[发明专利]一种基于随机孪生簇的波束信道的仿真方法

说明书

本发明提供了一种基于随机孪生簇的波束信道的仿真方法。该方法根据收发端波束的宽度确定收发端散射点簇的数目，初始化散射点簇的位置，得到收发端波束参数；根据收发端波束参数计算波束响应，计算各个链路在当前时刻的信道传输函数；更新时间、收发端的位置、波束指向和散射簇位置，计算各个链路在更新时刻的信道传输函数，计算出波束范围内的散射簇生存概率，确定更新时间后的散射簇的生灭，统计存活散射簇的数目，基于泊松过程确定散射簇的数目，若存活数目低于该阈值则生成新的散射簇。本发明方法考虑了散射簇的随机移动性和波束对散射簇生灭的影响，弥补了现有随机信道建模理论中未考虑散射簇的随机移动性和波束对散射簇生灭特性的影响。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于随机孪生簇的波束信道的仿真方法。

背景技术

作为5G中的关键技术——MIMO（Multiple Input Multiple Output，多输入多输出）技术和波束赋形技术，不仅能大大提升频带利用率，还能克服高频段尤其是毫米波频段所带来的严重的路径损耗，因而吸引了学术界和工业界的广泛关注。近年来，随着车联网、无人机、高速铁路和城市轨道交通等的不断发展，波束赋形技术在这类高移动性场景的无线通信中显露出了巨大的应用优势与潜力，因此，构建准确、高效的波束信道模型对于研究、分析高移动性场景下的电波传播特性、通信系统优化等方面能提供重要的物理层技术支撑。

现今无线信道模型方法主要分为确定性信道建模与随机性信道建模方法。其中确定性信道模型典型方法是射线跟踪法，其通过构建精准的传播环境，来计算多径的参数，如功率、角度和时延等，该方法精度较高，但是计算量较大。随机性信道建模方法中代表性的模型为基于几何的随机信道模型和非几何随机建模方法，典型非几何随机信道模型包括抽头延迟线模型和簇延迟线模型，而基于几何随机模型则是假设散射点分布在规律的几何形状上。虽有部分工作在基于几何的随机信道模型上开展了对波束信道建模的研究，但是这些模型并未将散射点的移动性考虑在内，同时并未考虑波束对散射簇生灭的影响，难以刻画波束信道下的信道非平稳特征。

发明内容

本发明提供了一种基于随机孪生簇的波束信道的仿真方法，用于解决现有随机信道建模理论未考虑散射簇的移动特性这一问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于随机孪生簇的波束信道的仿真方法，包括：

初始化收发端波束参数，该收发端波束参数包括波束指向和波束宽度，其中根据收发端位置确定波束指向，根据收发端波束的宽度确定收发端散射点簇的数目，采用Matérn硬核泊松簇过程初始化散射点簇的位置，并赋予每个散射点簇随机速度；

确定仿真开始的当前时刻，根据收发端波束的初始化参数计算波束响应，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，计算得到各个链路在当前时刻的信道传输函数；

更新时间、收发端的位置、波束指向和散射簇位置，计算得到各个链路在更新时刻的信道传输函数，根据各个时刻散射簇的位置和速度，计算每个散射簇的生存概率；

根据散射簇生存概率确定更新时间后的散射簇的生灭，统计存活散射簇的数目，基于泊松过程确定该时刻散射簇的数目，若存活数目低于该阈值则基于Matérn硬核泊松簇过程生成新的散射簇；重复上述过程直至仿真截止时间。

优选地，所述的初始化收发端波束参数，该收发端波束参数包括波束指向和波束宽度，其中根据收发端位置确定波束指向，根据收发端波束的宽度确定收发端散射点簇的数目，采用Matérn硬核泊松簇过程初始化散射点簇的位置，并赋予每个散射点簇随机速度，包括：

收发端波束指向由视距链路的角度所决定，视距链路的离开水平角和离开俯仰角的计算公式如下：