双反射面信道中6极化MIMO信道特性

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1、2015年10月北京航空航天大学学报October2015第41卷第10期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．41No．10http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0215双反射面信道中6极化MIMO信道特性朴大志+，陈鹏(中国传媒大学信息工程学院，北京100024)摘要：为研究双反射面信道中多径丰富程度对6极化多输入多输出系统(HPMI

2、．MO)信道容量和特征值的影响，设计了一个工作于28GHz的共点正交的双极化天线，此天线由一个电偶极子和一个环天线组成，并以此天线为基本单元，得到了一个虚拟的共点正交6极化MIMO天线．从计算结果中发现，随着两个反射面间夹角的减小，信道中的多径数目逐渐增加，对应的信道容量也逐渐增加，可达到单极化系统信道容量的2．47～5．10倍．夹角为0。时多径数目趋于无穷的情况比自由空间(FS)和夹角为180。等多径较少的情况下的6极化MIMO信道容量会有30％～45％的增加．此外，在自由空间信道和双反射面信道中，6极化MIMO信道矩

3、阵都会得到6个非零特征值，但在多径数目较少时，有一些特征值会接近于0．因此，为了获得足够高的信道复用和分集增益，多极化MIMO天线需要工作在多径较为丰富的信道中．关键词：极化；MIMO；信道容量；特征值；双反射面中图分类号：TN929．5文献标识码：A文章编号：100l一5965(2015)10．1801-06无线频谱是一种非常稀缺而昂贵的资源，为了应对无线互联网、无线视频等高流量业务的爆发性增长，人们不得不寻找一些能够充分利用电磁场的矢量特性、具有更高频谱效率的无线通信技术．多输入多输出系统(Multiple—Inpu

4、tMuhiple—Output，MIMO)技术在提高频谱效率方面的独特优势已经引起了广泛关注，但在传统的利用空间分集来实现的MIMO系统中，为了获得足够大的自由度，收发阵元间距在手持设备端至少要达到半个波长，在基站端则可能要达到10个波长以上，从而限制了MIMO技术的应用．而采用极化分集构成的MIMO系统可以通过空间共点的天线来实现，因此多极化MIMO技术在密集天线阵MIMO通信系统和高分辨率到达角(DirectionofArrival，DOA)估计MIMO雷达系统中都具有广阔的应用前景．在传统的极化分集系统中，一般只考

5、虑用电场的垂直和水平2个分量来得到2个独立的信道．文献[1]中通过理论分析指出如果在发射和接收端都使用3个正交的电偶极子天线和3个正交的磁偶极子天线，通过对电磁场中E。、E，、E：和日。、H，、日：这6种极化状态的利用，可以获得与单极化系统相比更多的信道容量增益．接下来，人们分别通过基于统计分析的模型"刮或基于确定性的信道模型∽。1对一个6极化MIMO系统的自由度进行了研究．在这些基于统计分析的建模方法，虽然这种方法可以从宏观上对多极化MIMO信道的统计特性有所认识，但从微观角度这种信道模型无法从物理上体现多极化MIMO

6、信道特性的细节．在这些分析中，一般考虑理想的天线在一个散射丰富的环境中，通过多径的俯仰角和水平角的不同分布来描述不同的信道散射环境，用随机相关矩阵模型来进行信道建模．然而，这种建模方法收稿日期：2015434-09；录用日期：2015-06-01；网络出版时间：2015-06-0918：00网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V20150609．1800．001．html基金项目：国家自然科学基金(61201235)；北京高等学校青年英才计划(YETP0595)+通讯作者：朴大

7、志(1977一)，女，辽宁营口人，教授，piaodazhi@hotmail．tom，主要研究方向为多极化MIMO信道建模理论和天线设计引用格式：朴大志，眯鹏．双反射面信道中6极化MIMO信道特性fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41(10)：1801-1806．PiaoDZ．ChenP．CharacteristicsofhexapolarizedMIMOchannelintwo-mirrorchannel【j]．JournalofBeijingUniversityofAero‘nauticsandAstronaut

8、ics，2015，41(10)：J801-1806finChinese)．1802北京航空航天大学学报2015年中没有体现信道散射过程对极化耦合的作用，也以得到近似磁偶极子天线的辐射特性．为了使它无法直接体现MIMO信道容量与其传播环境间的们的工作频率位于28GHz，对文献[17]中的天线关系以及收发阵的结构和位置等