荷叶状空间信道的建模方法

1.本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于三维空间域的荷叶状空间信道的建模方法。


背景技术：

2.移动通信中移动台(mobile station,ms)的移动让原本难以描述的散射环境更加复杂，因此建立合理有效的信道模型非常重要。janaswamy针对无线通信系统建模和评估，提出了经典的散射体分布圆模型和椭圆模型，并推导计算信道波达信号的重要空时参数。而二维平面的信道模型不足以准确描述实际信道环境，因此信道研究逐渐转换到三维(three dimensional,3d)空间域。定向天线与多入多出(multiple input multiple output,mimo)多天线系统由于能够更好地评估无线衰落信道波束赋形、分集增益，因此大量应用于无移动通信系统，其中jackel等在3d空间域统计信道引入mimo多天线的概念，此后fard等对mimo多天线系统的信号衰落相关性(signal fading correlation,sfc)展开了分析。以上文献对sfc的研究只是建立在mimo多天线阵列为全向分布的基础上，缺乏在指向性天线覆盖下mimo多天线系统sfc性能的研究。
3.janaswamy的另一研究中，对指向性天线的研究建立在基站(base station,bs)与ms处于同一水平面的基础上，但不适用于3d空间域的移动通信，而此后的半球体信道模型，尽管bs天线高度大于ms适用于3d信道环境，但ms处半球体的信道模型不足以充分描述市郊的信道性能。因此需要一种能够准确描述3d空间域市郊移动通信环境的信道模型，使得该模型能够更能精确地描述在实际移动通信环境中的各种信道性能。
4.由于市郊移动通信环境的范围广、散射体分布较为零散的特点，导致在市郊移动通信环境下使用全向天线时尽管可以覆盖较广的范围，但是对该移动通信环境下某处的通信来说并不能得到更有效的波达信号。


技术实现要素：

5.发明目的：为了解决现有技术中对市郊移动通信环境3d信道模型研究的不足，准确地描述市郊移动通信环境，本发明提出一种荷叶状空间信道的建模方法。为mimo多天线信道系统的空时信道参数处理算法和信道系统性能的提升提供了切实可靠的信道模型，拓展了三维空间域统计信道模型的研究。
6.技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种荷叶状空间信道的建模方法，包括以下步骤：
7.s1、根据基站bs和移动台ms建立荷叶状空间信道模型，获取模型参数，包括波达信号到达移动台ms后形成的椭圆区域数据及各角度数据；
8.s2、根据散射体与ms和bs的距离、散射体在ms处仰角和天线覆盖区域体积，计算ms处波达信号的概率密度函数pdf；
9.s3、根据线阵列ula和环阵列uca的导向矢量，计算信号衰落相关函数sfc；
10.s4、根据信号衰落相关函数sfc，计算mimo多天线信道容量。
11.进一步的，所述的荷叶状空间信道模型，包括基站bs和移动台ms；将移动台ms和基站bs作为在一条直线上的两点，二者之间距离为d；在bs端安装定向天线，发射出的波达信号主瓣宽度为2α，α为波束宽度；ms处的波达信号所在区域为一个椭圆半球体，该椭圆半球体在水平面形成以ms为中心、长半轴为a、短半轴为b的椭圆；以bs、ms所在直线为x轴，ms侧水平面波达信号覆盖的椭圆形区域中长轴为y轴，竖直面为z轴，以ms为原点建立坐标系；
12.bs端的波达信号到达ms处后没有完全将该椭圆半球体照亮时，波达信号与该水平面的椭圆区域产生四个交点，在ms所在水平面中四个交点的位置关于bs-ms所在的直线对称分布；bs-ms直线左半边的两个交点a、b与该椭圆半球体在竖直方向形成一个切面，该切面在z轴方向的切点设为c，波达信号经过c的反射到达ms处；a、b、c三点所在切面与ms之间形成的三维立体区域为r1；在bs-ms直线左半边，r1的前、后被波达信号覆盖区域分别为r2、r4，没有被波达信号覆盖的区域为r3；ms侧被波达信号覆盖的区域，以bs、ms所在的直线为对称轴左右对称分布，r1、r2、r3、r4的对称区域分别为r
′1、r
′2、r
′3与r
′4；
13.s1、s2是波达信号覆盖区域内的任意两个散射体，且与ms处于同一水平面；信道模型参数统计如下：
14.信道模型被bs天线电波照亮的区域其边界在水平面投影的方位角分别为φ1和φ2，散射体s1到达ms和bs的距离分别为rm和rb，r'm和r'b分别为s1到ms和bs的水平距离；ms到达s1的方位角和仰角分别为φm、βm；bs到达s1的方位角和仰角分别为φb、βb，ms与bs的视距为d
los
，d'
los
为d
los
在水平面的投影；bs处天线的主瓣宽度为2α，α
max
为波束宽度α的最大值，bs与地面垂直距离为h
t
，h
t
≥b。
15.进一步的，计算ms处波达信号的概率密度函数pdf，方法如下：
16.散射体s1与ms和bs的距离分别为
[0017][0018][0019]
天线覆盖区域体积记为v：
[0020][0021]
当2α≤2α
max
时，信道模型被照亮区域横切面上一散射体s2在ms处的仰角β
t
为
[0022][0023]
ms处角度φm、βm与rm的联合概率密度函数pdf表示为
[0024][0025]
式(7)对rm和βm积分得到方位角φm的概率密度函数
[0026][0027]
式中p(φm)为方位角φm的概率密度函数。
[0028]
进一步的，计算信号衰落相关函数sfc，方法如下：
[0029]
线阵列ula和环阵列uca的导向矢量分别表示为
[0030][0031][0032]
其中，φ是波达信号与水平面的夹角，即方位角；θ是波达信号与竖直平面的夹角，即仰角；l为ula天线的阵元总数，kw＝2π/λ，λ为波长，[
·
]
t
为矩阵转置；ψl＝(2πl)/l，l＝1,
…
,l-1，ζ＝kwrsin(θ)，r为环阵列的半径；
[0033]
阵元m、n间的sfc函数表示为：
[0034][0035]
其中，e[
·
]为数学期望，(
·
)
*
表示共轭，hm、hn分别为阵元m、n的信道脉冲响应，分别为阵元m和n信道脉冲响应的平均值，am(θ,φ)、an(θ,φ)分别为阵元m、n的导向矢量，p(θ,φ)为多径分量到达角的联合pdf，当方位角和仰角相互独立时，p(θ,φ)＝p(θ)p(φ)。
[0036]
进一步的，t时刻的信道脉冲响应为
[0037][0038]
式中，χj(t)是均值为零的第m独立同分布随机变量，j1为多径分量的个数。
[0039]
进一步的，波达信号在从bs到ms的传输过程中，到达ms的多径分量的方位角分布范围为[φ0‑△
φ
,φ0+
△
φ
]；其中
△
φ
和φ0分别为方位扩展角as和平均方位角maoa；到达ms的多径分量的仰角分布范围为[θ0‑△
θ
,θ0+
△
θ
]，其中
△
θ
和θ0分别表示仰角扩展角es和平均仰角meoa。
[0040]
进一步的，计算mimo多天线信道容量，方法如下：
[0041]
在mimo多天线系统中，若bs和ms处设置分别含有m
t
、nr个阵元的多天线阵列，则信道容量为
[0042][0043]
式中，为nr×
nr的单位矩阵；ρ
snr
为信噪比；h为独立同分布的随机变量矩阵；rr和r
t
分别为bs、ms处多天线阵列的相关矩阵，相关矩阵是阵元间相关函数sfc的矩阵形式；bits
·
s-1
·
hz-1
是信道容量c的单位，即比特/秒/赫兹。
[0044]
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：
[0045]
本发明建立3d mimo多天线荷叶状空间信道模型，设散射体均匀地分布以ms为中心荷叶状信道模型的中心，在bs端安装定向天线的同时引入mimo多天线阵列的概念，从天线阵列导向矢量和信道自相关函数两方面着重分析mimo多天线阵列的sfc，并讨论阵元间距和波达信号角度参数对信道性能的影响。数值仿真结果与以往实际信道测量结果相比较，仿真结果与实际信道环境较为吻合，扩展了空间统计信道模型的研究与应用，为mimo多天线系统性能的研究与估计提供了有力的工具。
附图说明
[0046]
图1是荷叶状信道模型；
[0047]
图2是ms处的波达信号所在区域椭圆半球体示意图；
[0048]
图3是φm对波达信号在ms处方位角边缘pdf的影响；
[0049]
图4是as和es对ula的阵元间sfc的影响；
[0050]
图5是as和es对uca阵列sfc的影响；
[0051]
图6是间距波长比d/λ与ula、uca信道容量关系图。
具体实施方式
[0052]
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
[0053]
本发明所述的荷叶状空间信道的建模方法，具体实现如下：
[0054]
1荷叶状空间信道模型的建立，包括基站bs和移动台ms；如图1所示，将移动台ms和基站bs作为在一条直线上的两点，二者之间距离为d；在bs端安装定向天线，由于定向天线的影响，发射出的波达信号主瓣宽度为2α，α为波束宽度；ms处的波达信号所在区域为一个椭圆半球体，该椭圆半球体在水平面形成以ms为中心、长半轴为a、短半轴为b的椭圆；以bs、ms所在直线为x轴，ms侧水平面波达信号覆盖的椭圆形区域中长轴为y轴，竖直面为z轴，以ms为原点建立坐标系；
[0055]
bs端的波达信号到达ms处后没有完全将该椭圆半球体照亮时，波达信号与该水平面的椭圆区域产生四个交点(图1中a、b、a
′
、b
′
)，在ms所在水平面中四个交点的位置关于bs-ms所在的直线对称分布；bs-ms直线左半边的两个交点a、b与该椭圆半球体在竖直方向形成一个切面，如图2所示，该切面在z轴方向的切点设为c，波达信号经过c的反射到达ms处；a、b、c三点所在切面与ms之间形成的三维立体区域为r1；在bs-ms直线左半边，r1的前、后被波达信号覆盖区域分别为r2、r4，没有被波达信号覆盖的区域为r3；ms侧被波达信号覆盖的区域，以bs、ms所在的直线为对称轴左右对称分布，r1、r2、r3、r4的对称区域分别为r
′1、r
′2、r
′3与r
′4；
[0056]
s1、s2是波达信号覆盖区域内的任意两个散射体，且与ms处于同一水平面；信道模型参数统计如下：
[0057]
信道模型被bs天线电波照亮的区域其边界在水平面投影的方位角分别为φ1和φ2，散射体s1到达ms和bs的距离分别为rm和rb，r'm和r'b分别为s1到ms和bs的水平距离，ms和bs到达s1的方位角和仰角分别为φm、βm和φb、βb，ms与bs的视距(line of sight,los)为d
los
，d'
los
为d
los
在水平面的投影。bs处天线的主瓣宽度为2α，α
max
为波束宽度α的最大值，bs与地面垂直距离为h
t
(h
t
≥b)。
[0058]
2计算ms处波达信号的概率密度函数(probability density function,pdf)
[0059]
图1为荷叶状信道模型，由图可知x轴将荷叶状信道模型划分为左右对称区域，从而简化了信道参数的计算。其中，ms和bs分别与散射体s1的距离可以表示为
[0060][0061][0062]
若图1中天线覆盖区域体积记为v，则v＝v0/2-2v1，式中
[0063][0064]v0
是以ms为中心，a和b分别为长半轴和短半轴的波达信号形成的椭圆半球体的体积v0＝4πa2b/3，v1为r3(或r'3)对应的体积。
[0065]
当2α≤2α
max
时，信道模型被照亮区域横切面上一散射体s2在ms处的仰角β
t
为
[0066][0067]
若图1中ms和bs的笛卡尔坐标表示为(xm,ym,zm)、(xb,yb,zb)，则ms处角度φm、βm与rm的联合概率密度函数pdf可表示为
[0068][0069]
由实际信道环境可知，市郊无线通信环境空旷、散射体分布也较为稀疏，因此散射体符合均匀密度分布的规律，散射体分布函数可表示为
[0070][0071]
其中(xm,ym,zm)是指符合均匀分布的ms处散射体的笛卡尔坐标；
[0072]
因此联合概率密度函数pdf可用rm、φm、βm表示为：
[0073]
[0074]
由联合pdf与边缘pdf的数学关系可知，式(7)对rm和βm积分可得方位角φm的概率密度函数
[0075][0076]
式中p(φm)为方位角φm的概率密度函数。
[0077]
3计算信号衰落相关函数sfc
[0078]
mimo多天线阵列指的是线阵列ula和环阵列uca，bs端采用的是定向天线，它在终端的覆盖范围角度为2α，称主瓣宽度，α
max
为最大波束宽度。
[0079]
一般地，线阵列(uniform linear array,ula)和环阵列(uniform circular array,uca)的导向矢量分别可以表示为
[0080][0081][0082]
其中，φ是波达信号与水平面的夹角，即方位角；θ是波达信号与竖直平面的夹角，即仰角；l为ula天线的阵元总数，kw＝2π/λ，λ为波长，[
·
]
t
为矩阵转置；ψ
l
＝(2πl)/l，l＝1,
…
,l-1，ζ＝kwrsin(θ)，r为环阵列的半径。
[0083]
由此可得阵元m、n间的sfc函数：
[0084][0085]
其中，e[
·
]为数学期望，(
·
)
*
表示共轭，hm、hn分别为阵元m、n的信道脉冲响应，分别为阵元m和n信道脉冲响应的平均值，am(θ,φ)、an(θ,φ)分别为阵元m、n的导向矢量，p(θ,φ)为多径分量到达角的联合pdf，当方位角和仰角相互独立时，p(θ,φ)＝p(θ)p(φ)。其中，t时刻的信道脉冲响应为
[0086][0087]
式中，χj(t)是均值为零的第m独立同分布随机变量，j1为多径分量的个数。波达信号在从bs到ms的传输过程中，由于散射体的作用，到达ms的多径分量会产生一定的角度偏移，即角度扩展。通过对mimo系统性能分析可知，多径分量方位角均匀分布在[φ0‑△
φ
,φ0+
△
φ
]范围内。其中
△
φ
和φ0分别为方位扩展角(angle of spread,as)和平均方位角(mean azimuth of arrival,maoa)。仰角均匀分布在[θ0‑△
θ
,θ0+
△
θ
]上，其中
△
θ
和θ0分别表示仰角扩展角(elevation of spread,es)和平均仰角(mean elevation of arrival,meoa)。
[0088]
4计算mimo多天线信道容量
[0089]
信道衰落相关性指的是信道之间的相互干扰导致波达信号衰减的现象，这个参数越大，信道之间的干扰越大，波达信号受到的影响越大。信道衰落相关性的大小与选用的多天线阵列的形式、阵元个数以及阵元间的距离等都有着非常密切的关系，而这些参数又关系到信道容量的取值。譬如在只考虑阵元个数、不考虑信道衰落相关性时，阵元个数越多，天线接收或者发送的容量越大，但是如果考虑到阵元间的距离，阵元个数越多、天线大小不变的情况下分布得越密集，信道衰落相关性就会变大，波达信号会被衰减，从而降低信道传输质量。因此实际信道的容量受到信号衰落相关性sfc的制约是一种内在的隐性关系。
[0090]
理想状态下信道容量随阵元数目的增加而线性增大，实际信道的容量受到信号衰落相关性sfc的制约。在mimo多天线系统中，若bs和ms处设置分别含有m
t
、nr个阵元的多天线阵列，则信道容量为
[0091][0092]
式中，为nr×
nr的单位矩阵；ρ
snr
为信噪比；h为独立同分布的随机变量矩阵；rr和r
t
分别为bs、ms处多天线阵列的相关矩阵(相关矩阵是公式(11)中阵元间相关函数的矩阵形式)；bits
·
s-1
·
hz-1
是信道容量c的单位，即比特/秒/赫兹。
[0093]
分析发现，当式(8)中的βm取值为零时，ms与bs处于同一水平面，此时荷叶状信道模型便转化为二维平面信道模型，因此式(8)也适用于二维信道模型概率密度函数pdf的计算。
[0094]
如图3为φm对波达信号在ms处方位角边缘pdf的影响示意图。由图可以发现，波达信号在ms处的pdf随方位角增大的变化趋势呈现u型，且与janaswamy模型中方位角pdf的变化趋势一致。由于此时波束宽度α＝2
°
较小，因此当方位角φm《15
°
时，pdf的值保持不变。当15
°
≤φm≤30
°
、60
°
≤φm≤80
°
时方位角的pdf随方位角的增大而减小，而当30
°
≤φm≤50
°
、80
°
≤φm≤100
°
时pdf随φm的增大而增大。
[0095]
图4为meoa＝90
°
，maoa＝90
°
时as和es对ula的阵元间sfc的影响示意图。由图可知，ula的阵元间sfc随阵元间距d的增大而减小(ula在es＝60
°
、as＝0
°
时的sfc除外)。当阵元间距d从零增至0.8λ时，sfc随d的增大而迅速减小，d继续增大时sfc与d的相关性减弱，此时ula的sfc主要受角度扩展的影响。当es＝60
°
、as＝0
°
时sfc完全不受阵元间距的影响，因此as对ula阵元间sfc起到决定性作用。当as＝60
°
时，es＝0
°
对应sfc图像的第一个极小值点在小于es＝60
°
的，且后者sfc图像振荡的幅度前者，因此阵元间距d对sfc的影响随着es的增大而减弱。比较标准差σg＝80时的信号衰落相关性，σg＝80时ula的sfc与es＝0
°
、as＝60
°
时ula的sfc曲线极为相近，因此调节扩展角度es和as使得本发明的空间信道模型向散射体高斯分布的信道环境。
[0096]
如图5为meoa＝90
°
，maoa＝90
°
时as和es对uca阵列sfc的影响。比较图4可知，ula和uca阵元间的sfc均随阵元间距d的增大而减小。当as分别取0
°
、60
°
时，uca的sfc减小至约0.3、0.1；es＝0
°
时，sfc图像呈波动式减小，而当es增至60
°
时，sfc变化的趋势较为平缓。因此uca阵元间sfc均随着es和as的增大而趋于平缓。结合图4可知，as为控制ula和uca阵元间sfc的首要因素，同时阵元间距d对sfc的影响不可忽略，sfc与阵元间距d的相关性随es的增
大而减小。由于sfc表示多天线阵元间相关性的强弱，故在合理范围内增大es可降低阵元间sfc，从而达到提高信道性能与系统稳定性的作用。
[0097]
图6为间距波长比d/λ与ula、uca信道容量的关系图。由图可知，阵元间距d与ula、uca多天线系统信道容量关系密切。当d/λ《1.5时ula信道容量随d的增大而增大，但当d继续增大至d/λ＝1.5时，ula信道容量达到饱和，此时的信道容量几乎不受影响阵元间距d的影响。与实际信道的测量结果比较可知，本信道容量的估计与其较为吻合，本信道模型的建立有利于市郊移动通信信道参数的估计。结合以上分析可知，阵元间距d不仅对天线阵元间衰落相关性起到重要作用，信道容量也受到其制约，因此可通过合理设置阵元间距d的大小使sfc和信道容量达到平衡，从而提高系统性能。
[0098]
针对市郊移动通信环境，本发明建立和应用了有荷叶状信道模型，引入mimo多天线系统的概念，推导出三维空间域下的多天线系统的衰落相关性和信道容量的表达式，阐明了阵元间距和波达信号角度参数对阵元间相关性和信道容量的影响机理，并以ula和uca为例，分析了阵元间衰落相关性以及mimo信道容量。由此可知阵元间距和角度扩展as对阵元间衰落相关性起到决定性作用，ula以及uca的容量均比标准差为80时对应的容量大。研究发现，本发明的mimo信道容量与实际信道容量测量结果较为吻合，但还存在些微的误差有待改进。该信道建模方案简单且使用灵活，可在适当调节模型参数的基础上向二维信道模型转换，对未来5g let-2025愿景中多天线系统的设计和性能优化具有很好的指导意义。

技术特征：
1.一种荷叶状空间信道的建模方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：s1、根据基站bs和移动台ms建立荷叶状空间信道模型，获取模型参数，包括波达信号到达移动台ms后形成的椭圆区域数据及各角度数据；s2、根据散射体与ms和bs的距离、散射体在ms处仰角和天线覆盖区域体积，计算ms处波达信号的概率密度函数pdf；s3、根据线阵列ula和环阵列uca的导向矢量，计算信号衰落相关函数sfc；s4、根据信号衰落相关函数sfc，计算mimo多天线信道容量。2.根据权利要求1所述的荷叶状空间信道的建模方法，其特征在于：所述的荷叶状空间信道模型，包括基站bs和移动台ms；将移动台ms和基站bs作为在一条直线上的两点，二者之间距离为d；在bs端安装定向天线，发射出的波达信号主瓣宽度为2α，α为波束宽度，ms处的波达信号所在区域为一个椭圆半球体，该椭圆半球体在水平面形成以ms为中心、长半轴为a、短半轴为b的椭圆；以bs、ms所在直线为x轴，ms侧水平面波达信号覆盖的椭圆形区域中长轴为y轴，竖直面为z轴，以ms为原点建立坐标系；bs端的波达信号到达ms处后没有完全将该椭圆半球体照亮时，波达信号与该水平面的椭圆区域产生四个交点，在ms所在水平面中四个交点的位置关于bs-ms所在的直线对称分布；bs-ms直线左半边的两个交点a、b与该椭圆半球体在竖直方向形成一个切面，该切面在z轴方向的切点设为c，波达信号经过c的反射到达ms处；a、b、c三点所在切面与ms之间形成的三维立体区域为r1；在bs-ms直线左半边，r1的前、后被波达信号覆盖区域分别为r2、r4，没有被波达信号覆盖的区域为r3；ms侧被波达信号覆盖的区域，以bs、ms所在的直线为对称轴左右对称分布，r1、r2、r3、r4的对称区域分别为r
′1、r
′2、r
′3与r
′4；s1、s2是波达信号覆盖区域内的任意两个散射体，且与ms处于同一水平面；信道模型参数统计如下：信道模型被bs天线电波照亮的区域其边界在水平面投影的方位角分别为φ1和φ2，散射体s1到达ms和bs的距离分别为r
m
和r
b
，r'
m
和r
′
b
分别为s1到ms和bs的水平距离；ms到达s1的方位角和仰角分别为φ
m
、β
m
；bs到达s1的方位角和仰角分别为φ
b
、β
b
，ms与bs的视距为d
los
，d'
los
为d
los
在水平面的投影；bs处天线的主瓣宽度为2α，α
max
为波束宽度α的最大值，bs与地面垂直距离为h
t
，h
t
≥b。3.根据权利要求2所述的荷叶状空间信道的建模方法，其特征在于：计算ms处波达信号的概率密度函数pdf，方法如下：散射体s1与ms和bs的距离分别为与ms和bs的距离分别为天线覆盖区域体积记为v：
当2α≤2α
max
时，信道模型被照亮区域横切面上一散射体s2在ms处的仰角β
t
为ms处角度φ
m
、β
m
与r
m
的联合概率密度函数pdf表示为式(7)对r
m
和β
m
积分得到方位角φ
m
的概率密度函数的概率密度函数式中p(φ
m
)为方位角φ
m
的概率密度函数。4.根据权利要求2所述的荷叶状空间信道的建模方法，其特征在于：计算信号衰落相关函数sfc，方法如下：线阵列ula和环阵列uca的导向矢量分别表示为线阵列ula和环阵列uca的导向矢量分别表示为其中，φ是波达信号与水平面的夹角，即方位角；θ是波达信号与竖直平面的夹角，即仰角；l为ula天线的阵元总数，k
w
＝2π/λ，λ为波长，[
·
]
t
为矩阵转置；ψ
l
＝(2πl)/l，l＝1,
…
,l-1，ζ＝k
w
rsin(θ)，r为环阵列的半径；阵元m、n间的sfc函数表示为：其中，e[
·
]为数学期望，(
·
)
*
表示共轭，h
m
、h
n
分别为阵元m、n的信道脉冲响应，分别为阵元m和n信道脉冲响应的平均值，a
m
(θ,φ)、a
n
(θ,φ)分别为阵元m、n的导向矢量，p(θ,φ)为多径分量到达角的联合pdf，当方位角和仰角相互独立时，p(θ,φ)＝p(θ)p(φ)。5.根据权利要求4所述的荷叶状空间信道的建模方法，其特征在于：t时刻的信道脉冲响应为
式中，χ
j
(t)是均值为零的第m独立同分布随机变量，j1为多径分量的个数。6.根据权利要求4或5所述的荷叶状空间信道的建模方法，其特征在于：波达信号在从bs到ms的传输过程中，到达ms的多径分量的方位角分布范围为[φ0‑△
φ
,φ0+
△
φ
]；其中
△
φ
和φ0分别为方位扩展角as和平均方位角maoa；到达ms的多径分量的仰角分布范围为[θ0‑△
θ
,θ0+
△
θ
]，其中
△
θ
和θ0分别表示仰角扩展角es和平均仰角meoa。7.根据权利要求4或5所述的荷叶状空间信道的建模方法，其特征在于：计算mimo多天线信道容量，方法如下：在mimo多天线系统中，若bs和ms处设置分别含有m
t
、n
r
个阵元的多天线阵列，则信道容量为式中，为n
r
×
n
r
的单位矩阵；ρ
snr
为信噪比；h为独立同分布的随机变量矩阵；r
r
和r
t
分别为bs、ms处多天线阵列的相关矩阵，相关矩阵是阵元间相关函数sfc的矩阵形式；bits
·
s-1
·
hz-1
是信道容量c的单位，即比特/秒/赫兹。

技术总结
本发明公开了一种荷叶状空间信道的建模方法，设散射体均匀地分布以MS为中心荷叶状信道模型的中心，在BS端安装定向天线的同时引入MIMO多天线阵列的概念，从天线阵列导向矢量和信道自相关函数两方面着重分析MIMO多天线阵列的SFC，并讨论阵元间距和波达信号角度参数对信道性能的影响。数值仿真结果与以往实际信道测量结果相比较，仿真结果与实际信道环境较为吻合，扩展了空间统计信道模型的研究与应用，为MIMO多天线系统性能的研究与估计提供了有力的工具。有力的工具。有力的工具。


技术研发人员：朱慧娟 孙冬 刘洋
受保护的技术使用者：南京信息职业技术学院
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8