[发明专利]毫米波MIMO波束域信道建模方法及系统

权利要求书

1.一种基于毫米波MIMO的波束域建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立表征MIMO信道的几何域CIR系统模型，通过酉矩阵进行波束域转换，得到波束域CIR系统模型，其中，所述波束域CIR系统模型采用单跳与双跳传播的复合机制，波束域CIR系统模型对应的发射机和接收机之间的散射环境被建模为单跳簇与双跳簇；

S2、基于毫米波信道的富散射特征，对S1中的单跳簇与双跳簇的参数进行3D建模，得到单跳簇与双跳簇复合存在的3D模型，其中，所述3D建模包括单跳簇与双跳簇的几何分布、角度、延时和功率；

S3、采用可视区理论将单跳簇与双跳簇在平面天线阵列上进行可视区建模，生成单跳簇与双跳簇的可视区在水平和竖直方向的位置与长度，以表征信道非平稳性。

2.根据权利要求1所述的基于毫米波MIMO的波束域建模方法，其特征在于，所述S1中的单跳簇与双跳簇表示为：单跳簇表示发射端到单跳簇再到接收端的虚拟链路；一对双跳簇表示发射机到第一次反射簇的第一次反弹和由最后一次反射簇到接收机的最后一次反弹以及第一次反弹和最后一次反弹之间的多次反弹组成的虚拟链路。

3.根据权利要求1所述的基于毫米波MIMO的波束域建模方法，其特征在于，所述S1中建立表征MIMO信道的几何域CIR系统模型，通过酉矩阵进行波束域转换，得到波束域CIR系统模型的方法包括：

S1.1、建立几何域CIR系统模型如下：

其中，

式中，h_i,j(τ)表示发射端第i行、第j列天线与接收端之间的冲激响应，SBC表示单跳簇，DBC表示双跳簇，LoS表示视线部分，K_R表示莱斯因子，P_k表示第k条路径在发射端与接收端之间的归一化总功率，η_SBC和η_DBC分别为单跳簇和双跳簇的散射功率占比，表示发射端与接收端之间的冲激响应，其中且式中，d_h和d_v分别表示均匀平面天线阵列中相邻天线在方位角和仰角上的间距，和分别表示第k条路径基站侧和用户侧的方位角；和分别表示第k条路径的基站侧和用户侧的仰角；υ_k表示多普勒频移，其中，f_k＝v/λ，λ表示波长，v和α分别表示用户侧的移动速度和移动方位角；f_c表示载波频率，τ_k表示第k条路径的传播延迟，Φ_k表示第k条路径的相移；

S1.2、记中将均匀平面天线阵列的响应矩阵写为：

S1.3、引入变换矩阵进行波束域转换，得到：

其中：

式中，I_s和I_e分别为可视区在均匀平面天线阵列上天线的起始索引与结束索引。

4.根据权利要求1所述的基于毫米波MIMO的波束域建模方法，其特征在于，所述S2中对单/双跳簇的参数进行3D建模的方法包括：

S2.1、基于单/双跳簇到发射端、接收端的距离服从指数分布对单/双跳簇的几何分布进行建模；

S2.2、基于单/双跳簇的方位角服从冯·米塞斯分布，仰角服从余弦分布,对单/双跳簇的几何分布进行建模；

S2.3、根据单/双跳簇的角度参数，获得单/双跳簇在发射机和接收机侧的距离矢量，基于所述距离矢量对单/双跳簇的延时、频移、相移建模；

S2.4、根据S2.3得到的延迟对单/双跳簇的功率建模。

5.根据权利要求4所述的基于毫米波MIMO的波束域建模方法，其特征在于，所述S2.1的方法包括：令单/双跳簇到发射端、接收端的距离服从指数分布为得到单/双跳簇的几何分布为其中，k_d表示指数分布的距离参数。