[發明專利]一種大規模MIMO仿真系統的多徑信道等效生成方法

有效

• 申請號: 201510013790.1
• 申請日: 2015-01-12
• 公開（公告）號: CN104601312B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 金石;沈超;張蘇春;高西奇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L5/00
• 分類號: H04L5/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 黃成萍

技術領域

本發明涉及一種使用多天線的大規模MIMO無線通信系統的仿真技術，尤其涉及一種大規模MIMO仿真系統的多徑信道等效生成方法。

背景技術

隨著智能移動終端的普及應用和移動新業務需求的不斷發展，移動通信傳輸速率需求繼續呈指數增長。為滿足未來移動通信應用需求，需要深度挖掘利用空間無線資源，大幅提升無線通信的頻譜利用率和功率利用率。采用多天線發送和多天線接收的MIMO無線傳輸技術，是提高無線通信頻譜和功率效率的基本技術，在過去十余年內一直是無線通信研究領域的主流技術之一。受天線數量的限制(例如在3GPP的LTE-A標準中，基站側最多可配置8根天線)，傳統MIMO技術的頻譜和功率效率仍然較低。在基站側配置大規模天線陣列(數十根以上)，以深度挖掘利用空間維度資源，成為未來無線通信的發展趨勢之一。

在無線通信系統中，為了對傳輸方案進行性能評估，需要進行仿真驗證。在大規模的傳輸天線下，同一時頻資源上支持傳輸的用戶數增加，信道數據的計算量會隨天線規模大大增長。在仿真過程中，信道生成占用很大一部分時間，尤其是系統級仿真時，需要生成多個基站對大量用戶的空間信道，因而信道生成時間成為首要時間瓶頸。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明通過利用多徑信道建模時各個路徑、時間、空間等維度的相關性，提供一種快速高效的大規模MIMO仿真系統的多徑信道等效生成方法，減少實際仿真過程中的計算時間和計算空間消耗，最終節省仿真過程中的計算資源。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種大規模MIMO仿真系統的多徑信道等效生成方法，包括如下步驟：

(1)設計每對發射-接收單元的信道相互獨立：信道計算中涉及的隨機變量預先生成，并根據這些隨機變量生成相應的計算系數；預先內側隨機變量并生成信道原始數據，能夠節省單對發送-接收單元的信道所需的內存資源；

(2)根據隨機變量的值生成信道原始數據：信道原始數據包括每條徑上的信道初始衰落、時間擴展、發送與接收天線擴展和每條可分辨延時徑上的頻率擴展；

(3)利用時間擴展對信道原始數據進行更新，得到當前時刻的信道原始數據；利用時間擴展在仿真時刻變化時更新信道原始數據，以取代用公式進行直接計算，可以加快計算速度；

(4)利用發送與接收天線擴展，將信道原始數據轉換為空間信道矩陣；利用發送與接收天線擴展將各個徑上的信道衰落轉換為空間信道矩陣，以取代用公式進行直接計算，可以加快計算速度；

(5)將各條徑上的空間信道矩陣合并，形成可分辨延時徑上的空間信道矩陣，從而計算出信道生成器；將計算出的各個徑上的信道衰落轉換為空間信道矩陣并合并為信道生成器，使得在需要同時產生多個信道時不必將每個OFDM頻點的信道都生成出來，可以節省仿真中的內存資源；

(6)利用信道生產器中各個可分辨延時徑上的空間信道矩陣和頻率擴展，生成相應各個OFDM頻點上的空間信道；利用頻率擴展生成相應各個OFDM頻點上的空間信道，以取代用公式進行直接計算，可以加快計算速度。

所述發射-接收單元適用于MIMO系統，發射端與接收端都可以配備數個或數十個以上的天線單元，信道計算中涉及的隨機變量包括發射端與接收端各個維度的角度擴展、時延擴展、生成信道上各路徑功率分布的隨機變量等；通過這些隨機變量可以計算出步驟(2)中信道原始數據，最終得到每個時隙上每個OFDM頻點的信道矩陣。

所述信道初始衰落是在路徑損耗、陰影衰落、天線方向性濾波等大尺度衰落作用下各條徑上的信道能量與相位信息；時間擴展指計算信道在用戶移動相應位移時各條徑上的信道變化所需的信道參數；發送與接收天線擴展指計算各條徑上的發送各個發送天線到接收天線上的信道矩陣元素所需的信道參數，在ULA天線陣列下為發送天線與接收天線端各一個，UPA陣列則各需要兩個；頻率擴展包含延時信息，可以計算每條可分辨延時徑上的信號在OFDM各個頻點上的信道衰落。

利用時延擴展對信道原始數據進行更新時，相當于用戶在給定的時間間隔內移動了一段距離，各條徑上的接收信號產生了相位甚至功率的變化。

發送與接收天線擴展可以根據信道初始衰落計算出信道在各對發送-接收單元上的衰落值，通常情況下發送與接收天線擴展是由天線的空間排布而導致的信號相位乃至幅度的差異。