孟慶昌

【摘要】 低功耗、泛在接入、極高頻譜效率開(kāi)始成為移動(dòng)通信領(lǐng)域發(fā)展的必然需求，而這些需求的滿足就需要得到近距離多天線無(wú)線通信的支持，為此本文就近距離多天線無(wú)線通信能力展開(kāi)了具體研究，希望這一研究能夠?yàn)槲覈?guó)移動(dòng)通信系統(tǒng)的更好發(fā)展帶來(lái)一定支持。

【關(guān)鍵字】 近距離多天線無(wú)線通信 通信能力 新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)

前言：第五代移動(dòng)通信技術(shù)將實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)高容量場(chǎng)景下數(shù)10Tbps/km2的流量密度，而這種近距離多天線通信場(chǎng)景的需求實(shí)現(xiàn)需要得到近距離多天線無(wú)線通信的支持，由此我們也能夠直觀認(rèn)識(shí)到近距離多天線無(wú)線通信能力研究具備的較高現(xiàn)實(shí)意義。

一、近距離多天線無(wú)線通信能力

對(duì)于近距離多天線無(wú)線通信能力來(lái)說(shuō)，其本身由近距離多天線的信道容量與近距離多天線的空間自由度兩部分組成。

1.1近距離多天線的信道容量

對(duì)于近距離多天線的信道容量來(lái)說(shuō)，其本身指的是近距離多天線無(wú)線通信信道可支持的最大無(wú)差錯(cuò)傳輸數(shù)據(jù)速率，這一速率本身屬于評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，而為了較好明晰這一近距離多天線無(wú)線通信能力，我們就可以應(yīng)用球面波模型與應(yīng)用平面波模型就近距離多天線的信道容量展開(kāi)具體研究[1]。

1.1.1球面波模型的應(yīng)用

在忽略路徑損耗差的前提下，我們就可以應(yīng)用球面波模型的進(jìn)行近距離多天線的信道容量分析，通過(guò)這一分析我們就能夠得到歸一化的LOS信道矩陣，即：

在這一歸一化的LOS信道矩陣中，其本身應(yīng)用波長(zhǎng)、發(fā)射天線與接收天線距離等數(shù)據(jù)得出了得出了該矩陣，而結(jié)合泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，我們就能在引入誤差較小的情況下完成近距離多天線的信道容量的求得。結(jié)合歸一化的LOS信道矩陣，我們最終能夠得到多發(fā)兩收近距離LOS信道容量會(huì)隨著收發(fā)通信距離而波動(dòng)、波長(zhǎng)越短容量所波動(dòng)的收發(fā)通信距離范圍越大，由此我們就能夠在球面波模型應(yīng)用進(jìn)行的近距離多天線的信道容量分析中，得出越短的波長(zhǎng)更適合近距離通信的結(jié)論。此外，球面波模型下的近距離多天線的信道容量會(huì)受到波長(zhǎng)、發(fā)射天線數(shù)、陣元間隔、收發(fā)通信距離和陣列方向等參數(shù)的影響也應(yīng)引起我們重視[2]。

1.1.2平面波模型的應(yīng)用

除了球面波模型，應(yīng)用平面波模型同樣能夠較好對(duì)近距離多天線的信道容量進(jìn)行分析，而通過(guò)這一分析我們就能夠得到平面波模型發(fā)射端與接收端距離，即：

在這一公式中，dm，n指的是平面波模型發(fā)射端與接收端距離，而結(jié)合這一公式并忽略路徑損耗差，我們就能夠得出平面波模型下近距離多天線的信道容量獨(dú)立于發(fā)射天線數(shù)、陣元間隔、收發(fā)通信距離、波長(zhǎng)和陣列方向，且該容量?jī)H與信噪比存在關(guān)系，而由此我們也能夠發(fā)現(xiàn)平面波模型的應(yīng)用并不能滿足近距離多天線的信道容量的分析需求[3]。

1.1.3仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上文研究的真實(shí)性，我們還需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)上文得出的結(jié)論進(jìn)行仿真驗(yàn)證，而這一近距離多天線的信道容量仿真需要首先進(jìn)行信道矩陣特征值的求得，并通過(guò)求得的特征值算出信道容量，而結(jié)合這一仿真筆者得出了信道容量波動(dòng)范圍內(nèi)可以通過(guò)設(shè)計(jì)天線陣元位置使信道容量最大，而由此我們就能夠斷定上文中提到的越短的波長(zhǎng)更適合近距離通信結(jié)論的正確性[4]。

1.2近距離多天線的空間自由度

近距離多天線的信道容量同樣也屬于近距離多天線無(wú)線通信能力的具體組成，而為了較好對(duì)近距離多天線的空間自由度進(jìn)行分析，我們就需要展開(kāi)單極化線性陣列的空間自由度與三極化線性陣列的空間自由度研究。

1.2.1單極化線性陣列的空間自由度

對(duì)于應(yīng)用單極化線性陣列的近距離多天線的空間自由度分析來(lái)說(shuō)，我們需要結(jié)合三維空間中任意方向的線性天線陣列，得出單極化天線陣列LOS信道的沖擊響應(yīng)模型，即：

結(jié)合單極化天線陣列LOS信道的沖擊響應(yīng)模型，我們就可以應(yīng)用光學(xué)中的特征函數(shù)方法分析近距離多天線的空間自由度，而結(jié)合這一分析我們就能夠得出三維空間中單極化線性陣列的近距離LOS信道的空間自由度，即：

結(jié)合這一結(jié)果進(jìn)行分析我們不難發(fā)現(xiàn)，單極化線性陣列的近距離多天線的空間自由度分析反映出了這一自由度與陣列尺寸、收發(fā)距離、波長(zhǎng)、陣列方向的關(guān)系，而波長(zhǎng)越小時(shí)近距離多天線的空間自由度變?cè)酱?，二者呈現(xiàn)一種反比關(guān)系。

1.2.2三極化線性陣列的空間自由度

在應(yīng)用三極化線性陣列進(jìn)行的近距離多天線的空間自由度分析中，我們需要應(yīng)用三極化線性陣列的LOS信道沖擊響應(yīng)展開(kāi)具體分析，這里的三極化線性陣列的LOS信道沖擊響應(yīng)具體表現(xiàn)為H=（q，p）=（q，p）（I-rrH）。而結(jié)合這一LOS信道沖擊響應(yīng)，我們就能夠得出三維空間中三極化線性陣列的近距離LOS信道的空間自由度，即：

1.2.3仿真驗(yàn)證

為了較好驗(yàn)證上文得出結(jié)果的真實(shí)性，我們還需要對(duì)應(yīng)用單極化線性陣列與三極化線性陣列展開(kāi)的近距離多天線的空間自由度分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。在具體的仿真驗(yàn)證中，我們需要結(jié)合計(jì)算機(jī)求單極化線性陣列中不同陣列方向和尺寸的特征值，通過(guò)這一分解得出的特征值進(jìn)行歸一化對(duì)比，筆者發(fā)現(xiàn)比較特征函數(shù)方法和奇異值分解方法結(jié)果完全一致，而這就說(shuō)明了本文所進(jìn)行的單極化線性陣列的空間自由度研究可行性。

二、實(shí)現(xiàn)近距離多天線無(wú)線通信能力的策略

結(jié)合上文內(nèi)容我們能夠較為全面的了解近距離多天線的信道容量、近距離多天線的空間自由度這兩方面近距離多天線無(wú)線通信能力，而為了更為深入完成本文研究，筆者將在下文中就實(shí)現(xiàn)近距離多天線無(wú)線通信能力的策略展開(kāi)詳細(xì)論述，這一論述內(nèi)容將主要圍繞近距離多天線LOS信道的陣元位置優(yōu)化展開(kāi)。

在具體的近距離多天線無(wú)線通信中接收天線陣元位置優(yōu)化中，我們需要考慮近距離多天線無(wú)線通信中的路徑損耗和相位差，以此找到最優(yōu)天線陣元位置。值得注意的是，蟻群算法的應(yīng)用也能夠較好滿足近距離多天線LOS信道的陣元位置優(yōu)化需求。

結(jié)論：在本文就近距離多天線無(wú)線通信能力展開(kāi)的研究中，筆者詳細(xì)論述了近距離多天線無(wú)線通信能力、實(shí)現(xiàn)近距離多天線無(wú)線通信能力的策略，而結(jié)合這一系列內(nèi)容我們能夠較為全面的了解近距離多天線無(wú)線通信能力，希望這一認(rèn)知能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究人員帶來(lái)一定啟發(fā)，并在一定程度上為我國(guó)第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研發(fā)提供支持。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]楊勇，孫偉強(qiáng)，莊虔偉，馮濤，許勝勇，解思深.近場(chǎng)寬帶電場(chǎng)耦合天線的高頻結(jié)構(gòu)模擬器軟件仿真及性能分析[J].物理學(xué)報(bào)，2012，20：516-522.

[2]宋詩(shī)瑩.近距離通信中的天線小型化技術(shù)分析[J].電子制作，2015，22：50.

[3]萬(wàn)雅芬.中波傳輸技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其在無(wú)線通信中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016，09：49.

[4]劉艷峰，魏兵，任新成.近場(chǎng)通信天線場(chǎng)分布特性仿真[J].電子測(cè)量技術(shù)，2015，08：132-134.