The invention relates to an antenna array design method and a system under a millimeter wave line of sight MIMO channel. The method includes: establishing the channel model of millimeter wave line of sight MIMO communication system based on circular antenna array, obtaining the initial antenna array parameters of millimeter wave line of sight MIMO channel, calculating the corresponding maximum channel capacity, using iterative algorithm to calculate the local maximum channel capacity, and obtaining the error results between the local maximum channel capacity and the maximum channel capacity When the error result is less than the preset threshold, the local maximum channel capacity corresponding to the current uniform circular antenna array distribution is obtained. When the error result is larger than the preset threshold, the initial parameter vector is used to search again in the preset range to obtain the maximum communication capacity that meets the requirements, and the antenna array parameters of the corresponding receiver and transmitter are obtained to obtain the current uniform circular antenna array distribution. This method can improve the BER performance of the multiplexing MIMO system and the channel capacity of the MMW Los MIMO channel.
【技术实现步骤摘要】
毫米波视距MIMO信道下的天线阵列设计方法和系统
本专利技术涉及通信信号处理
，特别是涉及一种毫米波视距MIMO信道下的天线阵列设计方法和系统。
技术介绍
随着通信信号处理技术的发展，以及基于飞行器之间的航空通信传输需求，出现了多输入多输出技术，多输入多输出（multipleinputmultipleoutput）技术可以同时传输多个独立的数据流，可以在不增加带宽和发射功率的前提下大大提高传输速率。当前航空通信传输使用的是毫米波（millimeter-wave）航空MIMO信道，通常都是由视距（line-of-sight，LoS）分量所组成的，但由于缺少丰富的散射，毫米波LoSMIMO的信道容量会大幅下降。为提高毫米波LoSMIMO的信道容量，现有技术中通过改变均匀线性天线阵列的布局，实现对MIMO通信系统的复用增益进行调整，进而提高信道容量。为提高MIMO通信系统的复用增益瑞，提出了瑞利距离准则（Rayleighdistancecriterion），通过利用瑞利距离准则来获得最优的阵列参数和信道容量。当收发端...
【技术保护点】
1.一种毫米波视距MIMO信道下的天线阵列设计方法，所述方法包括：/n建立基于均匀圆形天线阵列的毫米波视距 MIMO通信系统的信道模型，并获得对应的毫米波视距 MIMO信道；/n获得所述毫米波视距 MIMO信道的初始化天线阵列参数；/n根据所述初始化天线阵列参数，计算所述毫米波视距MIMO信道的最大信道容量；/n利用迭代算法，计算所述毫米波视距MIMO信道的局部最大信道容量；/n将所述局部最大信道容量和所述最大信道容量进行对比，获得误差结果；/n当所述误差结果小于预设门限时，将所述局部最大信道容量作为全局最大信道容量，并获取所述局部最大信道容量对应的当前均匀圆形天线阵列分布...
【技术特征摘要】
1.一种毫米波视距MIMO信道下的天线阵列设计方法，所述方法包括：
建立基于均匀圆形天线阵列的毫米波视距MIMO通信系统的信道模型，并获得对应的毫米波视距MIMO信道；
获得所述毫米波视距MIMO信道的初始化天线阵列参数；
根据所述初始化天线阵列参数，计算所述毫米波视距MIMO信道的最大信道容量；
利用迭代算法，计算所述毫米波视距MIMO信道的局部最大信道容量；
将所述局部最大信道容量和所述最大信道容量进行对比，获得误差结果；
当所述误差结果小于预设门限时，将所述局部最大信道容量作为全局最大信道容量，并获取所述局部最大信道容量对应的当前均匀圆形天线阵列分布；
当所述误差结果大于所述预设门限时，利用初始参数向量在预设范围内对天线进行重新分配，获得符合要求的最大通信容量，并获取对应收发端的天线阵列参数，得到当前均匀圆形天线阵列分布。
2.根据权利要求1所述毫米波视距MIMO信道下的天线阵列设计方法，其特征在于，建立基于均匀圆形天线阵列的毫米波视距MIMO通信系统的信道模型，并获得对应的毫米波视距MIMO信道，包括：
获取所述毫米波视距MIMO通信系统的发射端和接收端，并设置所述发射端和所述接收端直接的距离为D；
在所述发射端和所述接收端，分别装备N个天线和M个天线，并分别将各天线进行顺时针编号，得到所述毫米波视距MIMO通信系统的信道模型；
获取与所述毫米波视距MIMO通信系统的信道模型对应的各毫米波视距MIMO信道；
其中，第n根发射天线的坐标可以表示为：
；
第m根接收天线的坐标可以表示为：；
其中，是第一根发射天线和x轴之间的夹角，是第一根接收天线和x轴之间的夹角，和分别为发射阵列和接收阵列的直径。
3.根据权利要求1所述毫米波视距MIMO信道下的天线阵列设计方法，其特征在于，在建立基于均匀圆形天线阵列的毫米波视距MIMO通信系统的信道模型之后，还包括基于所述信道模型，建立复基带信号的传输信号模型为：；
其中，为接收复值信号向量，为发送复值信号向量，为收发端复值信道矩阵，其元素都归一化为1，为复值加性高斯白噪声向量，其元素均值为0，方差为，β为自由空间损耗系数，可以定义为，其中是信号波长。
4.根据权利要求3所述毫米波视距MIMO信道下的天线阵列设计方法，其特征在于，所述收发端复值信道矩阵表示为：；
其中，是信道矩阵第m行第n列的元素，是所述发射端天线阵列的第n根天线，到所述接收端天线阵列第m根天线的距离；
根据第n根发射天线和第m根接收天线的坐标，路径长度可以表示为：
其中，，。
5.根据权利要求4所述毫米波视距MIMO信道下的天线阵列设计方法，其特征在于，所述毫米波视距MIMO信道的通信容量表达式为：
；
其中，为总发射功率，是阶单位矩阵；
所述毫米波视距MIMO信道进行奇异值分解，可以分为多个互相平行的子信道；所述毫米波视距MIMO信道的通信容量第二表达式可以表示为：
；
其中，是接收端的接收信噪比，；是矩阵的第i大特征值，矩阵定义为：。
6.根据权利要求5所述毫米波视距MIMO信道下的天线阵列设计方法，其特征在于，所述计算所述毫米波视距MIMO信道的最大信道容量，包括：
获得所述矩阵的秩的表达式，表示为：；
计算所述矩阵的秩的最小值；其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱江，姜南，杨虎，杨军，
申请(专利权)人：湖南国科锐承电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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