[发明专利]一种基于双极化MIMO的无线信道测量数据分析方法

说明书

本发明一种双极化MIMO的无线信道测量数据分析方法，使用无线信道探测器对特定场景中无线信道进行测量数据，通过MATLAB软件对测量数据进行动态门限值截取，获取有效动态区间，去除交叉极化的影响，在获取测量数据有效动态区间之后，对有效动态区间数据进行极化分离，获取水平极化、垂直极化和双极化的MIMO信道矩阵，通过预置算法分别计算各自的信道参数，实现对特定场景的双极化MIMO信道特性的分析，从而实现快速对不同场景下双极化MIMO信道特性的研究，对于双极化MIMO信道建模有重要意义。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种双极化MIMO的无线信道测量数据分析方法。

背景技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统在收发两端同时使用多个天线单元，可以在不增加发射功率前提下大幅提高系统容量，对于缓解紧张的频谱资源有重要作用。MIMO技术就是利用了多径的特点，即多个独立信道的叠加来得到多路互不相关的信号。因此，保持信道的独立性是MIMO技术的关键。一方面这需要大的天线距离，如天线间的距离就要增大到10倍波长左右，这对空间有限的通信终端而言是不现实的。另一方面，在实际信道中，由于直射路径的存在，信道相关性很大，普通单极化MIMO就不能发挥作用，需要采用多极化MIMO天线阵列。多极化天线，即天线在空间上是正交排列的，这样，从发射端发射出的信号就是相互正交的。另外，由于多极化天线可以共点放置，可以大大减小天线占用的空间，从而实现以更小的阵列体积以及更多的天线数实现MIMO增益。利用极化天线的正交性，通过在发射端发射多路正交的信号，使等效信道相互独立，从而在接收端能很好地解调出发射数据。相对并行的单极化天线，极化天线的使用降低了信道的相关性，并大大减小了天线尺寸，因此有利于在移动终端的应用，适应了当今通信设备日益小型化的趋势。双极化天线采用相互垂直的水平极化和垂直极化，物理上容易实现，且其信道特性相对多极化更好分析，对于研究多极化MIMO信道特性有重要参考价值。

对于多极化MIMO系统进行的以传递函数为基础的测量结果已经可以在一定程度上证明多极化MIMO系统的有效性，同时也能够表明多极化MIMO系统比单极化MIMO系统在容量等性能上的优越性以及优化程度。这种测量方式得到的结果实际上是系统中的多极化天线和与之对应的多极化信道的叠加，测量的结论在很大程度上依赖于测量中所使用的多极化天线。同时由于天线性能的限制，这样的测量方式对于进一步挖掘多径环境中的极化信道资源也力不从心。更重要的是，这样的测量只能计算出MIMO系统形成的独立信道数目，却无法得到这些独立信道的空间分布信息，而这些空间信息对于揭示环境中多极化电磁波的传播原理和多极化信道本身的特征以及利用环境中的多极化信道资源优化设计天线阵列等研究方面都有着十分重要的价值。

通信理论中往往将天线看成是空间信道的一个组成部分，在一般情况下这当然是没有问题的，但在多极化MIMO系统的研究中，空间信道的物理极化特性就变得非常重要，需要对其进行条分缕析的详细研究。不把天线与物理信道分开，就不可能充分展示信道的物理特性。因此，只有设法去除天线的影响才能对信道本身的特征进行研究。已有的研究工作中大部分采用了全系统研究的方法来研究多极化MIMO系统的设计问题，采用分离方法的研究还没有报道。

为了研究不同极化方式的电磁波的传播特性，需要测量不同极化方式电磁波对应的传播信道。具体的测量方式是，在发射端分别发射极化方向沿垂直极化方向V和水平极化方向H的单一极化电磁波分别为s_V(f)、s_H(f)，分别测量与之对应的信道冲激响应H_V和H_H。但是H_V和H_H并不是单极化，因为在电磁波传播过程中经过反射和绕射不可避免发生极化旋转，由于极化旋转产生极化数据交叉接收，这种现象常用交叉极化鉴别率XPD来描述，交叉极化鉴别率XPD越高，在交叉极化信道耦合的能量就越少。

V→H极化鉴别率：

H→V极化鉴别率：