[发明专利]一种关于角度域任意功率谱MIMO信道特征计算方法

说明书

本发明公开了一种关于角度域任意功率谱MIMO信道特征计算方法，首先给出对角度域功率谱进行采样的衰落空间相关性表达式；其次，对加权系数进行归一化处理，并给出了任意角度域空间相关性模型；然后，针对任意理论式的信号功率谱分布，采样角度域基函数采样拟合原分布函数；最后，给出信道仿真为Von Mises分布的理论式，并模拟验证拟合算法。本发明通过小角度扩展拟合得到等效大角度扩展，计算和导出各种基函数拟合情况下的无线信道衰落相关性，使得近似计算法可运用于任意角度域功率谱，并能极大地减低理论计算复杂性，进而提高分析和仿真复杂MIMO多天线系统的效率。

技术领域

本文发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种关于角度域任意功率谱MIMO信道特征计算方法。

背景技术

多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)多天线收发技术已经实现了在固定宽带无线接入中的应用，并快速向Massive MIMO系统应用扩展。由于MIMO多天线技术可通过OFDM等复用技术明显提高信道数据传输速率和分集性能，在理想状态可成倍地提高信道容量,并且不需要额外占用信道频谱已使得MIMO在商业中逐步得到开发和研究,并逐步向Massive MIMO发展。使得Massive MIMO多天线收发技术已经广泛的发展和应用，并将成为未来5G系统的关键核心技术。无线信道是移动通信系统研究的基础，也是研究中对系统链路级仿真、样机测试以及标准制定提供理论基础，且尽量符合实测数据以实现技术支撑。大量研究表明，MIMO多天线系统性能取决于其多径信道矩阵的秩，而信道矩阵的秩依赖于天线端口处信号的空间衰落相关性(spatial fading correlation,SFC)。随移动通信技术的发展以及Macrocell和Microcell等宏区微区的实际应用，使过去研究很多关注单一簇信号波达信号分布函数的基础上，采用射线追踪算法和包算法等进行信道建模。但是无线信道环境更加具有多样化和复杂化，近年基于空间散射体分布模型下的信道模型得到广泛关注，其能够完整地描述物理传播信道，使之更加利于拟合多种复杂实际的信道环境。因此近年已有大量关于无线信道环境对MIMO多天线阵元衰落SFC的影响的研究。Fu-Chiarng Chen等人研究了波达信号的功率谱PDF为均匀分布和拉普拉斯分布等情况下,线形阵(uniform linear array,ULA)或矩形阵的多径衰落信号SFC,对建立MIMO多系统模型具有重要的实际意义。周杰等人分析了分集接收中的分集增益效果与空间衰落相关性下降的关系以及相关的小角度扩展近似拟合。Carlos A.Gutierrez-Diaz-de-Leon等人利用了级数以及复杂积分来计算Massive MIMO紧凑空间阵元系统的衰落相关性。以上所有研究均是以假设功率谱PDF确定式去拟合Macrocell和Microcell区，而现实情况下的复杂组合以及在任意功率谱PDF分布拟合算法等还缺乏相关的分析和研究。也发现有关多类簇组合波达信号功率谱PDF分布以及以实测环境信道数据为依据的MIMO衰落相关性的数值计算与仿真文献更是少之又少。

发明内容

发明目的：本发明提出一种关于角度域任意功率谱MIMO信道特征计算方法，使得近似计算法可运用于任意角度域功率谱，并能极大地减低理论计算复杂性，进而提高分析和仿真复杂MIMO多天线系统的效率。

技术方案：本发明所述的一种关于角度域任意功率谱MIMO信道特征计算方法，包括以下步骤：

(1)针对均匀线性阵列ULA给出波达信号在方位角平面的衰落相关性表达式，同时为提高计算效率，给出对角度域功率谱进行采样的衰落空间相关性表达式；

(2)对加权系数进行归一化处理，并给出了任意角度域空间相关性模型；

(3)针对任意理论式的信号功率谱分布，采样角度域基函数采样拟合原分布函数；

(4)给出信道仿真为Von Mises分布的理论式，并模拟验证拟合算法。

进一步地，所述步骤(1)包括以下步骤：