[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

说明书

本发明涉及一种用于三维车载的大规模虚拟天线阵列的建立方法,具体包括以下步骤：（1）构建初始虚拟天线阵列;(2)在虚拟天线阵列中,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,随着天线阵元编号变化,,求解导向矢量的闭合解;(4)求解第根天线和第根天线之间空间互相关性;（5）将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。本发明的天线阵列能够准确的描述5G通信系统中的车载移动通信环境,不仅为车载移动通信带来便利,同时为5G无线通信系统信道测量、建模与估计提供了重要的理论参考和设计分析基础,具有非常重要的理论和应用价值。

技术领域

本发明涉及信道模型技术领域,具体涉及一种用于三维车载的大规模虚拟天线阵列的建立方法。

背景技术

近年来,伴随频谱利用率的不断提高,许多无线通信系统的设计中都引入了(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术。大规模MIMO,主要是指在发射端和接收端设置有成百上千根天线,这样可以满足5G车载无线通信的需求。在无线通信系统中,大规模MIMO能够提高频谱利用率和能量利用率,相比传统的MIMO无线通信系统具有广阔的应用前景。在5G无线通信网络中,大规模MIMO下的车与车(Vehicle-to-Vehicle,V2V)通信作为一大研究热点,国际上许多课题组对此展开深入研究。然而,我们在分析设计大规模MIMO下的V2V通信系统时,首先应当构建准确的无线信道模型。

当前文献提出了多种MIMO天线阵列模型,其中包括均匀线型阵列、均匀圆型阵列、均匀矩形阵列以及均匀同心圆环阵列。传输信号在上述MIMO天线阵列中满足远场假设,即假设波前是平面的。在2009年,K.Mammasis提出了Von Mises Fisher分布的函数式,推导了均匀圆型阵列中不同天线阵元的空间互相关性函数。为了充分利用无线信道的MIMO通信系统,我们需要准确地构建多径衰落下的MIMO信道模型。到目前为止,经过国际上许多研究团队的共同努力,提出了许多经典5G信道模型,比如Okumura/Hata、IEEE 802.16d、Winner II以及Clarke模型。早期文献主要提出二维几何散射模型来描述传统的MIMO信道,比如圆环模型、椭圆模型和中空圆环模型等等。而在实际的移动通信环境中,建筑大楼等路边障碍物大都竖直分布,因此信号会在三维空间中传输到接收端。鉴于此,当分析移动无线通信系统的性能时,应当考虑信号的竖直角度对于传输性能的影响。然而,上述信道模型主要基于远场的假设,并不能够准确地描述大规模MIMO信道模型。结合实验测量数据可知,当发射端/接收端设置有非常大的天线数目时,发射端与接收端的距离往往会小于Fraunhofer距离,因此不同合适采用平面波的假设来描述大规模MIMO信道。此时,我们需要假设波前是球面的。V2V信道的非平稳性不仅是指时间域上的非平稳特性,同时还指天线阵列上的非平稳性。通过对V2V信道在平面波假设和球面波假设中的传输特性进行比较可以发现,平面波假设会低估了信道矩阵的秩；同时,平面波假设只是集中在非常短的传输距离内,并不能准确地描述大规模MIMO无线通信系统。

当构建三维大规模MIMO V2V信道模型时,需要考虑散射簇的阵列演化和球面波假设。当前文献提出了一系列的大规模MIMO信道模型,但并没有考虑到信道的非平稳特性以及球面波假设对于传输特性的影响。为了能够准确地描述非平稳V2V移动通信环境,本发明提出一种三维车载大规模天线阵列模型,其中假设汽车的每个平面上都设置有大量的定向天线。在天线阵列模型中,主要采用了球面波的假设替代了传统的平面波假设。研究表明,与传统的天线阵列模型,本章的天线模型能够为无线通信系统提供更为理想的传输性能,因此能够广泛地应用到未来的V2V移动通信系统的设计中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于三维车载的大规模虚拟天线阵列的建立方法来解决5G通信系统中车载之间的通信问题。

为解决以上技术问题,本发明的技术方案为：提供一种用于三维车载的大规模虚拟天线阵列的建立方法,其创新点在于：具体包括以下步骤：