三维传播环境天线阵列空域相关性研究

针对任意三维传播环境下多天线空域相关性求解复杂的问题,提出一种基于角度域脉冲采样的高效近似计算方法。针对均匀角度谱分布,详细推导出了天线空域相关系数的闭合表达式和近似表达式;针对非均匀任意角度谱,利用有限个均匀二维采样脉冲加权叠加进行逼近,从而将天线空域相关系数等效为多个均匀采样脉冲对应相关系数的加权之和。基于实测的Von Mises Fisher角度谱,仿真结果表明,当采样间隔小于2°时,所提方法运算量仅为数值积分方法的十分之一,而绝对误差小于0.005,可以应用于多天线分集、多输入多输出系统性能评估及天线阵列流型优化等场合。

三维空间多天线相关性及互耦影响研究

针对三维传播环境下多天线系统空域相关性评估问题,首先将达波信号二维角度谱建模为更为通用的von Mises-Fisher(vMF)分布,并推导了不同阵列流型天线空域相关系数的解析式和近似表达式;然后分析互耦机理及其对接收信号矢量的影响,据此推导了互耦效应下天线空域相关性的闭式表达式,并给出了存在互耦的相关性与无互耦相关性之间的内在关系.仿真结果表明,本文推导的天线相关性表达式与数值计算结果非常吻合.另外,小角度扩展时,考虑互耦效应的天线空域相关曲线围绕着无互耦时的相关性曲线上下波动,且面型阵列具有更好的抗互耦能力.

天线物理特性对MIMO信道空域相关性的影响

针对天线物理特性会对MIMO信道空域相关性产生影响的问题,分析耦合和极化效应的产生及影响机理,构建非均匀散射环境下综合天线物理特性的单极化MIMO信道模型,据此导出MIMO信号的空域相关性理论表达式,并针对3GPP SCM标准信道场景参数进行仿真.仿真结果表明,耦合效应随天线间距变小而更显著,极化因子则与不同极化天线组合有关,两者在一定程度上可降低MIMO信道的空域相关性,但均不能有效提高系统容量性能.

互耦效应对不同阵列流型相关性的影响

分析了互耦机理及其对接收信号矢量的影响,详细推导了入射信号角度谱服从Von Mises分布时,任意数目线型、圆型及面型等不同流型阵列的天线空间相关系数的闭式表达式和近似表达式,并据此推导出了综合互耦因素的对应流型阵列天线的相关系数解析式。仿真结果表明:本文推导的天线空间相关系数表达式与数值积分结果非常吻合。另外,在互耦效应下,天线阵元相关性围绕着无互耦时的相关性曲线上下波动,且面型阵列具有更好的抗互耦能力。

基于随机游动的宽带MIMO信道模型研究

针对现有信道仿真模型要求支路数目多且仿真时间长的问题,提出了一种基于随机游动的谐波叠加改进方法,详细推导了该模型输出信道衰落幅值分布及空时相关系数的理论表达式。针对3GPP空间信道模型(Spatial Channel Model,SCM)标准参数的仿真结果表明,新方法输出衰落幅值分布和各子信道衰落空时相关特性均与理论值非常吻合,优于传统精确多普勒频率扩展的仿真方法,可用于未来大规模多支路的多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)信道或多节点网络信道的实时仿真场合。