[发明专利]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

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。

主权项

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(x′，y′）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，R为散射体扇形区域的半径，θb为到达移动台的入射角度，ψ1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：步骤二：计算到达角度(AOA)和到达时间(TOA)的概率密度函数：步骤二‑1：进行坐标系的转换后，定义极坐标(rb，θb)下的联合概率密度函数为：步骤二‑2：计算到达角度(AOA)的概率密度函数：在参数0≤θb≤2π范围内，波达信号AOA概率分布函数f(θb)包括如下三种情况：Case 1:其中Case2:其中Case3:其中步骤二‑3：计算到达时间(TOA)的概率密度函数通过分段求解散射体落在椭圆内的概率与整体散射区域的概率比得到非对称信道模型中MS的波达信号TOA概率密度函数，具体分为如下四种情况：Case1：τ∈[D/c，D/c(2R/D‑1)]其中F1(τ)对自变量τ求导微分可得MS的波达信号的TOA概率密度函数为：Case2：τ∈[D/c(2R/D‑1)，D/c·ρ2]其中F2(τ)对自变量τ求导微分可得MS的波达信号的TOA概率密度函数为：Case3：τ∈[D/c·ρ2，D/c·ρ1]τ为自变量；F3(τ)对自变量τ求导微分可得MS的波达信号的TOA概率密度函数为：Case4：τ∈[D/c·ρ1，+∞]f4(τ)＝0；其中，到达时间τ的范围为：D/c≤τ≤D/c·Max{ρ1，ρ2}，c为光的速度，步骤三：计算MIMO系统信道容量步骤三‑1：测量任意2个天线单元之间的空间衰落相关系数只考虑方位角平面时，空间衰落相关系数ρ(m，n)为：其中，am(θ)和an(θ)分别为阵元m和n的导向矢量，p(θ)为波达信号AOA概率分布函数；步骤三‑2：计算信道容量的平均值其中为Nr维单位矩阵，MIMO信道矩阵H表示为式中Rr为接收端的阵元间相关矩阵，Rt为发射端阵元间相关矩阵，Hw为同分布的复高斯随机矩阵，SNR为信道信噪比，Nt为发射端天线数量和Nr为接收端天线数量，上标T表示矩阵的转置，上标H表示矩阵的共轭转置。