[發明專利]一種毫米波信道模型建模方法和裝置

有效

• 申請號: 201710147017.3
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106850110B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 劉芳;陳昭杰;劉元安
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 李陽;李浩

本發明公開了一種一種毫米波信道模型建模方法和裝置，包括獲取場景空間信息；根據所述場景空間信息，通過射線跟蹤模型計算毫米波傳播路徑，以及通過基于場景的隨機行走算法計算隨機路徑；根據所述隨機路徑計算各毫米波傳播路徑的阻擋概率。從而，本發明能夠根據不同的場景，引入相應場景下的空間因素影響，解決目前動態人體阻擋模型無法體現場景對人體行走路徑影響的問題。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，特別是指一種毫米波信道模型建模方法和裝置。

背景技術

5G(第5代移動通信系統)是面向2020年以后移動通信需求而發展的新一代移動通信系統。由移動通信的發展規律，5G將具有超高的頻譜利用率和能效，在傳輸速率和資源利用率等當面較4G移動通信提高一個量級或者更高，其無線覆蓋性能、傳輸時延、系統安全等都將得到顯著的提高。

為實現5G的高速率傳輸，主要通過兩種途徑，其一是增加頻譜利用率，其二是增加頻譜帶寬。相對于提高頻譜利用率，增加頻譜帶寬的方法顯得更簡單直接。在頻譜利用率不變的情況下，可用帶寬翻倍則可以實現的數據傳輸速率也翻倍。但現在常用的5GHz以下的頻段已經非常擁擠，為尋找新的頻譜資源，各大廠商把目光投向了毫米波技術

毫米波是指波長在毫米數量級的電磁波，其頻率大約在30GHz～300GHz之間。根據通信原理，無線通信的最大信號帶寬大約是載波頻率的5％左右，因此載波頻率越高，可實現的信號帶寬也越大。因此，如果使用毫米波頻段，頻譜帶寬將大幅提高，傳輸速率也可得到巨大提升。然而，由于毫米波頻率高、波長短，因此毫米波還有一個不容忽視的特性是在空氣中衰減較大，且繞射能力較弱，非常容易受到各種阻擋，其中人體產生的阻擋現象尤為復雜多變。

信道建模作為無線通信系統研發與測試的重要組成部分，需要準確描述信道特性。而目前常用的諸如IEEE 802.11ad、IEEE 802.15.3c中提出的毫米波信道模型，其中的人體阻擋模型對于毫米波受到以人體阻擋的擋描述較為簡單，且靈活性較差，難以滿足毫米波復雜多變的應用場景。因此需要一個靈活且具有普遍適用性的阻斷概率模型，來描述毫米波復雜多變的應用場景。

毫米波呈現顯著的簇到達現象，接收機接收到的每一簇都有著基本相同的到達角及到達時間。但在實際的環境中，并非所有的簇都能夠到達接收機完成通信任務。其中一部分可能會被場景中坐著或站著的人體以及其他物體阻擋，并且會對毫米波通信系統的性能產生十分顯著的影響，因此在對毫米波信道進行建模時需要將人體的阻擋現象考慮在內。

在以IEEE 802.11ad為代表的現有毫米波信道模型中，動態人體阻擋模型借助射線跟蹤模型計算出毫米波可能產生的所有傳播路徑，之后通過隨機行走模型模擬人體在場景中的活動，進而統計得出每條路徑相應的被阻擋概率。在使用該動態人體阻擋模型時，首先需要讀取場景的空間信息，構建場景的空間數據集。其次，設定發射機與接收機的位置信息，通過已有的空間信息，采用射線跟蹤模型，結算在該參數設定下所有可能發生的毫米波傳播路徑；與此同時，在空間中隨機選取一點作為出發點，采用隨機行走算法生成隨機路徑。此后分別多次仿真獲取對每種傳播路徑產生阻擋的概率，再配合單次阻擋事件的動態阻擋模型即可獲得動態人體阻擋模型。其中，隨機行走模型是描述由一連串隨機步驟組成的路徑的數學模型。

發明人在實現發明的過程中發現，現有的動態人體阻擋模型至少存在以下問題：隨機行走的路徑與場景無關，這在實際的應用場景中是不可能發生的。在現實場景中，由于場景內存在各種各樣的物體，這些物體都會影響到人體的行走路徑。例如，在實際的場景中人體不可能從桌子中穿過，而采用傳統的隨機行走模型則無法避免該現象的發生。另外，人體的行走路線完全隨機，這與現實場景中的人體行走模式不同。現實場景中，人體運動軌跡的隨機性體現在起始點與目標點的隨機選擇，而其從起始點到目標點的行走路徑最可能表現為場景允許的兩點間的最短路徑。還有，由于目前的動態人體阻擋模型僅僅針對有限的幾種場景，為了達到與相關文獻、協議中想接近的模型數據，就要求與其有十分接近的參數設定，這就大大影響了它的靈活性與普適性。

發明內容