專利名稱：：一種多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的信道建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)，特別涉及一種多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的信道建模方法。
背景技術(shù)：
：近年來，多輸入多輸出(MIM0)技術(shù)得到了廣泛的注意與發(fā)展，其特點(diǎn)在于能夠利用無線信道的多徑傳輸，開發(fā)信道的空間資源，建立空間并行傳輸信道，并利用通信系統(tǒng)的空間特點(diǎn)結(jié)合空時聯(lián)合處理技術(shù)，提高無線系統(tǒng)的容量與可靠性。MIM0系統(tǒng)中使用的各種信號處理算法的性能優(yōu)劣都極大地依賴于MIM0信道的特性，特別是各個天線之間的相關(guān)性。因此，建立有效的能夠反映MIM0信道空間相關(guān)特性并且適用于系統(tǒng)級和鏈路級仿真的MIM0信道模型，就變得相當(dāng)重要。MIM0信道建模方法主要分為兩類確定型建模和隨機(jī)型建模。由于確定型建模的使用范圍特別狹窄，只適用于特定的傳輸環(huán)境，因而隨機(jī)型建模在實(shí)際建模中得到了廣泛的使用。目前最常使用的隨機(jī)型建模有兩類基于相關(guān)矩陣的隨機(jī)型建模(CBSM)和基于幾何統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)型建模(GBSM)。GBSM受到了廣泛的使用。3GPP提出的SCM(SpatialChannelModel)模型，未來B3G/4G使用的SCME(SpatialChannelExtendedModel)模型、歐盟WINNER項(xiàng)目中的WINNER信道模型以及IMT-AdvancedMIM0信道模型均為基于幾何統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)信道模型?，F(xiàn)有的基于幾何統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)型建模方法中，設(shè)基站(BS)有S根天線，移動臺(US)有U根天線，且天線陣列為均勻線性陣列(ULA，uniformlineararrays)，基站為發(fā)射端，移動臺為接收端。在t時刻，移動臺接收信號可表示為y(t)=[Yl(t),y2(t),-,ys(t)]T式中[*]T表示轉(zhuǎn)置，基站發(fā)射信號可表示為s(t)=[Sl(t),s2(t),…，Su(t)]T。BS和MS間共有SXU條信道，每條信道有N條可分辨路徑，每條徑有M條子徑。以下行鏈路為例，則BS和US間的MM0無線信道可以表示為其中，H(t，x)GCsxu，Hn(t)為多徑信道中第n徑的信道傳輸矩陣，N表示可分辨多徑的數(shù)目，、表示多徑信道中第n徑的時延，6函數(shù)為單位脈沖函數(shù)(在零點(diǎn)處值為1，其他的點(diǎn)均為0)。接收信號y(t)與發(fā)送信號s(t)之間的關(guān)系為式中n(t)表示噪聲。信道系數(shù)Hu,s,n(t)的生成過程為首先根據(jù)信道模型的時延擴(kuò)展、時延分布因子、角度擴(kuò)展(到達(dá)角角度擴(kuò)展、離開角角度擴(kuò)展)，角度分布比例因子、萊斯K因子計(jì)算得到信道N條徑的徑時延、徑功率、徑到達(dá)角和徑離開角；其次計(jì)算生成信道每條徑中M條子徑的子徑到達(dá)角和子徑離開角；再次隨機(jī)生成每條子徑的初始相位(服從W，2ji)均勻分布)；最后根據(jù)上面得到的模型參數(shù)計(jì)算生成信道系數(shù)。信道為非視距傳輸時的信道系數(shù)Hu,s,n(t)可由下式計(jì)算得到其中下標(biāo)u表示第u根接收天線，下標(biāo)s表示第s根發(fā)射天線，下標(biāo)n表示信道的第n條路徑，下標(biāo)m表示信道的某條路徑的第m條子徑，Pn表示信道的徑功率，F(xiàn)u表示接收天線的增益，&表示發(fā)射天線的增益，X。表示信道載波波長，表示信道的第n條路徑的第m條子徑的初始相位，服從W，2ji)均勻分布，ds表示發(fā)射天線s到發(fā)射參考天線的距離，表示信道的第n條路徑的第m條子徑的離開角，du表示接收天線u到接收參考天線的距離，％，m表示信道的第n條路徑的第m條子徑的到達(dá)角，vn,m表示多普勒頻移其中||v||表示移動臺的移動速度，07表示移動臺的移動方向,s，n⑴，信道為視距傳輸時的信道系數(shù)H'其中下標(biāo)u表示第u根接收天線，下標(biāo)s表示第s根發(fā)射天線，下標(biāo)n表示信道的第n條路徑(nG{1,2,3,…，N})，K為信道模型的萊斯因子，F(xiàn)u表示接收天線的增益，F(xiàn)s表示發(fā)射天線的增益，①^表示直射路徑的初始相位，表示直射路徑的到達(dá)角，6^表示直射路徑的離開角，\o表示信道載波波長，ds表示發(fā)射天線s到發(fā)射參考天線的距離，du表示接收天線u到接收參考天線的距離，vLoS表示多普勒頻移GBSM與CBSM相比較，其優(yōu)點(diǎn)在于LoS(Line-of-Sight)和NLoS(Non-Line-of-Sight)之間可以方便地切換；時間相關(guān)和空間相關(guān)共同建模，模型體現(xiàn)了二者的共有特性，模型精準(zhǔn)度較高；模型受限較少，不同的天線可以使用相同的信道模型。其缺點(diǎn)在于模型變量較多，復(fù)雜度較高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對基于幾何統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)型建模方法的多輸入多輸出信道模型的復(fù)雜度較高的缺陷，其目的在于提出了一種低復(fù)雜度的多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的信道建模方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。一種多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的信道建模方法，包括以下步驟(1)根據(jù)給定的信道模型參數(shù)(時延擴(kuò)展、時延分布因子、到達(dá)角角度擴(kuò)展、離開角角度擴(kuò)展，角度分布比例因子、萊斯K因子)計(jì)算生成信道的N條徑的徑時延、，徑功率pn，徑最大功率pmax，徑到達(dá)角隊(duì)，徑離開角(K，下標(biāo)n表示第n條徑，nG[1,2,3,…，N])；(2)簡化信道模型步驟一首先設(shè)定一個徑功率門限值PthPth=Pmax/R(7)(8)其中P-表示信道的徑功率的最大值，P_與Pth的比值為R，R值由R'值確定，R'取值范圍為20到40之間的實(shí)數(shù)(此處R'為經(jīng)驗(yàn)值，R'值越大，信道模型的精準(zhǔn)度越高，而信道模型的復(fù)雜度也越高)，K值為信道模型的萊斯K因子步驟二遍歷信道的所有徑，如果徑功率小于門限值pth，則將此徑忽略，記為忽略徑，否則記為保留徑，所有忽略徑組成一個集合C(pk<pth，keC)，所有保留徑組成一個集合C'(Pj^Pth,jGC')，統(tǒng)計(jì)集合C中元素個數(shù)為&，則C'中元素個數(shù)為N-N1;步驟三統(tǒng)計(jì)所忽略徑的功率總和，pcut(9)如果，pcut不為0，則重新生成一徑此徑功率為此徑時延為此徑離開角為此徑到達(dá)角為其中C表示所有忽略徑的集合；步驟四保留徑集合C'與上述步驟三生成的徑組成新的信道模型的徑集合C，此時信道模型的多徑數(shù)目為々{N=N-NX+1)，信道的#條徑的徑時延f,，徑功率總，徑到達(dá)角%，徑離開角減，下標(biāo)1表示第1條徑，/e[l,2,3,…,々];其中，每一徑包含M條子徑；3)生成信道系數(shù)步驟一根據(jù)2)中得到的徑到達(dá)角勿和徑離開角減生成子徑的到達(dá)角和離開角(14)(15)其中下標(biāo)1表示第1條徑，下標(biāo)m表示第m條子徑，CA。A和CA。D分別表示到達(dá)角和離開角的角度偏移比例因子，表示角度偏移；步驟二生成每一子徑的初始相位①^，①^服從均勻分布U(0，2JI]；步驟三生成信道系數(shù)(a)信道為非視距傳輸時的信道系數(shù)(t)，(16)其中下標(biāo)u表示第u根接收天線，下標(biāo)s表示第s根發(fā)射天線，下標(biāo)1表示信道的第1條路徑(/e丨1，2,3,…,奶)，M表示每一徑包含子徑的個數(shù)，F(xiàn)u表示接收天線的增益，F(xiàn)s表示發(fā)射天線的增益，①“表示第1條路徑的第m條子徑的初始相位，錢，表示第1條路徑的第m條子徑的到達(dá)角，&m表示第1條路徑的第m條子徑的離開角，X。表示信道載波波長，ds表示發(fā)射天線s到發(fā)射參考天線的距離，du表示接收天線u到接收參考天線的距離，t表示多普勒頻移(17)其中||v||表示移動臺的移動速度，07表示移動臺的移動方向,道為視距傳輸時的信道系數(shù)(0，"exp(j27rvLoSt)-Husl(t)(18)其中下標(biāo)u表示第u根接收天線，下標(biāo)s表示第s根發(fā)射天線，下標(biāo)1表示信道的第1條路徑(/e{l,2,3,_,々})，K為信道模型的萊斯因子，F(xiàn)u表示接收天線的增益，F(xiàn)S表示發(fā)射天線的增益，^\。s表示直射路徑的初始相位，表示直射路徑的到達(dá)角，6^表示直射路徑的離開角，X。表示信道載波波長，ds表示發(fā)射天線s到發(fā)射參考天線的距離，du表示7接收天線u到接收參考天線的距離，vLoS表示多普勒頻移在本發(fā)明的方法中，首先根據(jù)多輸入多輸出(MIM0)無線通信系統(tǒng)的仿真環(huán)境生成MIM0無線通信系統(tǒng)的信道模型參數(shù)，包括徑時延、徑功率、徑到達(dá)角、徑離開角，然后根據(jù)簡化原則對信道模型進(jìn)行簡化處理，最后計(jì)算MIM0無線通信系統(tǒng)信道的傳輸系數(shù)。本發(fā)明利用自適應(yīng)減少信道多徑數(shù)目的方法，降低了MIM0通信系統(tǒng)信道模型的復(fù)雜度，與未簡化的信道模型相比較，簡化之后的信道模型的精準(zhǔn)度受到的影響很小。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是多輸入多輸出(MIM0)無線通信系統(tǒng)的信道模型的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1為基站天線(發(fā)射天線)，共有S根天線；2為移動臺天線(接收天線)，共有U根天線；3為散射體；4為信道多條路徑中的一條徑；5為信道的子徑。圖2是城市微小區(qū)(Umi)視距傳輸(LoS)環(huán)境下R'值與模型復(fù)雜度之間的關(guān)系圖；圖中橫軸為R'的取值，取值范圍為1100；縱軸為信道模型的復(fù)雜度，表示簡化后信道模型的復(fù)雜度與原信道模型的復(fù)雜度的比值，復(fù)雜度為1表示簡化后的信道模型與原信道模型的復(fù)雜度相同。圖3是城市微小區(qū)(Umi)非視距傳輸(NLoS)環(huán)境下R'值與模型復(fù)雜度之間的關(guān)系圖；圖中橫軸為R'的取值，取值范圍為1100；縱軸為信道模型的復(fù)雜度，其值表示簡化后信道模型的復(fù)雜度與原信道模型的復(fù)雜度的比值，復(fù)雜度為1表示簡化后的信道模型與原信道模型的復(fù)雜度相同。圖4是UmiLoS環(huán)境下R'值與rms時延擴(kuò)展的關(guān)系圖；圖中橫軸為R'的取值，取值范圍為1100；縱軸為rms時延擴(kuò)展誤差。圖5是UmiNLoS環(huán)境下R'值對rms時延擴(kuò)展的關(guān)系圖；圖中橫軸為R'的取值，取值范圍為1100；縱軸為rms時延擴(kuò)展誤差。圖6是UmiLoS環(huán)境下R'值對到達(dá)角角度擴(kuò)展的關(guān)系圖；圖中橫軸為R'的取值，取值范圍為1100；縱軸為到達(dá)角角度擴(kuò)展誤差。圖7是UmiNLoS環(huán)境下R'值對到達(dá)角角度擴(kuò)展的關(guān)系圖；圖中橫軸為R'的取值，取值范圍為1100；縱軸為到達(dá)角角度擴(kuò)展誤差。圖8是UmiLoS環(huán)境下R'值對離開角角度擴(kuò)展的關(guān)系圖；圖中橫軸為R'的取值，取值范圍為1100；縱軸為離開角角度擴(kuò)展誤差。圖9是UmiNLoS環(huán)境下R'值對離開角角度擴(kuò)展的關(guān)系圖；圖中橫軸為R'的取值，取值范圍為1100；縱軸為離開角角度擴(kuò)展誤差。圖10是UmiLoS環(huán)境下R'值對時間相關(guān)性的關(guān)系圖；圖中橫軸為時間t，取值范圍為00.Is；縱軸為信道系數(shù)相關(guān)性。圖11是UmiNLoS環(huán)境下R'值與時間相關(guān)性的關(guān)系圖；圖中橫軸為時間t，取值范圍為00.Is；縱軸為信道系數(shù)相關(guān)性。圖12是UmiLoS環(huán)境下R'值與空間相關(guān)性的關(guān)系圖；圖中橫軸為天線間距，取值范圍為05入，A表示載波波長；縱軸為信道系數(shù)相關(guān)性。圖13是UmiNLoS環(huán)境下R'值與空間相關(guān)性的關(guān)系圖；圖中橫軸為天線間距，取值范圍為05入，A表示載波波長；縱軸為信道系數(shù)相關(guān)性。圖14是UmiLoS環(huán)境下R'值與信道容量隨信噪比的變化情況的關(guān)系圖；圖中橫軸為信噪比，取值范圍為1023dB;縱軸為信道容量，單位為比特/秒。圖15是UmiLoS環(huán)境下對于不同的R'值信噪比為10dB時信道容量累計(jì)概率分布圖；圖中橫軸為信道容量，單位為比特/秒；縱軸為累計(jì)概率，單位為％。圖16是UmiNLoS環(huán)境下R'值與信道容量隨信噪比的變化情況的關(guān)系圖；圖中橫軸為信噪比，取值范圍為1023dB;縱軸為信道容量，單位為比特/秒圖17是UmiNLoS環(huán)境下對于不同的R'值信噪比為10dB時信道容量累計(jì)概率分布圖；圖中橫軸為信道容量，單位為比特/秒；縱軸為累計(jì)概率，單位為％。具體實(shí)施例方式參照圖1所示的多輸入多輸出(MIM0)無線通信系統(tǒng)的信道模型，對本發(fā)明的多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的信道建模方法進(jìn)行詳細(xì)說明。1)信道模型為圖1所示，MIM0系統(tǒng)共有S*U條信道，每條信道有N條多徑，每條多徑有M條子徑，根據(jù)給定的信道模型參數(shù)(時延擴(kuò)展、時延分布因子、到達(dá)角角度擴(kuò)展、離開角角度擴(kuò)展，角度分布比例因子、萊斯K因子)計(jì)算生成信道的N條徑的徑時延，徑功率口，徑最大功率P_，徑到達(dá)角％，徑離開角(下標(biāo)n表示第n條徑，ne[1,2,3,…，N])；2)簡化信道模型由⑴式可知信道卷積的復(fù)雜度與信道多徑數(shù)目N成正比例關(guān)系，由(3)、(5)式可知信道系數(shù)生成的復(fù)雜度也與信道多徑數(shù)目N成正比例關(guān)系，因而可以用將信道的功率較小的徑合并為一條徑，減小信道多徑數(shù)目的方法來降低信道模型的復(fù)雜度，做法為忽略功率小于門限值的徑的影響。為保證功率歸一化和信道模型的精準(zhǔn)度受影響很小，將所有忽略徑合并為一徑，設(shè)定此徑的功率為所有被忽略的徑的總功率，此徑的時延為所有被忽略的徑的平均附加時延，此徑的到達(dá)角為所有被忽略的徑的平均到達(dá)角，此徑的離開角為所有被忽略的徑的平均離開角，具體做法為步驟一首先設(shè)定一個徑功率門限值Pth其中P-表示信道的徑功率的最大值，P_與Pth的比值為R，R值由R'值確定，R'取值范圍為20到40之間的實(shí)數(shù)(此處R'為經(jīng)驗(yàn)值，R'值越大，信道模型的精準(zhǔn)度越高，而信道模型的復(fù)雜度也越高)，K值為信道模型的萊斯K因子；步驟二遍歷信道的所有徑，如果徑功率小于門限值pth，則將此徑忽略，記為忽略徑，否則記為保留徑，所有忽略徑組成一個集合C(pk<pth，keC)，所有保留徑組成一個集合C'(Pj^Pth,jGC')，統(tǒng)計(jì)集合C中元素個數(shù)為&，則C'中元素個數(shù)為N-N1;步驟三統(tǒng)計(jì)所忽略徑的功率總和pcut如果，pcut不為0，則重新生成一徑此徑功率為此徑時延為此徑離開角為此徑到達(dá)角為其中c表示所有忽略徑的集合；步驟四保留徑集合C'與步驟三生成的徑組成新的信道模型的徑集合d，此時信道模型的多徑數(shù)目為々=+1)，信道的&條徑的徑時延&，徑功率為，徑到達(dá)角勿，徑離開角減(下標(biāo)1表示第1條徑，/6[1,2,3,...,々])；由(5)(6)式可以看出R'和P_共同決定了Pth的大小，而R'也決定了斤值的大小，當(dāng)R'值越大，斤值也越大，信道模型的復(fù)雜度越高，而信道模型的精準(zhǔn)度也越高。以城市微小區(qū)(Umi)為例，將此信道模型與未執(zhí)行簡化步驟的信道模型(原信道模型)相比較?？芍?，原信道模型精準(zhǔn)度較高，而復(fù)雜度也較高。圖2、圖3所示的是UmiLoS和NLoS仿真場景中R'值與模型復(fù)雜度之間的關(guān)系，由(1)、(4)式可以看出信道模型的復(fù)雜度與信道多經(jīng)數(shù)目成正比。設(shè)定原信道模型的復(fù)雜度為標(biāo)準(zhǔn)，則信道模型的復(fù)雜度可以用表示其中斤為信道模型簡化之后的多徑數(shù)目，N為信道模型簡化之前的多徑數(shù)目，eN表示簡化后信道模型的復(fù)雜度與原信道模型的復(fù)雜度的比值，則￡N越小表示信道模型的復(fù)雜度越低。由圖2、圖3可以看出在LoS和NLoS情況下隨著R'值的增大，eN增大，即信道模型的復(fù)雜度增大。圖4、圖5所示為UmiLoS和UmiNLoS仿真場景中R'值對rms時延擴(kuò)展的影響。設(shè)定原信道模型的rms時延擴(kuò)展為標(biāo)準(zhǔn)，則可以用rms時延擴(kuò)展誤差￡DS來表示R'值對rms時延擴(kuò)展的影響其中TrfflS表示信道模型簡化之前的rms時延擴(kuò)展，表示信道模型簡化之后的rms時延擴(kuò)展?！闐S表示簡化后信道模型的rms時延擴(kuò)展與原信道模型的rms時延擴(kuò)展的平均偏差值。eDS越大表示對rms時延擴(kuò)展的影響越大。由圖4、圖5可以看出在LoS和NLoS情況下隨著R'值的增大，eDS值減小，即信道模型的rms時延擴(kuò)展的誤差越小，當(dāng)R'值足夠大時，￡DS值趨向于0，即信道模型的rms時延擴(kuò)展的誤差趨向于0。圖6、圖7所示為UmiLoS和UmiNLoS仿真場景中R'值對到達(dá)角角度擴(kuò)展的影響，設(shè)定原信道模型的到達(dá)角角度擴(kuò)展為標(biāo)準(zhǔn)，則可以用到達(dá)角角度擴(kuò)展誤差eAoA表示R'值對到達(dá)角角度擴(kuò)展的影響其中AA。A表示信道模型簡化之前的到達(dá)角角度擴(kuò)展，表示信道模型簡化之后的到達(dá)角角度擴(kuò)展。eA。A表示簡化后信道模型的到達(dá)角角度擴(kuò)展與原信道模型的到達(dá)角角度擴(kuò)展的平均偏差值?！闍。A值大，表示對到達(dá)角角度擴(kuò)展影響大。由圖6、圖7可以看出在LoS和NLoS情況下隨著R'值的增大，eA。A值減小，即信道模型的到達(dá)角角度擴(kuò)展誤差越低，當(dāng)R'值足夠大時，￡A。A趨向于0，即信道模型的到達(dá)角角度擴(kuò)展誤差趨向于0。圖8、圖9所示為UmiLoS和UmiNLoS仿真場景中R'值對離開角角度擴(kuò)展的影響，設(shè)定原信道模型的離開角角度擴(kuò)展為標(biāo)準(zhǔn)，則可以用離開角角度擴(kuò)展誤差eA。D表示R'值對離開角角度擴(kuò)展的影響其中Aa。d表示信道模型簡化之前的到達(dá)角角度擴(kuò)展，五^^表示信道模型簡化之后的到達(dá)角角度擴(kuò)展。eA。D表示簡化后信道模型的離開角角度擴(kuò)展與原信道模型的離開角角度擴(kuò)展的平均偏差值。eA。D值大，表示對離開角角度擴(kuò)展影響大。由圖8、圖9可以看出在LoS和NLoS情況下隨著R'值的增大，eA。D值減小，即信道模型的離開角角度擴(kuò)展誤差越小，當(dāng)R'值足夠大時，￡A。D趨向于0，即信道模型的離開角角度擴(kuò)展誤差趨向于0。3)生成信道系數(shù)步驟一根據(jù)2)中得到的徑到達(dá)角錢和徑離開角減生成子徑(其中，每一徑包含M條子徑)的到達(dá)角和離開角(15)其中下標(biāo)1表示第1條子徑，下標(biāo)m表示第m條子徑，CA。A和CA。D分別表示到達(dá)角和離開角的角度偏移比例因子，表示角度偏移；步驟二生成每一子徑的初始相位①^，①^服從均勻分布U(0，2Ji]；步驟三生成信道系數(shù)(a)信道為非視距傳輸時的信道系數(shù)fi，M(0，其中下標(biāo)u表示第u根接收天線，下標(biāo)s表示第s根發(fā)射天線，下標(biāo)1表示信道的第1條路徑(/e{l,2,3,_,々})，M表示每一徑包含子徑的個數(shù)，F(xiàn)u表示接收天線的增益，&表示發(fā)射天線的增益，①“表示第1條路徑的第m條子徑的初始相位，錢，表示第1條路徑的第m條子徑的到達(dá)角，&m表示第1條路徑的第m條子徑的離開角，X。表示信道載波波長，ds表示發(fā)射天線s到發(fā)射參考天線的距離，du表示接收天線u到接收參考天線的距離，t表示多普勒頻移A)(17)其中||v||表示移動臺的移動速度，9表示移動臺的移動方向,(b)道為視距傳輸時的信道系數(shù)其中下標(biāo)u表示第u根接收天線，下標(biāo)s表示第s根發(fā)射天線，下標(biāo)1表示信道的第1條路徑(/￡丨1，2,3,-_，々丨)，K為信道模型的萊斯因子，F(xiàn)u表示接收天線的增益，F(xiàn)S表示發(fā)射天線的增益，^\。s表示直射路徑的初始相位，表示直射路徑的到達(dá)角，6^表示直射路徑的離開角，X。表示信道載波波長，ds表示發(fā)射天線s到發(fā)射參考天線的距離，du表示接收天線u到接收參考天線的距離，vLoS表示多普勒頻移由于MIMO系統(tǒng)中使用的各種信號處理算法和技術(shù)的性能優(yōu)劣都極大地依賴于MIM0信道的特性，特別是各個天線之間的相關(guān)性。MIM0信道的精準(zhǔn)度的評估指標(biāo)還包括{丨道時間相關(guān)性，空間相關(guān)性，信道容量。圖10、圖11分別為在UmiLOS仿真場景下和UmiNLoS仿真場景下R'值對信道時間相關(guān)性的影響，由圖10、圖11可以看出，在兩種場景下R'的取值較大時(R'^20),信道時間相關(guān)性幾乎不受影響。圖12、圖13分別為在UmiLoS仿真場景下和UmiNLoS仿真場景下R'值對信道空間相關(guān)性的影響，由圖12、圖13可以看出，在兩種場景下當(dāng)R'的取值較大時(R'^20),信道空間相關(guān)性幾乎不受影響。圖14、圖16所示為UmiLoS和UmiNLoS仿真場景中對于不同的R'值信道容量隨信噪比的變化，圖15、圖17是UmiLoS和UmiNLoS環(huán)境下信噪比為10dB對于不同的R'值時信道容量累計(jì)概率分布圖。假設(shè)基站天線數(shù)大于或等于移動用戶端天線數(shù)，信道容量其中C表示信道模型簡化之前的信道容量，f表示信道模型簡化之后的信道容量，S為移動用戶端天線數(shù)。由圖14、圖16可以看出在UmiLoS和UmiNLoS環(huán)境下，此簡化方法對信道容量隨信噪比的變化情況的影響很小，隨著R'值的增大，影響越來越小。由圖15、圖17可以看出在UmiLoS和UmiNLoS環(huán)境下，此簡化方法對信道容量的累計(jì)概率分布影響很小，隨著R'值的增大，影響越來越小。R'值的選擇問題R'值的大小決定了簡化后信道模型的精準(zhǔn)度和復(fù)雜度。R'值大，信道模型的復(fù)雜度高，仿真時間長，而精準(zhǔn)度也高。因此，需要在信道模型復(fù)雜度和精準(zhǔn)度之間進(jìn)行折中，取得合理的R'值。在UmiLoS情況下，當(dāng)R'為2040之間時，由圖2、圖4，圖6，圖8可知，rms時延擴(kuò)展誤差最大約為5%，最小約為1.5%，到達(dá)角角度擴(kuò)展誤差最大約為6%，最小約為2%，離開角角度擴(kuò)展誤差最大約為9%，最小約為3%，而信道模型的復(fù)雜度最大約為原信道模型的60%，最小約為原信道模型的70%;由圖10，圖12可知當(dāng)R'為2040之間時，簡化之后信道模型的時間相關(guān)性和空間相關(guān)性與原模型相比相差很小，圖14，圖16可知簡化之后信道模型的信道容量隨信噪比的變化情況和信噪比的累計(jì)概率分布與原模型相比相差很小。在UmiNLoS情況下，當(dāng)R'為2040之間時，由圖3、圖5，圖7，圖9可知，rms時延擴(kuò)展誤差最大約為3%，最小約為1%，到達(dá)角角度擴(kuò)展誤差最大約為5%，最小約為1%，離開角角度擴(kuò)展誤差最大約為6%，最小約為2%，而信道模型的復(fù)雜度最大約為原信道模型的83%，最小約為原信道模型的70%;由圖11，圖13可知當(dāng)R'為2040之間時，簡化之后信道模型的時間相關(guān)性和空間相關(guān)性與原模型相比相差很小，圖15，圖17可知簡化之后信道模型的信道容量隨信噪比的變化情況和信噪比的累計(jì)概率分布與原模型相比相差很小。綜合以上所述，可知當(dāng)R'為2040之間時，信道模型的復(fù)雜度得到了很大的降低，而信道模型的精準(zhǔn)度受到的影響很小。綜合考慮信道模型復(fù)雜度和精準(zhǔn)度，R'的取值范圍可以選定為2040。權(quán)利要求一種多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的信道建模方法，包括以下步驟(1)根據(jù)給定的信道模型參數(shù)計(jì)算生成信道的N條徑的徑時延τn，徑功率pn，徑最大功率Pmax，徑到達(dá)角徑離開角φn，下標(biāo)n表示第n條徑，n∈[1，2，3，…，N])；(2)簡化信道模型步驟一首先設(shè)定一個徑功率門限值PthPth＝Pmax/R<mrow><mi>R</mi><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msup><mi>R</mi><mo>&prime;</mo></msup></mtd><mtd><mi>NLoS</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><msup><mi>R</mi><mo>&prime;</mo></msup><mo>*</mo><mrow><mo>(</mo><mi>K</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>LoS</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>其中Pmax表示信道的徑功率的最大值，Pmax與Pth的比值為R，R值由R′值確定，R′取值范圍為20到40之間的實(shí)數(shù)(此處R′為經(jīng)驗(yàn)值，R′值越大，信道模型的精準(zhǔn)度越高，而信道模型的復(fù)雜度也越高)，K值為信道模型的萊斯K因子；步驟二遍歷信道的所有徑，如果徑功率小于門限值pth，則將此徑忽略，記為忽略徑，否則記為保留徑，所有忽略徑組成一個集合C(pk＜pth，k∈C)，所有保留徑組成一個集合C′(pj≥pth，j∈C′)，統(tǒng)計(jì)集合C中元素個數(shù)為N1，則C′中元素個數(shù)為N-N1；步驟三統(tǒng)計(jì)所忽略徑的功率總和pcut<mrow><msub><mi>p</mi><mi>cut</mi></msub><mo>=</mo><munder><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>k</mi><mo>&Element;</mo><mi>C</mi></mrow></munder><msub><mi>p</mi><mi>k</mi></msub></mrow>如果pcut不為0，則重新生成一徑此徑功率為<mrow><msup><mi>p</mi><mo>&prime;</mo></msup><mo>=</mo><munder><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>k</mi><mo>&Element;</mo><mi>C</mi></mrow></munder><msub><mi>p</mi><mi>k</mi></msub></mrow>此徑時延為<mrow><msup><mi>&tau;</mi><mo>&prime;</mo></msup><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><munder><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>k</mi><mo>&Element;</mo><mi>C</mi></mrow></munder><msub><mi>p</mi><mi>k</mi></msub><msub><mi>&tau;</mi><mi>k</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><munder><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>k</mi><mo>&Element;</mo><mi>C</mi></mrow></munder><msub><mi>p</mi><mi>k</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow>此徑離開角為<mrow><msup><mi>&theta;</mi><mo>&prime;</mo></msup><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><munder><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>k</mi><mo>&Element;</mo><mi>C</mi></mrow></munder><msub><mi>p</mi><mi>k</mi></msub><msub><mi>&theta;</mi><mi>k</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><munder><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>k</mi><mo>&Element;</mo><mi>C</mi></mrow></munder><msub><mi>p</mi><mi>k</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow>此徑到達(dá)角為其中C表示所有忽略徑的集合；步驟四保留徑集合C′與上述步驟三生成的徑組成新的信道模型的徑集合此時信道模型的多徑數(shù)目為信道的條徑的徑時延徑功率徑到達(dá)角徑離開角下標(biāo)l表示第l條徑，其中，每一徑包含M條子徑；(3)生成信道系數(shù)步驟一根據(jù)(2)中得到的徑到達(dá)角和徑離開角生成子徑的到達(dá)角和離開角<mrow><msub><mover><mi>&phi;</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>l</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mover><mi>&phi;</mi><mo>~</mo></mover><mi>l</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>C</mi><mi>AoD</mi></msub><msub><mi>&alpha;</mi><mi>m</mi></msub></mrow>其中下標(biāo)l表示第l條徑，下標(biāo)m表示第m條子徑，CAoA和CAoD分別表示到達(dá)角和離開角的角度偏移比例因子，αm表示角度偏移；步驟二生成每一子徑的初始相位Φl，m，Φl，m服從均勻分布U(0，2π]；步驟三生成信道系數(shù)(a)信道為非視距傳輸時的信道系數(shù)<mrow><mrow><msub><mover><mi>H</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>u</mi><mo>,</mo><mi>s</mi><mo>,</mo><mi>l</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msqrt><msub><mover><mi>P</mi><mo>~</mo></mover><mi>l</mi></msub></msqrt><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>M</mi></munderover><msub><mi>F</mi><mi>u</mi></msub><mo>[</mo><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mi>j</mi><msub><mi>&Phi;</mi><mrow><mi>l</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow><msub><mi>F</mi><mi>s</mi></msub><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>jd</mi><mi>s</mi></msub><msubsup><mrow><mn>2</mn><mi>&pi;&lambda;</mi></mrow><mn>0</mn><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mover><mi>&phi;</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>l</mi><mo>,</mo><mi>m</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>其中下標(biāo)u表示第u根接收天線，下標(biāo)s表示第s根發(fā)射天線，下標(biāo)l表示信道的第l條路徑M表示每一徑包含子徑的個數(shù)，F(xiàn)u表示接收天線的增益，F(xiàn)s表示發(fā)射天線的增益，Φl，m表示第l條路徑的第m條子徑的初始相位，表示第l條路徑的第m條子徑的到達(dá)角，表示第l條路徑的第m條子徑的離開角，λ0表示信道載波波長，ds表示發(fā)射天線s到發(fā)射參考天線的距離，du表示接收天線u到接收參考天線的距離，表示多普勒頻移其中||v||表示移動臺的移動速度，θv表示移動臺的移動方向；(b)信道為視距傳輸時的信道系數(shù)<mrow><msubsup><mover><mi>H</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>u</mi><mo>,</mo><mi>s</mi><mo>,</mo><mi>l</mi></mrow><mo>&prime;</mo></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mover><mi>H</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mi>u</mi><mo>,</mo><mi>s</mi><mo>,</mo><mi>l</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo></mrow>其中下標(biāo)u表示第u根接收天線，下標(biāo)s表示第s根發(fā)射天線，下標(biāo)l表示信道的第l條路徑K為信道模型的萊斯因子，F(xiàn)u表示接收天線的增益，F(xiàn)s表示發(fā)射天線的增益，ΦLoS表示直射路徑的初始相位，表示直射路徑的到達(dá)角，φLoS表示直射路徑的離開角，λ0表示信道載波波長，ds表示發(fā)射天線s到發(fā)射參考天線的距離，du表示接收天線u到接收參考天線的距離，vLoS表示多普勒頻移FDA0000022618440000011.tif,FDA0000022618440000022.tif,FDA0000022618440000023.tif,FDA0000022618440000024.tif,FDA0000022618440000025.tif,FDA0000022618440000026.tif,FDA0000022618440000027.tif,FDA0000022618440000028.tif,FDA0000022618440000029.tif,FDA00000226184400000210.tif,FDA00000226184400000211.tif,FDA00000226184400000212.tif,FDA00000226184400000213.tif,FDA00000226184400000215.tif,FDA00000226184400000217.tif,FDA00000226184400000218.tif,FDA00000226184400000219.tif,FDA0000022618440000031.tif,FDA0000022618440000032.tif,FDA0000022618440000033.tif,FDA0000022618440000034.tif,FDA0000022618440000036.tif,FDA0000022618440000037.tif,FDA0000022618440000038.tif,FDA0000022618440000039.tif全文摘要本發(fā)明涉及多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)，公開了一種多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的信道建模方法。首先根據(jù)多輸入多輸出(MIMO)無線通信系統(tǒng)的仿真環(huán)境生成MIMO無線通信系統(tǒng)的信道模型參數(shù)，包括徑時延、徑功率、徑到達(dá)角、徑離開角，然后根據(jù)簡化原則對信道模型進(jìn)行簡化處理，最后計(jì)算MIMO無線通信系統(tǒng)信道的傳輸系數(shù)。本發(fā)明利用自適應(yīng)減少信道多徑數(shù)目的方法，降低了MIMO通信系統(tǒng)信道模型的復(fù)雜度，與未簡化的信道模型相比較，簡化之后的信道模型的精準(zhǔn)度受到的影響很小。文檔編號H04B7/04GK101860385SQ20101020759公開日2010年10月13日申請日期2010年6月23日優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日發(fā)明者任品毅,廖學(xué)文,朱世華,趙霞申請人:西安交通大學(xué)