助坐标系；对于以任意角度放置的发送天线，通过坐标系旋转的方法,使坐标系中的轴与该发送天线的轴向一致，在坐标系中计算得到电磁波的场矢量后，再通过坐标系旋转的逆过程计算得到场矢量在原始坐标系中的矢量表示，从而得到以任意角度摆放的天线所激励的在任意出射角度下的电磁波的场矢量，并将该电磁波的场强在垂直于电磁波传播方向的平面中投影到的子午平面的方向和赤道平面的方向上；

2）按重新定义的方向到接收端原始坐标系赤道平面的方向的极化鉴别率和方向到接收端原始坐标系子午平面的方向的极化鉴别率，按矢量投影分解得到发生散射后的电磁波在新的和两个方向上的场强；

3）定义两组坐标系，接收端原始坐标系和基于接收天线的坐标系，所有的到达角以及接收天线的放置角度是定义在中的，而为用于计算电磁波极化方向的辅助坐标系；通过与步骤1）中相同的坐标系旋转的方法，计算得到以任意角度放置的接收天线上接收到的散射后电磁波的场强；

4）依据来自文献或实测得到的经验概率分布，生成每一个散射体所对应的三维到达角、离开角，依照构建步骤1）～步骤3）得到其对应的接收场强，由接收场强得到基于每个散射体的散射系数的模值；

5）依据经验概率分布生成基于每一个散射体的散射和传播过程引入的随机相移，得到基于每个散射体的散射系数的相位；

6）对于每一收发天线对，将所有散射体所对应的散射系数与天线阵列间距引入的固定相移项相乘后叠加，得到极化多天线系统的信道矩阵；

至此就得到了极化多天线系统的信道矩阵，完成了极化多天线信道模型的构建。 

在信道模型的构建步骤1）和步骤3）中分别定义了两组坐标系，原始坐标系、和基于天线的坐标系、；在原始坐标系中，轴方向为大地平面的法向方向，轴方向为发送天线阵列宽边方向，轴方向为按照右手系准则通过轴和轴所确定的方向；在原始坐标系中，轴方向为大地平面的法向方向，轴方向为接收天线阵列宽边方向，轴方向为按照右手系准则通过轴和轴所确定的方向；在基于天线的坐标系中，轴为发送天线轴向方向，轴为发送天线轴向在水平面内的投影在该投影面内向下旋转角度后所处的方向，为发送天线轴向与坐标系中轴方向的夹角，轴方向为按照右手系准则通过轴和轴所确定的方向；在基于天线的坐标系中，轴为接收天线轴向方向，轴为接收天线轴向在水平面内的投影在该投影面内向下旋转角度后所处的方向，为接收天线轴向与坐标系中轴方向的夹角，轴方向为按照右手系准则通过轴和轴所确定的方向。