[发明专利]毫米波MIMO波束域信道建模方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于大规模MIMO的波束域建模方法，包括建立表征MIMO信道的几何域CI R系统模型，通过酉矩阵进行波束域转换，得波束域CI R系统模型，波束域CI R系统模型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；对单跳簇与双跳簇进行3D建模，得到单跳簇与双跳簇复合存在的3D模型；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。本发明考虑MIMO信道的富散射特性，引入单/双跳簇，描述了簇在天线平面阵列上的可视区，模拟大规模MIMO信道的时空频非平稳性，仿真结果表明，该建模方法具有良好的有效性。

技术领域

本发明涉及信道建模技术领域，尤其是一种基于毫米波MIMO的波束域建模方法及系统。

背景技术

在大规模MIMO系统中，基站(Base Station)配备了大量天线，导致了巨大的收发器复杂性。而将系统信道从空间域转换为波束域(Beam Domain)是一个有效的方案。波束域信道建模是通过在角度域中对传播环境进行采样，表征发射和接收波束之间的功率耦合。随着天线数量的增加，波束域的信道元素趋于不相关，信道元素的衰落减小，并表现出频率平坦特性。

随着无线频谱资源的日益短缺，毫米波频段的开发成为通信领域的研究热点之一。与低于6GHz的频带相比，由于处于复杂的富散射环境，毫米波频段的大规模MIMO信道具有更显著的散射效应和高衰减。对于毫米波频段波束域建模，需要使用更加准确细分的簇建模来表征毫米波频段簇的分布。

许多波束域信道研究和测量结果表明，大规模MIMO技术的引入使得波束域信道中簇的空间非平稳特性不可忽视。因此，在毫米波频段建立一个精确的大规模MIMO波束域信道模型是至关重要的。一般来说，信道建模表征簇的非平稳性有两种不同的方法：第一种是生灭亡(BD)过程，重点关注簇群在时间上的演化；第二种是簇可视区域(VR)方法，VR指的是天线阵列上的一个区域，每个簇被分配给一个特定的VR，只有当天线在VR中时，天线才能观察到相应的簇。因此，在毫米波频段建立一个表征空间非平稳性的大规模MIMO波束域信道模型是至关重要的。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提出一种基于毫米波MIMO的波束域建模方法及系统，其考虑MIMO信道的富散射特性，引入单/双跳簇，并描述了簇在天线平面阵列上的可视区，模拟大规模MIMO信道的时空频非平稳性，仿真结果表明，该建模方法具有良好的有效性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于毫米波MIMO的波束域建模方法，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。

在本发明的一个实施例中，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。

在本发明的一个实施例中，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：