基于電磁矢量傳感器的mimo-y型天線陣列形成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于電磁矢量傳感器的MIMO-Y型天線陣列形成方法，包括以下步驟：步驟一、計算接收端多天線為Y型陣列時的入射信號空間導(dǎo)向矢量；步驟二、計算基于電磁矢量傳感器的所述Y型陣列導(dǎo)向矢量；步驟三、計算所述Y型陣列空間衰落相關(guān)性函數(shù)；步驟四、計算所述Y型陣列的陣元為電磁矢量傳感器單元的空間衰落相關(guān)性。本發(fā)明通過在Y型天線陣列中引入電磁矢量傳感器EVS的算法，擴(kuò)展了對MIMO的系統(tǒng)建模，優(yōu)化了MIMO多天線系統(tǒng)終端天線設(shè)計。
【專利說明】基于電磁矢量傳感器的MlMO-Y型天線陣列形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及基于電磁矢量傳感器的ΜΙΜΟ-Y型天線 陣列。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來由于移動通信入網(wǎng)用戶迅速增加，使得無線電頻譜日益擁擠。過去我們常 常通過分裂蜂窩€區(qū)或微小區(qū)的方法來提高系統(tǒng)容量以緩解蜂窩系統(tǒng)中的擁堵情況。但分 裂蜂窩小區(qū)成本高且需要重新配置蜂窩系統(tǒng)，自適應(yīng)性天線能有效解決這個問題。由自適 應(yīng)性天線^成的ΜΙΜΟ系統(tǒng)可以通過多徑信號復(fù)用明顯提高數(shù)據(jù)傳輸速率，以及可以通過 分集來提高接收性能。理論上能成倍的提高ΜΙΜΟ多徑信道容量，并且不需要額外占用系統(tǒng) 頻譜資源，因此ΜΙΜΟ多天線收發(fā)技術(shù)擁有廣泛的發(fā)展前景。且目前多輸入多輸出技術(shù)已經(jīng) 實(shí)現(xiàn)了在固定寬帶無線接入中的應(yīng)用。
[0003] 在ΜΙΜΟ無線收發(fā)技術(shù)中，通?？梢酝ㄟ^增加天線陣元間的距離來減小空間衰落 相關(guān)性，從而提高ΜΙΜΟ系統(tǒng)容量。理論上，為獲得較大的分集增益，基站天線間距離要大于 十個波長和移動終端天線間距離大于一個波長。然而由于空間的有限性，特別是移動終端 的體積有限，在實(shí)際應(yīng)用中，終端天線的部署存在很大限制。在過去的研究中，提出很多方 法來優(yōu)化ΜΙΜΟ多天線系統(tǒng)性能，如UCA(圓形天線陣列，Uniform Circular array) Jhou推 導(dǎo)出波達(dá)信號功率譜分別為均勻分布、高斯分布及雙變量高斯分布時圓形天線和ULA(線 形天線，Uniform Linear Array)的 SFC(空間哀落相關(guān)，Spatial Fading Correlation) 的閉合表達(dá)式并對誤碼率進(jìn)行了研究。Tsai等說明在孔徑尺寸與線形天線相同時，在角 度擴(kuò)展較小或中等時，圓形天線陣列較線形天線陣列誤碼率性能更優(yōu)。Ioannides博士等 在波束成形中應(yīng)用了圓形天線陣列。Takada提出定向天線陣列可有效減小陣元間空間相 關(guān)性。然而定向天線只對固定方向的信號有較好的接收性能，而在其他方向的方向增益可 能很小，因此定向天線常常被用于基站端。在天線陣列中引入電磁矢量傳感器可以明顯減 小陣元間空間衰落相關(guān)性從而提高ΜΙΜΟ系統(tǒng)容量。Y 〇ng分析了 EVS(電磁矢量傳感器， Electromagnetic Vector Sensor)的三維空間衰落相關(guān)性并在三維空間中的線形陣列、圓 形陣列及URA(矩形陣列，Uniform Rectangle Array)中引入電磁矢量傳感器，研究了空間 衰落相關(guān)性，誤碼率，MM0系統(tǒng)容量等。仿真實(shí)驗(yàn)表明，電磁矢量傳感器的引入可以提高系 統(tǒng)性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供一種Y型天線陣列形狀，通過引入電磁 矢量傳感器EVS的算法，擴(kuò)展了對ΜΙΜΟ的系統(tǒng)建模，優(yōu)化了 ΜΙΜΟ多天線系統(tǒng)終端天線設(shè) 計。
[0005] 為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：基于電磁矢量傳感器的ΜΙΜ0-Υ型 天線陣列形成方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟一、計算接收端多天線為Y型陣列時的入射信號空間導(dǎo)向矢量，
[0007] 所述Υ型陣列由Yi、Y2、Y3三個子線形陣列組成，相鄰子線形陣列夾角為120°，相 鄰陣元間距為d，假設(shè)第k個天線陣元的坐標(biāo)為（x k，yk) (k = 1，2, . . .，3M)，則

【權(quán)利要求】
1.基于電磁矢量傳感器的MIMO-Y型天線陣列形成方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、計算接收端多天線為Y型陣列時的入射信號空間導(dǎo)向矢量， 所述Y型陣列由I、Y2、Y3三個子線形陣列組成，相鄰子線形陣列夾角為120°，相鄰陣 元間距為d，假設(shè)第k個天線陣元的坐標(biāo)為（xk，yk)(k= 1，2,. . .，3Μ)，則
以三維坐標(biāo)中的原點(diǎn)為參考點(diǎn)，所述Y型陣列的導(dǎo)向矢量為： α ( θ，V)UYA = [ α 1 ( θ，Ψ)Τ，α 2( θ，Ψ)Τ，α 3( θ，Ψ)Τ]Τ 其中， αι(0,ψ)= α.2(θ. ,;? = Λ;>,(θ.?；') = [!,C-^lrr2u*-2, · :τ 其中ku = 2π/λ，λ表示接收信號的波長，τk =XkCOSVsinθ+yksin￥sinθ，得到： α(β.(；?νγΑ [I, - .,Cjk^llk -1Icos· ·,
1.-M- IK - ：-j Cds i··+ 3Ii- sin t>) sin0 .,, I , , . -1)( - ! 十.、一sht t.) sillI), , ,jT 步驟二、計算基于電磁矢量傳感器的所述Y型陣列導(dǎo)向矢量， 電磁矢量傳感器EVS的導(dǎo)向矢量為：
引入電磁矢量傳感器的所述Y型陣列導(dǎo)向矢量表示為： 〇%m( Θ)=〇fKVS( Θ ) ? orm,A( ft y); 步驟三、計算所述Y型陣列空間衰落相關(guān)性函數(shù)， 在MIMO多天線陣列中，陣元m和陣元η之間的空間衰落相關(guān)定義為：
其中Ε[ ·]為數(shù)學(xué)期望，（·Γ表示復(fù)數(shù)共軛，In.為陣元m接收信號能量均值，3,"巧^). 和aM.d分別為陣元m和η的導(dǎo)向矢量，為波達(dá)信號的三維空間概率分布函數(shù)，在所 述Y型陣列中P(m，η)的實(shí)部和虛部分別為
其中，Sinc(X) =Sin(X)/x，= 7?2 + ?2ξ=?ηη-:佘且 Zx=kw(Xm-Xn)，Zy =kw(ym_yn); 步驟四、計算所述Y型陣列的陣元為電磁矢量傳感器單元的空間衰落相關(guān)性， 所述Y型陣列中第m個電磁矢量傳感器的第P個空間極化分量與第η個電磁矢量傳感 器的第q個空間極化分量的空間衰落相關(guān)函數(shù)為

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁矢量傳感器的MIMO-Y型天線陣列形成方法，其特征 在于： 所述步驟四中得到P(m，n，p，q)的過程為，將所述步驟三中的P(m，η)采用極坐標(biāo) 形式表達(dá)
其中，αυγΑω(θ，ψ)是所述Y型陣列第m個陣元的導(dǎo)向矢量，Ψι,ρ和Ψ2,ρ分別為中Ψ( 9，Ψ)的第一列和第二列的第ρ個元素；假設(shè)ρ(θ)對于的四個參數(shù)θ、ψ、η、γ是 相互獨(dú)立的，即Ρ(θ) =Ρ(θ)ρ(Ψ)ρ(η)ρ(γ)且ρ(η)在[-π，π]上服從均勻分布， PU)在[〇,n/2]上服從均勻分布，即得到所述步驟四中的P(m，η，p，q)。
【文檔編號】H04B7/04GK104270182SQ201410484158
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】周杰, 王亞林 申請人:南京信息工程大學(xué)