[发明专利]一种LOS MIMO系统用均匀圆阵设计方法、系统、介质及设备

说明书

本发明公开了一种LOS MIMO系统用均匀圆阵设计方法、系统、介质及设备，建立LOS MIMO中均匀圆阵的信道模型；根据LOS MIMO中均匀圆阵的信道模型定义子信道，得到子信道之间平均相关系数γ；绘制子信道之间平均相关系数γ随设计参数η的变化曲线，选择第一个极小值点作为近似最优的设计参数η^opt；通过近似最优η^opt与接收端和发射端射频链数量N_RF的线性关系确定η的拟合表达式；根据设计参数η设计发射端天线阵列的直径d_t和接收端天线阵列的直径d_r，完成LOS MIMO系统用均匀圆阵设计。通过本发明设计的均匀圆阵在频谱效率和误码率上优于瑞利衰落信道，其中频谱效率接近理论上界，且天线阵列的面积与射频链数量大致呈线性关系。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种LOS MIMO系统用均匀圆阵设计方法、系统、介质及设备。

背景技术

毫米波主要应用于两种通信方式，分别为毫米波地面通信和毫米波卫星通信。在毫米波地面通信时常用的通信方式是中继通信，在最初毫米波的应用中，毫米波的频段主要是厘米波的高频段和毫米波的低频段，随着不断的开发，更高频段的毫米波通信设备也逐渐被应用。从2世纪90年代开始，随着多媒体业务及因特网的迅猛发展，在通信系统中对于提高传输效率及高传输质量的迫切需求，在通信行业中各种宽带接入设备的研发在火热的进行中，与此同时毫米波开始应用于无线宽带技术。为了适应5G通信的要求在无线接入网中提供丰富的可用带宽，已有研究表明毫米波传输可适用于大容量的无线通信系统。

由于毫米波通信可以增大通信容量，具有广阔的频率空间，具有较高的较好的抗干扰和抗截获性能，较高性能的提高保密通信，所以非常具有研究价值。但在毫米波通信中仍然面临主要存在LOS径的事实，此时传统的MIMO技术将变为LOS MIMO，从而使得利用MIMO技术进行高速率传输存在诸多挑战。LOS MIMO系统下在各个直射路径的相位差相近时，各个子信道相关性较大，从而导致信道容量的急剧下降。为了提升LOS MIMO系统的信道容量，需要对天线阵列的结构进行优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种LOS MIMO系统用均匀圆阵设计方法、系统、介质及设备，设计的天线阵列可以降低误码率，提升系统的信道容量，近似达到信道容量的理论上限。

本发明采用以下技术方案：

一种LOS MIMO系统用均匀圆阵设计方法，建立LOS MIMO中均匀圆阵的信道模型；根据LOS MIMO中均匀圆阵的信道模型定义子信道，得到子信道之间平均相关系数γ；绘制子信道之间平均相关系数γ随设计参数η的变化曲线，选择第一个极小值点作为近似最优的设计参数η^opt；通过近似最优η^opt与接收端和发射端射频链数量N_RF的线性关系确定η的拟合表达式；根据η设计发射端天线阵列的直径d_t和接收端天线阵列的直径d_r，完成LOS MIMO系统用均匀圆阵设计。

具体的，均匀圆阵的信道模型具体为：

其中，d_m,n是第m根接收天线与第n根发射天线之间的距离，λ为波长。

进一步的，第m根接收天线与第n根发射天线之间的距离d_m,n为：

其中，Δθ_m,n为平移至同一平面后，第m根接收天线与第n根发射天线之间的夹角，d_r为接收端天线阵列的直径，d_t为发射端天线阵列的直径，L为接收天线与发射天线之间距离。

具体的，子信道之间平均相关系数γ如下：