[发明专利]一种用于三维车载的大规模虚拟天线阵列的建立方法

权利要求书

1.一种用于三维车载的大规模虚拟天线阵列的建立方法,其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)假设汽车的每个平面上都设置有大量的定向天线,将每个平面上都设置有大量的定向天线的汽车构建为初始虚拟天线阵列,在初始虚拟天线阵列中,采用球面波假设替代平面波假设,信道的冲激响应和复振幅以及天线阵列的导向矢量有关,则信道的复冲激响应表示为：

其中,α_j(t)表示复振幅,N表示大规模天线的数目,α_A和β_E分别表示发射信号在x轴与y轴正方向的夹角；

虚拟天线阵列的导向矢量a(α_A,β_E)公式为：

其中,m＝k_wd_xcosα_Acosβ_E,p＝k_wd_ycosα_Acosβ_E,k_w＝2π/λ,标量d_x和d_y分别表示x轴及y轴上两个天线阵元的间距,vec(·)表示对矩阵进行向量化处理；

(2)由于汽车的底面紧靠地面,很难通过汽车底面发出信号传输到接收端,在天线阵列模型中,对除底面以外的五个面进行编号；

(3)虚拟天线阵列中的发射端均能够朝着各个方向发射信号传输到接收端,根据对各个面的编号,随着天线阵元编号mpq变化,mpq＝1,2,...,N,导向矢量a_mpq(α_A,β_E)的闭合解表示为：

(4)假设发射信号在水平面的夹角和竖直面上的夹角均匀分布,且0≤α_A≤2π,0≤β_E≤π/2,定义d_x、d_y和d_z分别表示发射端的两个天线阵元在x轴、y轴以及z轴上的间距,d_x′、d_y′和d_z′分别表示接收端天线阵元在x′轴、y′轴以及z′轴上的间距,则第mpq根天线和第MPQ根天线之间空间互相关性表示为：

其中,d_Tx＝(m-M)d_xcosα_Acosβ_E,d_Ty＝(p-P)d_ysinα_Acosβ_E和d_Tz＝(q-Q)d_zsinβ_E；

(5)通过步骤(2)-(4)所得到的天线阵列模型的复冲激响应、导向矢量、导向矢量a_mpq(α_A,β_E)的闭合解以及天线阵列模型内天线与天线之间的相关性使得步骤(1)所构建的初始虚拟天线阵列具体化,完成用于三维车载的虚拟天线阵列的建立。

2.根据权利要求1所述的一种用于三维车载的大规模虚拟天线阵列的建立方法,其特征在于：由所述步骤(1)中的天线阵列模型的导向矢量a(α_A,β_E)公式可知,当发射端与接收端之间的距离逐渐增加时,MIMO信道矩阵的属性逐渐由球面波阵趋向于平面波阵变化,当天线的导向矢量是平面波阵时,可忽略信号的竖直夹角(β_E＝0)。

3.根据权利要求1所述的一种用于三维车载的大规模虚拟天线阵列的建立方法,其特征在于：所述步骤(2)中除底面以外五个面分别为顶面、前面、后面、左侧面和右侧面,对顶面、前面、后面、左侧面和右侧面分别定义为UVKT、TKGS、UVEF、UTSF和KVEG,即所述UVKT、TKGS、UVEF、UTSF和KVEG上都布置有大规模定向天线,对五个面进行编号即对平面UVKT、TKGS、UVEF、UTSF和KVEG依次进行编号。

4.根据权利要求3所述的一种用于三维车载的大规模虚拟天线阵列的建立方法,其特征在于：对所述平面UVKT、TKGS、UVEF、UTSF和KVEG依次进行编号的导向矢量公式为：

a(α_A,β_E)＝[a₁(α_A,β_E),a₂(α_A,β_E),...,a_mpq(α_A,β_E),...,a_N(α_A,β_E)]^T

其中,a_mpq(α_A,β_E)表示在天线阵列模型中,第mpq根天线阵元的相位矢量,a_mpq(α_A,β_E)也可以表示为x轴、y轴以及z轴上的第m、p和第q根天线阵元,m＝1,2,...,W,p＝1,2,...,L和q＝1,2,...,H。