[发明专利]一种3D MIMO信道建模的方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种3DMIMO信道建模的方法。

背景技术

MIMO技术的核心优势在于对空间资源的有效利用，原本是无线通信中缺点的多径 效应，在MIMO系统中却成为提高容量的有利因素。MIMO信道中多天线之间的隔离度使得系 统的大容量成为可能，如果信道相关性很低，MIMO信道就可以分为多条并行的子信道，各个 子信道就相当于一个传统的单入单出无线通信信道。对于一个完全不相关的MIMO信道，其 容量提升的倍数就是天线数目。由此可以看出，容量增益很大程度上依赖于传输环境是否 有丰富的多径因素，以此获得较低的信道相关性。

信道H对整个通信系统传输性能的好坏有着重要的影响，因此如何精确地获得实 时的信道系数是通信系统仿真中至为关键的一项工作。电磁波的传播受到天线参数、载频、 用户和基站位置、移动速度以及散射体分布等多种因素的影响，这使得无线信道具有很大 的不可预见性，因此也就增加了信道建模的复杂度和难度。

信道建模和仿真是无线新系统链路级和系统级仿真非常重要的研究领域。 COST259是首个提出无线信道空间框架的模型，奠定了MIMO信道建模的基础。3GPPSCM (SpatialChannelModel)模型、SCME(SpatialChannelModelExtended)模型和WINNER 模型在此基础上降低了仿真复杂度，加大信道带宽和逐步完善测试场景。上述模型基于电 波仅在水平面传播的假设均为二维(2D)模型。为了提高信道仿真的准确性，同时考虑电波 在垂直面传播的影响，必须将2D-MIMO扩展到三维(3D)信道模型，提出新的3DMIMO信道建 模方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种3DMIMO信道建模的方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种3DMIMO信道建模方法，其改进之处在于：所述方法包括

(1)确定仿真的场景和网络布局，根据场景和统计的相关性计算出大尺度参数；

(2)根据大尺度参数和概率密度函数结合场景，依次生成各小尺度参数；

(3)计算出信道系数；

(4)根据计算结果更新小尺度参数建立漂移模型；

(5)根据漂移模型时间演进后建模。

可选的，所述网络布局包括三个坐标系：全局坐标系、阵列坐标系和阵子坐标系；各坐标系间统计的相关性通过坐标轴的相对旋转角度来表示；在建模时电磁波传播方向是在全局坐标系坐标系中，天线的方向图表示是相对于阵子坐标系；根据坐标系之间的互相转换关系，可以计算出电磁波在阵列坐标系坐标系中的归一化水平极化向量和垂直极化向量

可选的，所述大尺度参数包括延迟扩展、水平离开角的角度扩展、水平到达角的角 度扩展、垂直离开角的角度扩展、垂直到达角的角度扩展、阴影衰落的标准差和莱斯K因子 的参数。

可选的，所述步骤(3)包括根据生成的各小尺度参数，通过下述公式计算信道系 数：

其中，F_rx,u,θ和F_rx,u,φ为接收天线单元_u的垂直与水平天线方向图，F_tx,s,θ和F_tx,s,φ是发射单元s的垂直与水平天线方向图；是接收端附近簇n的子径m在球坐标的单位向量，是发射端附近簇n的子径m在球坐标下的单位向量。

可选的，所述步骤(4)包括建立坐标系，生成网络拓扑、终端路径和散射体，确定各 距离量与角度量的计算方法，通过更新每个快照的小尺度参数来建模。

进一步的，所述小尺度参数包括非视距漂移参数和视距漂移参数；

非视距漂移：基于初始到达角和路径时延计算簇散射体，第l条路径的总时延为：d_l＝τ_l·c+|r|，其中|r|为发射机与接收机初始位置的距离；每条子径有不同的到达角这些角转换到笛卡尔坐标系可得移动台运动过程中Rx，Tx，MT满足三角关系α_r,l,m,s＝α_l,m-e_r,s，其中矢量e_r,s是从接收机的初始位置指向在快照s时第r条路径上的天线阵子，矢量α_r,l,m,s是从接收机指向在快照s时第r条路径上的天线阵子；