[发明专利]一种多输入多输出天线信道外模式场重构方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及多输入多输出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Out-put)天线技术，尤其涉及一种MIMO天线信道外模式场重构方法及装置。

背景技术

目前，第三代合作伙伴计划(3GPP，3rd Generation Partnership Project)以及Winner(Wireless World Initiative New Radio)采用的空间信道模型分别为SCM(Spatial Channel Model)和S CME(Spatial Channel Model Extenion)，其特征参数均是通过对收发两端的传输及其近场的散射信号进行统计处理而得到。这种统计处理方式理论上虽然可支持任意拓扑结构的天线单元和阵列，但是，由于天线信道的多样性以及天线与近场环境相互作用的复杂性，导致基于收发两端的传输及其近场的散射信号统计得到的SCM和SCME信道模型不能准确反映天线及其近场信道特征，这一现状，已无法满足长期演进(LTE，Long Term Evolution)和超三代(B3G，Beyond Third Generationin)无线链路性能准确仿真和评估的迫切需要。比如，在基站侧，SCM和SCME只考虑了理想化、实际情况不使用的均匀直线天线阵(ULA，Uniform Linear Array)模型，而在终端侧，天线被SCM和SCME简化为理想的点辐射器。仿真与实测对比结果表明，采用ULA天线和点辐射器模型来评价实际的多天线系统性能，会导致较大偏差，特别是，用点辐射器模型而不是用更精细的终端设备天线信道模型描述系统性能时，难以有效表征终端空中(OTA，Over the Air)特性、终端电磁波吸收率(SAR，Specific Absorption Rate)。为了更准确设计、评估和测试LTE-MIMO等新一代系统，需要在SCM和SCME中，发展精细的天线信道特性模型。

然而，精细的天线信道特性模型构建，涉及到复杂的电磁理论。如何基于终端天线所固有的小型化和高密度特点，充分考虑终端天线阵列空间结构的灵活性、天线单元极化特性的随机性及其自身特有的强近场耦合效应和负载牵引效应特性，研究和开发高效、通用的天线信道模型，并实现与现有SCM、SCME模型的有机结合，以满足通信系统精细仿真的效率要求和标准化要求，是当前迫切需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种MIMO天线信道外模式场重建的方法及装置，能够准确、快捷地确定出MIMO天线球面外空间的辐射电磁场信息。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供的一种MIMO天线信道外模式场重建的方法，该方法包括：

确定包围MIMO天线和待测终端的球面，获取所确定球面的球矢量波函数的截断项数，并在所述球面剖分出的网格网点上放置激励点源；

利用截断项数，将所有激励点源的球矢量波函数模式场叠加，构建激励点源阵列的等效模式场；

通过将实际MIMO天线的辐射场与等效模式场进行匹配，重建等效模式场。

上述方案中，所述确定包围MIMO天线和待测终端的球面为：确定包围MIMO天线和待测终端的球面为以R为半径的球面；其中，R≥max(D²/λ，3D，10λ)，D为包围天线和待测终端的最小球面直径，λ为MIMO天线辐射电磁波的波长。

上述方案中，所述获取所确定球面的球矢量波函数的截断项数为：根据R确定球矢量波函数展开需要的截断项数N；其中，N＝[kR]+10，[]表示取整，k＝2π/λ。

上述方案中，所述在所述球面剖分出的网格网点上放置激励点源为：将球面剖分为均匀球面网格，在所得每个网格网点位置处放置三个相互垂直的电基本振子和三个相互垂直的磁基本振子，并将所述电基本振子、磁基本振子的电流、磁流方向分别对应网格局域直角坐标系的x、y、z坐标轴方向，所述电基本振子、磁基本振子构成一个激励点源。

上述方案中，所述利用截断项数，将所有激励点源的球矢量波函数模式场叠加，构建激励点源阵列的等效模式场，为：结合球矢量波函数平移变换理论，并利用球矢量波函数展开需要的截断项数N，将激励点源的电、磁辐射场从网格局域直角坐标系等效变换到全域直角坐标系的模式场，则第i个激励点源的球矢量波函数模式场为：