一種3d mimo信道建模的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于無線通信領域，具體設及一種3D MIMO信道建模的方法。
【背景技術】
[0002] MIMO技術的核屯、優勢在于對空間資源的有效利用，原本是無線通信中缺點的多徑 效應，在MIMO系統中卻成為提高容量的有利因素。MIMO信道中多天線之間的隔離度使得系 統的大容量成為可能，如果信道相關性很低，MIMO信道就可W分為多條并行的子信道，各個 子信道就相當于一個傳統的單入單出無線通信信道。對于一個完全不相關的MIMO信道，其 容量提升的倍數就是天線數目。由此可W看出，容量增益很大程度上依賴于傳輸環境是否 有豐富的多徑因素，W此獲得較低的信道相關性。
[0003] 信道H對整個通信系統傳輸性能的好壞有著重要的影響，因此如何精確地獲得實 時的信道系數是通信系統仿真中至為關鍵的一項工作。電磁波的傳播受到天線參數、載頻、 用戶和基站位置、移動速度W及散射體分布等多種因素的影響，運使得無線信道具有很大 的不可預見性，因此也就增加了信道建模的復雜度和難度。
[0004] 信道建模和仿真是無線新系統鏈路級和系統級仿真非常重要的研究領域。 C0ST259是首個提出無線信道空間框架的模型，奠定了MIMO信道建模的基礎。3GPP SCM (Spatial Qiannel Model)模型、SCME(Spatial 化annel Model Extended)模型和WIN肥R 模型在此基礎上降低了仿真復雜度，加大信道帶寬和逐步完善測試場景。上述模型基于電 波僅在水平面傳播的假設均為二維（2D)模型。為了提高信道仿真的準確性，同時考慮電波 在垂直面傳播的影響，必須將2D-MIM0擴展到S維（3D)信道模型，提出新的3D MIMO信道建 模方法。
【發明內容】
[000引為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種3D MIMO信道建模的方法。
[0006] 本發明所采用的技術方案為：
[0007] -種3DMIM0信道建模方法，其改進之處在于:所述方法包括
[0008] (1)確定仿真的場景和網絡布局，根據場景和統計的相關性計算出大尺度參數；
[0009] (2)根據大尺度參數和概率密度函數結合場景，依次生成各小尺度參數；
[0010] (3)計算出信道系數；
[0011] (4)根據計算結果更新小尺度參數建立漂移模型；
[0012] (5)根據漂移模型時間演進后建模。
[0013] 可選的，所述網絡布局包括=個坐標系：全局坐標系、陣列坐標系和陣子坐標系； 各坐標系間統計的相關性通過坐標軸的相對旋轉角度來表示;在建模時電磁波傳播方向是 在全局坐標系坐標系中，天線的方向圖表示是相對于陣子坐標系;根據坐標系之間的互相 轉換關系，可W計算出電磁波在陣列坐標系坐標系中的歸一化水平極化向量鴻ns和垂直極 化向量埃a。
[0014] 可選的，所述大尺度參數包括延遲擴展、水平離開角的角度擴展、水平到達角的角 度擴展、垂直離開角的角度擴展、垂直到達角的角度擴展、陰影衰落的標準差和萊斯K因子 的參數。
[0015] 可選的，所述步驟(3)包括根據生成的各小尺度參數，通過下述公式計算信道系 數：
[0017]其中，Frx,U,謝Frx,。>為接收天線單元U的垂直與水平天線方向圖，Ftx,S,謝Ftx,3>是 發射單元S的垂直與水平天線方向圖；,是接收端附近簇n的子徑m在球坐標的單位向 量，吃W,，,。是發射端附近簇n的子徑m在球坐標下的單位向量。
[0018] 可選的，所述步驟(4)包括建立坐標系，生成網絡拓撲、終端路徑和散射體，確定各 距離量與角度量的計算方法，通過更新每個快照的小尺度參數來建模。
[0019] 進一步的，所述小尺度參數包括非視距漂移參數和視距漂移參數；
[0020] 非視距漂移:基于初始到達角和路徑時延計算簇散射體，第1條路徑的總時延為： Ch = Ti . c+|r|，其中Ir I為發射機與接收機初始位置的距離；每條子徑有不同的到達角 (6;,,，知運些角轉換到笛卡爾坐標系可得
，移動臺運動過程中Rx,Tx,MT滿 足；角關系ar,l,m,s = al,m-er,s，其中矢量er,s是從接收機的初始位置指向在快照S時第r條路 徑上的天線陣子，矢量Clr,1,",S是從接收機指向在快照S時第r條路徑上的天線陣子；
[0021] 視距漂移:根據移動臺位置的變化更新收發兩端天線陣子的角度，
[0027] 其中，矢量；Tr,t,S是在快照S時從發射端天線陣子t指向接收端陣子r;相位和時延由 上式矢量計算得到。
[0028] 可選的，所述步驟巧)包括對簇散射體的生命周期建模，根據簇的變化規律確定多 個片段長度與多個片段間的重疊長度，通過更新每個快照的小尺度參數和重疊部分快照的 大尺度參數建模。
[0029] 本發明的有益效果為：
[0030] 1、時間演化:通過更新時延、出發角、到達角、極化、陰影衰落、K因子實現信道系數 的短期時間演化；
[0031] 2、場景轉換:本發明支持相鄰信道片段間的光滑過渡；
[0032] 3、移動終端速度可變；
[0033] 4、視距和非視距場景由共同的框架結構仿真，減少了模型復雜度并能自由地配置 多單元場景；
[0034] 5、用改進的方法計算大尺度參數:它擴展了位置圖生成的算法，考慮了對角運動 方向并且創建了更平滑的輸出；
[0035] 6、有修改天線結構圖的新功能:天線圖能在3D坐標系中自由旋轉同時保持極化個 性。
【附圖說明】
[0036]圖1是本發明提供的GCS，ACS，ECS坐標系結構示意圖；
[0037] 圖2是本發明提供的室外路徑損耗模型結構示意圖；
[0038] 圖3是本發明提供的室外到室內路徑損耗模型結構示意圖；
[0039] 圖4是本發明提供的多鏈路傳輸結構示意圖；
[0040] 圖5是本發明提供的漂移模型結構示意圖；
[0041 ]圖6是本發明提供的一種3D MIMO信道建模方法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0042] 如圖6所示，本發明提供了一種3D MIMO信道建模方法，在3D MIMO信道模型中有S 個參考坐標系，各坐標系間的統計的相關性通過坐標軸的相對旋轉角度來表示。在建模時 考慮的電磁波傳播方向是在GCS坐標系中，而天線的方向圖表示是相對于ECS的。根據坐標 系之間的互相轉換關系，可W計算出電磁波在ECS坐標系中的歸一化水平極化向量ifS和垂 直極化向量zfs。
[0043] 建模時由于散射體是移動的，首先定義信道的一個抽取(drop),在一個抽取中所 有參數都是固定的，除了子徑的相位外。運樣，可W認為在一個抽取內的移動是虛擬的，通 過子徑旋轉相位的疊加引起快速衰落和多普勒效應。
[0044] 本發明一種3D MIMO建模方法，具體步驟如下：
[0045] 步驟一:確定仿真的場景和網絡布局，根據場景和統計的相關性計算出大尺度衰 落參數。
[0046] 如圖1所示：在網絡布局中，定義^個坐標系：全局坐標系（GCS，Global Coordinate System)、陣列坐標系（ACS,Array Coordinate System)、陣子坐標系化CS, Element Coordinate System)；
[0047] 3DMIM0信道的大尺度參數主要有：延遲擴展（DS，Delay Spread),水平離開角 (A0D，Angle (^0邱班化的）的角度擴展，水平到達角(A0A，Angle Of Arrival)的角度擴展， 垂直離開角化OD ,ElevationAngle OfDepadure)的角度擴展，垂直到達角化OA， ElevationAngle OfArrival)的角度擴展，陰影衰落（SF，Siadow^ding)的標準差，萊斯K因 子化F，K化ctor)。
[0048] 步驟二:根據大尺度參數和概率密度函數，結合場景，依次生成各小尺度參數。
[0049] 對于向量在不同坐標系中的表示，可W通過坐標系間相應關系來進行轉換計算。 假設ACS坐標系是相對于GCS坐標系的X，Y，Z軸分別旋轉a，e，丫弧度得到的，定義旋轉矢量 rot = [a,0, 丫]，則在GCS中表示為v=[xo，yo，zo]T的矢量，在ACS中的表示如下：
[0050] V'= [x'o,y'o,z'o]T=T ? V;
[0051] 其中，轉換矩陣T為：
[0053] 步驟計算出信道系數，根據仿真需求添加路徑損耗和陰影衰落。
[