[发明专利]一种MIMO车载通信系统及其性能评估方法

说明书

本发明涉及MIMO车载通信系统性能评估方法，所述系统基于传统的椭圆模型，将多跳散射模型通过几何变换等效为单点散射模型，并通过空间衰落相关性和信道容量以及多普勒参数评估MIMO多天线系统的性能，MIMO车载通信系统的接收端为至少一组阵元为全向天线的圆形阵列，并根据空间衰落相关函数、MIMO多径信道容量以及多普勒频谱分布函数三类信息参数对系统性能进行评定，有益效果为：通过引入空间衰落相关系数，MIMO多径信道容量以及多普勒参数三个性能评价参数，分析发射端定向天线阵列相对于全向天线阵列的优势，从系统性能与波达信号分布及定向天线波束方向之间的关系发现，定向天线阵列的系统性能优于全向天线阵列的系统性能。

技术领域

本发明涉及终端MIMO多天线通信探测领域，尤其涉及一种MIMO车载通信系统及其性能评估方法。

背景技术

近年来MIMO无线通信技术飞速发展，已成为5G移动通信技术的一个主要研究对象，为了建立更高效的车载通信系统，匹配现实通信场景的MIMO衰落信道模型设计及其空间特征的准确认知尤为重要。针对移动通信环境，研究者提出了一系列聚焦在2D平面的基于几何统计的散射信道性能评估方法，如经典的散射体空间分布圆模型和椭圆模型。Qu推导了一个三维空间模型的多普勒频谱概率分布，Nawaz等人提出了由定向天线基站(BS)构成的三维散射信道性能评估方法，其中考虑了由于街道建筑、地面和其它垂直对象相互作用产生的高层平面角度散射。同样是基于微小区环境，Jiang推导出了一个一般性的3D散射信道模型，此模型中假定散射体均匀分布于BS周围，拓展了信道模型在空间角度方面的研究。一个基于M2M无线传播环境的3D椭圆模型由Riaz提出，研究者总结出位于移动站(MS)的相对方向上多路径波形的AOA出现频率最多。随着城市建设的不断发展以及汽车的普及，越来越多的研究者将城市街道传播场景的信道建模作为研究对象。Ghoraishi等人运用极坐标分析了一个基于2.2GHz频率的城市街道通信场景的非可视化传播信道模型数据。Cheng提出了一个改进型的各向异性车载通信几何散射模型，该模型仅聚焦在单散射和双散射，多跳散射的情况没有详细讨论。Mac Cartney等人在城市微小区环境中进行了两次测量实验并由此提出了适用于5G标准的路径损耗模型，该模型对于5G通信发展有重要的推动作用。Avazov设计了一个基于室外通信环境的LOS和NLOS传播条件下的几何街道散射信道性能评估方法，其中同样未考虑到波达信号的多跳散射传播路径。在信道建模的研究中，经典椭圆模型的主要缺陷就是对于波达信号的传播路径只考虑了单跳散射，而多跳散射传播路径未考虑；根据Ghoraishi等人对东京和横滨市中心的测量数据，射频跟踪接收器检测到了大量散射体信号，可以判断，对于较为狭窄的密集城市街道环境而言，仅仅考虑单点散射不太切合实际，因为有效街道宽度不足以匹配模型的最大散射区域。对于这样的街道微小区场景，单点散射假设的实现要求相当严格，而当考虑了波达信号的多散射传播路径之后，以往的散射信道性能评估方法将不再适用。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术之不足，考虑信道衰落信号相关性的同时引入等效散射点概念，提出了一种MIMO车载通信系统及其性能评估方法，通过引入空间衰落相关系数，MIMO多径信道容量和多普勒功率谱等性能评价参数，分析天线阵列的性能优势，具体由以下技术方案实现：

所述MIMO车载通信系统性能评估方法，基于传统的椭圆模型，将多跳散射模型通过几何变换等效为单点散射模型，并通过空间衰落相关性和信道容量评估MIMO多天线系统的性能，MIMO车载通信系统的接收端为至少一组阵元为全向天线的圆形阵列，并根据空间衰落相关函数ρ(m，n)：、MIMO多径信道容量以及多普勒频谱分布函数p(f_m)三类信息参数对系统性能进行评定，

制定接收端圆形阵列的空间衰落相关函数如式(1)：

式(1)中，m、n表示阵元，Ψ_m(θ)是第m个阵元的导向矢量，f(θ_m)是多径信道对应方位角平面内的到达角AOA概率密度函数，表示第n个阵元的共轭导向矢量；