[发明专利]基于VonMisesFisher分布的MIMO信号衰落相关性算法

说明书

技术领域

本发明涉及MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)接收机信号衰落相关性算法领域，特别是基于Von Mises Fisher分布的MIMO信号衰落相关性算法。

背景技术

近年来，MIMO系统可以在接收端和发射端设置多个天线，能有效地利用空间信道中的多径信号来提高性能，并且能够增加无线系统的覆盖范围。利用MIMO的空间复用增益和空间分集增益，不仅可以提高无线信道的容量同时也可以提高无线信道的传输可靠性，降低误码率。正是由于MIMO系统的这些优越性，MIMO天线系统已经成为无线通信技术发展的研究重点。由于通信设备不断的小型化，紧凑型天线阵列得到越来越多的研究。随着小型化的趋势，伴随着的问题也随之而来，天线各单元之间的距离在不断减小，从而会引起单元之间的相关性，从而影响着MIMO天线阵列的信道容量。而单元间的相关性除了各单元之间的距离，主要取决于入射信号的角度扩展。

大量文献都是给出了在入射信号的角度扩展分布为均匀分布和拉普拉斯分布情况下，对MIMO天线单元相关性的影响，但是这些研究只是针对二维平面信道模型，没有考虑俯仰角对空间相关性的影响。Yong S.K.针对不同的天线阵列建立了三维信号接收模型，但是其方位角和俯仰角的入射信号角度扩展相互独立，且都为均匀分布。这与实际的通信移动环境极大的不符合，其入射角度也会更加的复杂。K.Mammasis指出Von Mises Fisher分布具有很强的灵活性，当分布的z轴方向为平均达到角度时，其分布函数就表示方位角和俯仰角之间是相互独立的。这就说明Von Mises Fisher分布函数即可以表示方位角和俯仰角之间的不独立性，也可以表示它们之间的独立性，其分布具有很好的研究意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种MIMO信号衰落相关性算法，考虑方位角和俯仰角之间的不独立性，用Von Mises Fisher分布来描述方位角和俯仰角之间的关系。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：基于Von Mises Fisher分布的MIMO信号衰落相关性算法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一、建立基于Von Mises Fisher散射体分布的三维空间多天线MIMO模型，其散射体分布服从Von Mises Fisher分布；

步骤二、建立三维空间多天线MIMO天线阵列，在MIMO接收端设置均匀Y型天线阵列UYA

或均匀圆环天线阵列UCA，计算相应的入射信号空间矢量，

Y型天线阵列UYA的入射信号空间矢量为

式中，k＝2π/λ，d为天线单元间距，λ为入射信号波长；

圆环天线阵列UCA的入射信号空间矢量为

式中，ψ_l＝2πl/L，l＝0，１，...，L-1为第l单元的单位方位角，ζ＝krsinθ；

步骤三，计算MIMO信号衰落相关性；

(1)计算任意两个天线单元之间的空间衰落相关系数，第m个和第n个天线单元之间的相关性系数为

其中

分别为天线单元m和n的入射信号空间矢量，为信号到达角度的概率密度函数；

(2)计算两天线单元空间相关性函数，通过三角函数分解，两天线单元之间空间相关性函数为

对于UYA，其中Z_x＝k_w[x_m-x_n]，Z_g＝k_w[y_m-y_n]。对于UCA，其中Z₁＝k_wr[cosψ_m-cosψ_n]，Z₂＝k_wr[sinψ_m-sinψ_n]，η＝tan^-1(Z₁/Z₂)。

所述步骤三(1)中UYA和UCA的相关性系数分别为：

和

其中