一種3d-mimo天線極化增益的聯合存儲方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于無線通信【技術領域】，尤其涉及3D天線極化增益的計算和3D信道估計技術。本發(fā)明根據半波偶極天線的共同特性，發(fā)明一種聯合存儲極化增益的方法，該方法對3D-MIMO中天線系統(tǒng)的三維極化增益的存儲數據進行了分類和簡化，不僅節(jié)省了大量的存儲空間，解決了巨大的三維極化增益數據的存儲難題，又能加快波束離開或到達天線時的三維極化增益的計算，還減小了天線在調整姿態(tài)時所需要更新的動態(tài)數據，有利于天線對準技術的實施。
【專利說明】—種3D-MIM0天線極化增益的聯合存儲方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信【技術領域】，尤其涉及3D天線極化增益的計算和3D信道估計技術。
【背景技術】
[0002]隨著無線通信的發(fā)展，多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, ΜΙΜΟ)技術被越來越深入地研究，由于無線信道的多徑特性，使得MIMO技術在不改變發(fā)射功率和帶寬的情況下，相對單天線系統(tǒng)有很大的容量提升，因此，MMO已經成為許多天線通信系統(tǒng)的關鍵應用技術，比如第四代無線通信技術LTE (3GPP Long Term Evolution)。
[0003]以往的無線通信技術所涉及的MMO技術均是指二維的多輸入多輸出(Two-Dimensional Multiple Input and Multiple Output System, 2D-MIM0)技術，即基站到用戶的傳輸電磁波是在平面內進行傳輸的，從基站(Base Station, BS)到用戶(MobileStation, MS)各條多徑的離開角和到達角均限制在水平面的二維平面內，波束的到達角只考慮水平到達角(Angle Of Arrival，Α0Α)，波束的離開角只考慮水平離開角(AngleOf Departure, A0D),而把垂直到達角(Elevation Angle Of Arrival, E0A)和垂直離開角(Elevation Angle Of D印arture，E0D)都默認設為了 90度。三維的多輸入多輸出(Three-Dimensional Multiple Input and Multiple Output System, 3D-MIM0)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)2D-MIM0中增加了仰角的維度，即EOA和EOD不能簡單的都設為90度，而是會根據系統(tǒng)不同的場景中基站用戶不同的分布而確定的值，代表的是電磁波在傳播過程中，在垂直方向上偏離的角度大小，因此，比2D-MM0多了一個仰角維度。目前尚屬于較新的前沿【技術領域】。
[0004]在傳統(tǒng)的2D-MM0中，因此，天線的極化增益僅存在于水平面，是一個數據量不大的2維數組。傳統(tǒng)的2D-MM0天線系統(tǒng)架構大部分均為每根天線擁有獨立的一個儲存器，用來存儲自身的極化增益，當傳播波束到達時，每根天線根據該到達波束的方位角確定一對上下限點，使該方位角位于上下限點之間，然后從自身的存儲器中讀取出方位角范圍上限點和下限點的極化增益值，利用一維插值，可以快速計算出該波束的極化增益。傳統(tǒng)的2D-MM0天線的設計框圖如圖1所示，擁有多個存儲器、計算模塊、信道控制模塊和天線下傾角調整模塊等。當波束到達時，每根天線從與之相連的極化增益存儲器中，取出兩個與到達波束角度最接近的兩個點，傳輸給計算模塊，計算模塊根據一維插值方法，可以快速計算出該到達波束的天線極化增益，傳輸給信道控制模塊，以便用于后續(xù)的信道檢測和波束賦形等運用，也傳輸給天線下傾角調整模塊，用于動態(tài)調整每根天線的極化增益存儲器的值。
[0005]顯然，傳統(tǒng)的2D-MM0明顯不符合實際中波束的傳輸情況，實際通信環(huán)境中，由于散射體的高度和天線的高度，電磁波要經過繞射、折射等方式傳輸到用戶端，是一個三維的傳輸場景，除了水平到達角和離開角外，還有垂直維的角度，EOA和EOD不總是為90度，因此,考慮加入EOA和EOD的影響，會給信道增加一個仰角方位的變化維度,進而會增加信道的傳輸容量，因此，3D-MIM0會帶來更好的信道增益等優(yōu)點，是今后信道設計和仿真的一個發(fā)展趨勢之一。目前，對于3D-MM0的建模，主要集中在WINNER II (Wireless WorldInitiative New Radio II，WINNER II )信道的基礎上，進行仰角維度的擴展，完成對3D-MIM0信道建模和仿真驗證。
[0006]由于3D-MM0需要考慮仰角的影響，因此需要把天線的場分布從簡單的2維擴展到復雜的3維的立體空間，此時的極化增益的特性變得復雜，因此，3D-MM0需要儲存的極化增益數組將是一個數據量巨大的三維數據，即使采用了一定的壓縮算法，需要存儲的場分布仍然是一個數據量巨大的三維數組，傳統(tǒng)的2D-MIM0天線存儲計劃增益的方式會帶來巨大的存儲開銷，而且當電磁波波束到達時，計算計劃增益時需要讀取的數據多，導致效率低，耗時長，給信道計算帶來的延時大，不利于信道傳輸的實時性。并且，當采用適當的波束成形，根據用戶的方位分布而調整天線的排放位置，調整波束覆蓋范圍以便使接收到的信號最佳時，天線需要更新儲存器中的計劃增益的數據量也較大，不利于天線的對準技術的實現。而目前對于以上所述問題，并沒有相關文獻或資料提出過很好的解決方案。對于三維天線計劃增益的存儲問題依然困擾著對3D-MIM0進行研究的技術人員。
[0007]而目前大部分天線使用的是半波偶極天線，以豎直傾斜角為Y的和豎直傾斜角- Y的兩根天線為一個天線單元組的形式，均勻排布在一條直線上或一個平面上或一個橢球面上。因此，可以把天線分成豎直傾斜角為Y的和豎直傾斜角-Y兩類，同一類天線的極化增益具有很多共同特性，而目前很少有文獻對該特性加以利用。
【發(fā)明內容】
[0008]為解決3D-MM0中巨大的三維極化增益數據的存儲難題，本發(fā)明根據半波偶極天線的共同特性，發(fā)明一種聯合存儲計劃增益的方法，該方法對3D-MM0中天線系統(tǒng)的三維極化增益的存儲數據進行了分類和簡化，達到減小存儲總量的目的，以減小存儲器的開銷。
[0009]本發(fā)明采用的天線為:以一根豎直傾斜角為Y的天線和一根豎直傾斜角-Y的天線組成一個半波偶極天線單元組，多個天線單元組組成一個天線陣列。建立全局坐標系(Global Coordinate System, GCS),將一個天線的福射平面豎直面向正東方放置，以正南方為X軸，以正東方為Y軸，垂直于水平面為Z軸，以天線的中心點為原點，其中，GCS代表的物理意義為確定一個全局統(tǒng)一的參考系，用于確定電磁波波束的方位角和仰角，以便于通信系統(tǒng)間的一致性，0°≤Y≤90°，-90°≤ 0°。
[0010]本發(fā)明的具體步驟如下:
[0011]S1、對所有天線組進行分類，具體為:按照天線豎直角度分為第一類天線和第二類天線，其中，第一類天線為豎直傾斜角為Y的天線，第二類天線為豎直傾斜角為-Y的天線.[0012]S2、分別計算兩類天線在立體空間中的三維極化增益，所述極化增益包括垂直極化增益和水平極化增益，具體為:
[0013]第一類天線的垂直極化增益為
【權利要求】
1.一種3D-MM0天線極化增益的聯合存儲方法，其特征在于，包括以下步驟: S1、對所有天線組進行分類，具體為:按照天線豎直角度分為第一類天線和第二類天線，其中，第一類天線為豎直傾斜角為Y的天線，第二類天線為豎直傾斜角為-Y的天線； S2、分別計算兩類天線在立體空間中的三維極化增益，所述極化增益包括垂直極化增益和水平極化增益，具體為: 第一類天線的垂直極化增益為
2.根據權利要求1所述的一種3D-MM0天線極化增益的聯合存儲方法，其特征在于:S2所述三維極化增益具體為:一束電磁波波束對天線進行輻射，所述電磁波波束的方位角為Φ，傾角為Θ，其中，電磁波波束的方位角和電磁波波束的仰角的確定方法為:在所述電磁波波束上選取一點P，確定點P在空間直角坐標系中的極化坐標為P(r，Φ, Θ)，r為到原點的距離。
3.根據權利要求1所述的一種3D-MM0天線極化增益的聯合存儲方法，其特征在于:S71所述將GCS中的方位角Φ GCS和仰角Θ GCS旋轉到ECS中的方位角Φ ECS和仰角Θ ECS具體過程如下:根據Rot中的Rotmay,把GCS旋轉變化為ACS，然后再根據Rot中的Rotelement把ACS旋轉為ECS，之后讀出電磁波波束在ECS中的方位角Φ ECS和仰角Θ ECSO
4.根據權利要求1所述的一種3D-MM0天線極化增益的聯合存儲方法，其特征在于:對于非視距傳輸的城市微小區(qū)場景，S8所述正整數N的取值為16。
5.根據權利要求1所述的一種3D-MM0天線極化增益的聯合存儲方法，其特征在于:天線陣列采用的是均勻平面型分布，則電磁波波束在所述均勻平面型天線陣列中的每個天線單元組中的ECS方位角ΦΕα和仰角ΘΕΚ都相同，每個天線陣列只需要存儲一個動態(tài)存儲器 的值。
【文檔編號】G06F17/50GK103984836SQ201410239298
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】羅輯, 張馳, 孫韜, 羅配良, 張忠培 申請人:電子科技大學