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专利号: 2013107327626
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于非对称空间结构和非均匀散射体的统计信道计算方法,其特征在于:基于非对称空间统计信道模型实现,所述非对称空间统计信道模型包括移动台和基站,所述基站中设置有指向性天线,所有散射体非均匀分布在基站天线覆盖的扇形散射区域内,且服从高斯分布或指数分布;其中基站建立(x,y)坐标系,移动台建立(x′,y′)坐标系,移动台和基站之间距离为D,rs为基站到某个散射体的距离,rb为移动台MS到某个散射体的距离,R为散射体扇形区域的半径,θb为到达移动台的入射角度,ψ1为坐标x轴与散射体上半边缘之间的角度,ψ2为坐标x轴与散射体下半边缘之间的角度;

信道计算方法包括如下步骤:步骤一:计算散射体极坐标的分布密度函数表达式:

步骤二:计算到达角度(AOA)和到达时间(TOA)的概率密度函数:步骤二-1:进行坐标系的转换后,定义极坐标(rb,θb)下的联合概率密度函数为:

步骤二-2:计算到达角度(AOA)的概率密度函数:在参数0≤θb≤2π范围内,波达信号AOA概率分布函数f(θb)包括如下三种情况:Case 1:

其中

Case2:

其中

Case3:

其中

步骤二-3:计算到达时间(TOA)的概率密度函数通过分段求解散射体落在椭圆内的概率与整体散射区域的概率比得到非对称信道模型中MS的波达信号TOA概率密度函数,具体分为如下四种情况:Case1:τ∈[D/c,D/c(2R/D-1)]

其中

F1(τ)对自变量τ求导微分可得MS的波达信号的TOA概率密度函数为:

Case2:τ∈[D/c(2R/D-1),D/c·ρ2]

其中

F2(τ)对自变量τ求导微分可得MS的波达信号的TOA概率密度函数为:

Case3:τ∈[D/c·ρ2,D/c·ρ1]

τ为自变量;F3(τ)对自变量τ求导微分可得MS的波达信号的TOA概率密度函数为:

Case4:τ∈[D/c·ρ1,+∞]f4(τ)=0;

其中,到达时间τ的范围为:D/c≤τ≤D/c·Max{ρ1,ρ2},c为光的速度,

步骤三:计算MIMO系统信道容量步骤三-1:测量任意2个天线单元之间的空间衰落相关系数只考虑方位角平面时,空间衰落相关系数ρ(m,n)为:

其中,am(θ)和an(θ)分别为阵元m和n的导向矢量,p(θ)为波达信号AOA概率分布函数;

步骤三-2:计算信道容量的平均值

其中 为Nr维单位矩阵,MIMO信道矩阵H表示为 式中Rr为接收端的阵元间相关矩阵,Rt为发射端阵元间相关矩阵,Hw为同分布的复高斯随机矩阵,SNR为信道信噪比,Nt为发射端天线数量和Nr为接收端天线数量,上标T表示矩阵的转置,上标H表示矩阵的共轭转置。

2.根据权利要求1所述的基于非对称空间结构和非均匀散射体的统计信道计算方法,其特征在于:还包括如下步骤:步骤四:通过移动台的波达信号AOA概率密度函数,计算因移动台MS的移动特征所产生的信号多普勒频移和功率谱,其中多普勒频移的概率密度函数为:

其中,fm=υ/λ为移动台MS的最大多普勒频移和λ为载波波长,其中,υ为移动台的移动速度,φυ为移动台移动方向与直达路径LOS之间的夹角,fφ(φ)移动台MS的来波信号AOA概率密度函数,所述多普勒功率谱为:

3.根据权利要求1或2所述的基于非对称空间结构和非均匀散射体的统计信道计算方法,其特征在于:所述非对称空间统计信道模型移动台端设置ULA和UCA多天线MIMO阵列。