[发明专利]一种基于随机孪生簇的波束信道的仿真方法

权利要求书

1.一种基于随机孪生簇的波束信道的仿真方法，其特征在于，包括：

步骤1:初始化发端和收端波束参数，该发端和收端波束参数包括波束指向和波束宽度，其中根据发端和收端位置确定波束指向，根据发端和收端波束宽度确定发端和收端散射簇的数目，采用Matérn硬核点和泊松点过程初始化散射簇的位置，并赋予每个散射簇随机速度；

步骤2:确定仿真开始的初始时刻，根据发端和收端的初始化波束参数计算波束响应，构建视距链路、单跳链路和双跳链路，并采用传播图理论计算各个链路对应的传输函数，计算各个链路对应的传输函数之和作为初始化信道传输函数；

步骤3:更新时间，更新发端和收端的位置、波束指向、散射簇的速度和位置，根据发端和收端波束指向，滤除发端波束范围和收端波束范围交集外的散射簇，计算得到当前更新时间的信道传输函数，根据当前更新时间的散射簇的位置和速度，计算每个散射簇的生存概率；

步骤4:根据散射簇生存概率确定当前更新时间的散射簇的生灭，统计存活散射簇的数目，基于泊松过程计算当前更新时间的散射簇的数目并将其设定为阈值，若存活散射簇的数目低于该阈值则基于Matérn硬核点和泊松点过程生成新的散射簇；重复上述步骤3-步骤4对应的处理过程，直至仿真截止时间；

所述步骤2包括：

确定仿真开始的初始时刻，发端和收端的波束参数包括波束指向与波束宽度，所述的波束响应计算公式如下：

其中表示发端/收端的任意一水平角，表示发端/收端的任意一俯仰角，表示发端/收端波束的最大波束增益，表示发端/收端波束的水平指向角，表示发端/收端波束的俯仰指向角，表示发端/收端波束的水平宽度，表示发端/收端波束的俯仰宽度；

所述的视距链路是指的直射链路，其中指的是发端第p个天线，指的是收端第q个天线；所述的单跳链路表示为，表示发端附近的第m个散射簇，表示收端附近的第n个散射簇，且有，表示发端附近的散射簇数目，表示收端附近的散射簇数目，所述的双跳链路表示为；

所述的采用传播图理论计算各个链路对应的传输函数，其中直射链路的传输函数表达式为：

其中为虚数，表示视距链路的距离，表示波长，为时延变量，为时间变量，为光速，为狄拉克函数；所述单跳链路的传输函数表示为：

其中表示链路的距离，表示散射簇内第i个散射点，表示链路的距离，表示链路的距离，表示链路的距离，表示散射簇内第j个散射点，表示散射簇内散射点数目，表示链路的增益，表示链路的增益，表达式如下：

其中表示散射点相对于发端的离开水平角和离开俯仰角，表示散射点相对于收端的到达水平角和到达俯仰角，分别表示链路的平均传输时延，计算公式如下：

计算公式如下：

所述双跳链路的传输函数表示为：

其中表示链路的距离，表示链路的增益，表达式为：

其中为散射衰减因子，其数值取决于散射簇的材质；

信道传输函数为各个链路传输函数之和，表示为：

所述步骤4包括：

随机生成一均匀分布在(0,1)间的随机数，若，其中表示发端散射簇收端散射簇在时刻存活概率，则该发端散射簇收端散射簇在时刻存活；若，则该发端散射簇收端散射簇在时刻消亡；

所述的基于泊松过程计算当前更新时间的散射簇的数目并将其设定为阈值，具体为：以为均值生成一服从泊松过程的发端/收端随机变量，其中表示初始时刻，并对随机变量进行取整，将取整后的值作为设定的阈值，

若发端/收端存活的散射簇数目小于阈值，则基于Matérn硬核点和泊松点过程生成新的散射簇；重复上述步骤3-步骤4的处理过程，直至仿真截止时间。