本技术介绍了一种在非自由空间中获取MIMO系统电磁有效自由度的技术。该技术首先构建了包含反射地面的MIMO通信系统模型,然后通过改变阵列单元数量、通信距离、阵列高度和反射地面的介电常数进行电磁仿真。仿真结果用于获得接收电场和相应的信道矩阵,进而建立全极化电磁信道模型。利用仿真结果计算电磁有效自由度,并绘制曲线图。通过对信道相关矩阵进行奇异值分解,可以更全面地评估通信信道性能。该发明有助于分析非自由空间通信系统的性能,为无线通信室内外天线阵列的设计和布局提供依据。
背景技术
现代无线通信技术正处于向更高频率快速发展的阶段,然而由于支撑其发展的传统通信理论缺少对底层物理限制条件的考虑,成为了阻碍实际工程技术发展的重要原因之一,所以电磁信息论的概念应运而生。在以往单信道的传统通信中,香农信息论作为其底层理论基础,利用了概率模型对通信系统的信道容量以及通信误码率进行分析,提供了单信道通信系统的性能上限。电磁信息论作为指导新一代通信发展的基础理论,在传统香农信息论的基础上考虑了电磁学理论中的实际物理限制条件,可以提供更符合实际高频通信技术和工程的通信系统性能上限,也为现有通信技术的优化提高和未来新兴通信技术的发展奠定了坚实的理论基础。
有效自由度是信息论中十分重要的一个概念,它等价于通信系统等效的独立单输入单输出(SISO)系统的个数。在以往分析通信系统有效自由度时,用于求取通信自由度的信道矩阵都属于标量的信道矩阵,只考虑了标量的输出电流信号和接收电场信号。然而,由于现代通信信号正快速地向更高频甚至太赫兹方向发展,所以近场通信在近年来逐渐占据重要位置,以往的标量信道矩阵不仅在近场区域不适用,更不能捕捉到通信电磁波的全波物理信息。所以,需要建立包含所有收发极化方向信息的全极化信道矩阵,从而可以更加全面和精确地分析高频近场通信的系统性能。
根据论文《Electromagnetic Effective Degree ofFreedom ofaMIMO SysteminFree Space》可以基于矢量格林函数建立通信系统的全极化信道模型,但其只考虑了自由空间中的通信系统,忽略了实际环境对系统的影响。然而,高频信号易受复杂电磁环境的影响,产生多径效应等现象导致信号的快速衰落,所以将通信系统放置在非自由空间中进行系统性能的研究分析才能更好地指导实际工程中的系统设计。本发明在全极化信道矩阵的基础上,提出了一种在非自由空间中分析MIMO系统电磁有效自由度的方法。
实现思路