1.一种基于LOS MIMO平面子阵列的量化码本设计方法,其特征在于,至少包括以下步骤:
步骤S1:构建联合平面波与球面波的3D信道模型,并以此设计收发端均为平面子阵列的天线结构;
步骤S2:非量化条件下,根据收发信号的仰角与方位角调节相移器的相角;
步骤S3:根据步骤S1的LOS MIMO平面子阵列天线结构设计了一种量化码本,并以此对相移器进行调节;
其中,步骤S1中,具体包括:
根据LOS MIMO信道矩阵的定义,在平面子阵列天线结构中,信道矩阵的每个元素可以表示为:
其中,λ表示载波波长,lr,t表示第t个发射天线阵子与第r个接收天线阵子之间的距离,具体表示为:其中,lm,n代表第n个发射子阵列与第m个接收子阵列中基准阵子之间的距离,d表示同一子阵列中相邻天线阵子的间距,xnt与ynt表示发射端第n个子阵列横向与纵向天线阵子坐标,而xmr与ymr则表示接收端第m个子阵列横向与纵向天线阵子坐标,θnt与 以及θmr与分别表示离开第n个发射子阵列的信号仰角与方位角以及到达第m个接收子阵列的信号仰角与方位角;
令第n个发射子阵列与第m个接收子阵列相移器的相移值表示为:其中,P与Q分别是发射端与接收端每个子阵列横向或纵向的天线阵子数目,与 为发射端第n个子阵列横向与纵向天线阵子坐标, 与 为接收端第m个子阵列横向与纵向天线阵子坐标,αnt与φnt以及αmr与φmr分别表示第n个发射子阵列与第m个接收子阵列端相移器的对应角度。
2.根据权利要求1所述的基于LOS MIMO平面子阵列的量化码本设计方法,其特征在于,步骤S3中,具体包括:对于引入的信道模型,分别使用Nb与Mb个比特来对发射端与接收端的相移器角度αt与αr进行量化,得到的量化码本Γt与Γr如下:Γt:
Γr:
其中αtmin和αtmax以及αrmin和αrmax表示未量化时在发射端和接收端相移器相角的最小值与最大值,Δαt=αtmax‑αtmin,Δαr=αrmax‑αrmin;对于相移器角度φt与φr的量化码本ξt与ξr采用式(5)、(6)的表达式。
3.根据权利要求1所述的基于LOS MIMO平面子阵列的量化码本设计方法,其特征在于,步骤S2中,假设平面子阵列天线结构的发射端和接收端子阵列总数分别为N=Nty×Ntx和M=Mry×Mrx,其中,Nty和Ntx以及Mry和Mrx分别表示纵向与横向的子阵列个数;每一个射频链连接一个子阵列,每个天线阵子连接一个移相器,同一子阵列中相邻天线阵子的间隔为d,发射端和接收端相邻子阵列在纵向与横向的间距分别为Sty与Stx以及Sry与Srx,发射端和接收端每一子阵列中横向与纵向的天线阵子数目为P和Q,假设接收端能够完全获取信道状态信息,则系统的频谱效率可以表示为:其中,U=min{M,N},表示信号通过接收端波束成形组合器后的平均信噪比,μk为矩阵V的第k个特征值,矩阵V可以表示为:其中, H为归一化的物理信道矩阵,H中每个元素的表达式为公式(1)和公式(2),W与F分别表示接收端与发射端相移器矩阵:其中,fn与wm的表达式分别采用式(3)和(4)。
4.根据权利要求2所述的基于LOS MIMO平面子阵列的量化码本设计方法,其特征在于,步骤S3进一步包括:通过采用式(5)与式(6)中的量化码本,系统的频谱效率重写为:其中, 表示当量化码本取ζ={Γt,Γr,ξt,ξr}时,在给定收发信号相角为 的情况下系统的频谱效率;
假设相角中的φt与φr是连续的;对于一个2×2的子阵列纯LOS信道,当量化码本中的量化比特数为b时,式(11)表示为:
和 分别代表:
在式(12)中, 和 分别是上述两式的积分函数;当时式(12)中(a)成立,对于不同的量化比特数, 总能被近似为μ的线性函数 在其他参数给定的情况下,常量kb与ab通过计算得出。