一种基于双极化MIMO的无线信道测量数据分析方法技术

本发明专利技术一种双极化MIMO的无线信道测量数据分析方法，使用无线信道探测器对特定场景中无线信道进行测量数据，通过MATLAB软件对测量数据进行动态门限值截取，获取有效动态区间，去除交叉极化的影响，在获取测量数据有效动态区间之后，对有效动态区间数据进行极化分离，获取水平极化、垂直极化和双极化的MIMO信道矩阵，通过预置算法分别计算各自的信道参数，实现对特定场景的双极化MIMO信道特性的分析，从而实现快速对不同场景下双极化MIMO信道特性的研究，对于双极化MIMO信道建模有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信领域，涉及一种双极化MIMO的无线信道测量数据分析方法。
技术介绍
MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)系统在收发两端同时使用多个天线单元，可以在不增加发射功率前提下大幅提高系统容量，对于缓解紧张的频谱资源有重要作用。MIMO技术就是利用了多径的特点，即多个独立信道的叠加来得到多路互不相关的信号。因此，保持信道的独立性是MIMO技术的关键。一方面这需要大的天线距离，如天线间的距离就要增大到10倍波长左右，这对空间有限的通信终端而言是不现实的。另一方面，在实际信道中，由于直射路径的存在，信道相关性很大，普通单极化MIMO就不能发挥作用，需要采用多极化MIMO天线阵列。多极化天线，即天线在空间上是正交排列的，这样，从发射端发射出的信号就是相互正交的。另外，由于多极化天线可以共点放置，可以大大减小天线占用的空间，从而实现以更小的阵列体积以及更多的天线数实现MIMO增益。利用极化天线的正交性，通过在发射端发射多路正交的信号，使等效信道相互独立，从而在接收端能很好地解调出发射数据。相对并行的单极化天线，极化天线的使用降低了信道的相关性，并大大减小了天线尺寸，因此有利于在移动终端的应用，适应了当今通信设备日益小型化的趋势。双极化天线采用相互垂直的水平极化和垂直极化，物理上容易实现，且其信道特性相对多极化更好分析，对于研究多极化MIMO信道特性有重要参考价值。对于多极化MIMO系统进行的以传递函数为基础的测量结果已经可以在一定程度上证明多极化MIMO系统的有效性，同时也能够表明多极化MIMO系统比单极化MIMO系统在容量等性能上的优越性以及优化程度。这种测量方式得到的结果实际上是系统中的多极化天线和与之对应的多极化信道的叠加，测量的结论在很大程度上依赖于测量中所使用的多极化天线。同时由于天线性能的限制，这样的测量方式对于进一步挖掘多径环境中的极化信道资源也力不从心。更重要的是，这样的测量只能计算出MIMO系统形成的独立信道数目，却无法得到这些独立信道的空间分布信息，而这些空间信息对于揭示环境中多极化电磁波的传播原理和多极化信道本身的特征以及利用环境中的多极化信道资源优化设计天线阵列等研究方面都有着十分重要的价值。通信理论中往往将天线看成是空间信道的一个组成部分，在一般情况下这当然是没有问题的，但在多极化MIMO系统的研究中，空间信道的物理极化特性就变得非常重要，需要对其进行条分缕析的详细研究。不把天线与物理信道分开，就不可能充分展示信道的物理特性。因此，只有设法去除天线的影响才能对信道本身的特征进行研究。已有的研究工作中大部分采用了全系统研究的方法来研究多极化MIMO系统的设计问题，采用分离方法的研究还没有报道。为了研究不同极化方式的电磁波的传播特性，需要测量不同极化方式电磁波对应的传播信道。具体的测量方式是，在发射端分别发射极化方向沿垂直极化方向V和水平极化方向H的单一极化电磁波分别为sV(f)、sH(f)，分别测量与之对应的信道冲激响应H_V和H_H。但是H_V和H_H并不是单极化，因为在电磁波传播过程中经过反射和绕射不可避免发生极化旋转，由于极化旋转产生极化数据交叉接收，这种现象常用交叉极化鉴别率XPD来描述，交叉极化鉴别率XPD越高，在交叉极化信道耦合的能量就越少。V→H极化鉴别率：XPD(dB)=10log(E(|HVV|2)E(|HVH|2))]]>H→V极化鉴别率：XPD(dB)=10log(E(|HHH|2)E(|HHV|2))]]>水平极化和垂直极化信道冲激响应H_H、H_V之间极化相关系数为：在理论上，理想双极化天线交叉鉴别率为∞，单一极化电磁波sV(f)、sH(f)是正交的，经过传播环境也相同，但对应的水平极化和垂直极化信道冲激响应H_H和H_V却不一定完全相同。研究不同场景中同样的传播条件下，水平极化和垂直极化信道冲激响应H_H和H_V之间的差异，如果水平极化和垂直极化信道冲激响应H_H和H_V之间相似度很大，意味着不同极化方向的电磁波经过信道传播后，到达接收端的入射信号在幅度衰落和相位延迟的空间分布上也是完全相同的，这显然不利于在接收端利用极化分集将各个极化信道分离开，或者说极化分集在该环境的信道中很难实现。因此，比较水平极化和垂直极化信道冲激响应H_H和H_V之间的相似程度对于研究多径信道中极化分集的性能有着十分重要的价值。由于无线信道的测量是无线通信领域各方面研究的基础，因此对于无线信道测量的研究已经有几十年的历史了。测量指标的选取必须能够全面准确的反映无线信道的特性。对于MIMO信道的测量而言，最常用的测量对象就是MIMO系统的传递函数矩阵，因为传递函数矩阵是对MIMO无线信道最直接的描述。Medav公司的RUSKYM系统和芬兰ElektrobitAG公司的PropSound被广泛的用于信道传递函数矩阵的测量，测量结果包括信道容量，空域、频域或时域的信号相关性，路径损耗(平均接收信号功率与发射信号功率比)，时延扩展等等。但是这种测量方法得到的结果实际上是测量天线特征和信道特征的叠加，并不能完全反映信道本身的特征和传播原理，因而需要对测量结果通过算法进行处理，得到能反应信道极化特性的信道冲激响应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双极化MIMO的无线信道测量数据分析方法，基于MIMO信道探测器PropSound测量结果，设定动态阈值门限，对测量数据进行极化分离处理，将水平极化和垂直极化的信道数据从信道冲激响应中分离出来，可以将水平极化、垂直极化和双极化的信道特性进行比较和研究，分别研究其在不同场景下MIMO信道特性。本专利技术一种双极化MIMO的无线信道测量数据分析方法，使用无线信道探测器对特定场景中无线信道进行测量数据，通过MATLAB软件对测量数据进行动态门限值截取，获取有效动态区间，去除交叉极化的影响，在获取测量数据有效动态区间之后，对有效动态区间数据进行极化分离，获取水平极化、垂直极化和双极化的MIMO信道矩阵，通过预置算法分别计算各自的信道参数，实现对特定场景的双极化MIMO信道特性的分析。具体包括如下步骤：步骤1、利用无线信道探测器PropSound和通过双极化天线构成的MIMO系统对特定场景的无线信道进行测量数据，获取MIMO三维信道矩阵H(t,mT×mR,τ)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极化MIMO的无线信道测量数据分析方法，其特征在于：使用无线信道探测器对特定场景中无线信道进行测量数据，通过MATLAB软件对测量数据进行动态门限值截取，获取有效动态区间，去除交叉极化的影响，在获取测量数据有效动态区间之后，对有效动态区间数据进行极化分离，获取水平极化、垂直极化和双极化的MIMO信道矩阵，通过预置算法分别计算各自的信道参数，实现对特定场景的双极化MIMO信道特性的分析。

【技术特征摘要】
1.一种双极化MIMO的无线信道测量数据分析方法，其特征在于：
使用无线信道探测器对特定场景中无线信道进行测量数据，通过
MATLAB软件对测量数据进行动态门限值截取，获取有效动态区间，
去除交叉极化的影响，在获取测量数据有效动态区间之后，对有效动
态区间数据进行极化分离，获取水平极化、垂直极化和双极化的MIMO
信道矩阵，通过预置算法分别计算各自的信道参数，实现对特定场景
的双极化MIMO信道特性的分析。
2.根据权利要求1所述的一种双极化MIMO的无线信道测量数据
分析方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、利用无线信道探测器PropSound和通过双极化天线构成
的MIMO系统对特定场景的无线信道进行测量数据，获取MIMO三维信
道矩阵H(t,mT×mR,τ)，其中t是时域上复信道冲激响应采样数目，mT为发射天线数目，mR为接收天线采样数目，τ为时延域上复信道冲激
响应数目，信道测量过程中，水平极化与垂直极化天线按照奇偶编号
进行区分，则将双极化天线按照奇偶排列分别连接到无线信道探测器
终端；
步骤2、通过MATLAB软件获取动态门限值DP(τ)，通过动态门限
值DP(τ)对时延域每个测量采样点单独操作，在遍历所有测量数据时
延域进行动态去极化之后，得到每个测量数据的动态有效值，得到所
有测量数据的动态有效值后，形成测量数据动态有效区间；
所述的动态门限值DP(τ)由系统码元长度的固定门限值、动态阈
值和补偿值三个部分组成：

【专利技术属性】
技术研发人员：李艺伟，汤璇，林邦姜，张士灏，
申请(专利权)人：泉州装备制造研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35