[發(fā)明專利]一種基于實(shí)測(cè)的3D MIMO統(tǒng)計(jì)信道建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710476525.6
• 申請(qǐng)日: 2017-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107425895B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張陽(yáng);李晨;龐立華;欒英姿;李杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/0413
• 分類號(hào): H04B7/0413;H04B7/08;H04B17/391;H04L25/02
• 代理公司: 西安長(zhǎng)和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于實(shí)測(cè)的3D MIMO統(tǒng)計(jì)信道建模方法，有效而準(zhǔn)確地反映真實(shí)三維信道環(huán)境，提高信道模型的精度；通過(guò)外場(chǎng)測(cè)量提取大尺度參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征，生成大尺度參數(shù)的互相關(guān)矩陣來(lái)解決現(xiàn)有模型中該矩陣非正定的問(wèn)題，利用線性模型統(tǒng)計(jì)建模3D MIMO信道的俯仰角擴(kuò)展，增加垂直域角度擴(kuò)展與距離的依賴關(guān)系，通過(guò)混合Von Mises Fisher分布來(lái)隨機(jī)生成具有互依賴性的子徑方位角和子徑俯仰角；根據(jù)外場(chǎng)測(cè)量的統(tǒng)計(jì)分析確定信道模型的各個(gè)表征參數(shù)，生成3D MIMO信道系數(shù)。本發(fā)明拓展了3D MIMO信道模型的應(yīng)用，為準(zhǔn)確而高效地評(píng)估3D MIMO系統(tǒng)相關(guān)算法提供了有力的工具。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于實(shí)測(cè)的3D MIMO統(tǒng)計(jì)信道建模方法。

背景技術(shù)

無(wú)線信道是新一代無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和新通信技術(shù)算法等研究的基礎(chǔ)，因此準(zhǔn)確地進(jìn)行信道建模顯得至關(guān)重要。目前大多數(shù)基于幾何架構(gòu)的統(tǒng)計(jì)信道模型都是二維的，滿足了傳統(tǒng)的城市宏小區(qū)無(wú)線信道建模要求。而隨著信道建模場(chǎng)景的不斷細(xì)化，二維信道模型不能精確地描述各種實(shí)際場(chǎng)景的無(wú)線信道。因此，為了更加客觀精確地描述信道特性，提出了三維多輸入多輸出(3D MIMO)信道模型。現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)化信道模型如SCM，WINNER，QuaDRiGa模型都提出了MIMO信道3D化的建模方法和思路。與傳統(tǒng)的2DMIMO相比，3D MIMO最大的變化就是對(duì)空域俯仰維度信息的利用。信道模型中對(duì)俯仰到達(dá)角(EoA)和俯仰離開(kāi)角(EoD)這兩個(gè)重要的角度參數(shù)進(jìn)行建模，很好地反映了客觀現(xiàn)實(shí)的無(wú)線傳播環(huán)境，因此得到了廣泛的關(guān)注和研究。3D MIMO利用信道垂直域獲得了更多的空間自由度，提高了系統(tǒng)的吞吐量，同時(shí)顯著提高了小區(qū)的平均和邊緣頻譜效率，減少了多用戶干擾。由于自身的優(yōu)勢(shì)，3D MIMO已經(jīng)滲透到各種主流無(wú)線通信系統(tǒng)中(例如，LTE，LTE-advanced以及未來(lái)5G標(biāo)準(zhǔn))。

目前3D MIMO信道建模有了初步的進(jìn)展，同時(shí)也存在一些問(wèn)題：在WINNER+模型中相應(yīng)的3D MIMO信道參數(shù)部分通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研獲得，沒(méi)有經(jīng)過(guò)完備的外場(chǎng)測(cè)量，使得由此建立的信道模型會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤；信道的垂直域角度特征對(duì)于3D MIMO信道非常重要，實(shí)驗(yàn)觀察到俯仰角擴(kuò)展取決于基站(BS)和用戶終端(UE)之間的距離，但是大多數(shù)現(xiàn)有的信道模型對(duì)俯仰離開(kāi)角擴(kuò)展ESD和俯仰到達(dá)角擴(kuò)展ESA的距離依賴性特征沒(méi)有說(shuō)明；大多數(shù)的3D MIMO信道模型將方位角和俯仰角的生成過(guò)程割裂開(kāi)來(lái)考慮而沒(méi)有研究方位角和俯仰角之間的互相關(guān)性，使得由此建立的信道模型不夠精確，也與實(shí)際傳播環(huán)境的特征不符。因此，3DMIMO信道完整且精確的建模就顯得尤為重要。另外，無(wú)線信道可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行建模，主要可分為以下幾類：基于幾何架構(gòu)的統(tǒng)計(jì)模型(GBSMs)，基于相關(guān)的統(tǒng)計(jì)模型(CBSMs)和參數(shù)隨機(jī)模型(PSMs)。通過(guò)傳播環(huán)境中散射體的預(yù)定義分布，基于電磁波的反射、折射、衍射和散射的基本定律可構(gòu)建GBSM。CBSM通過(guò)在信道矩陣元素之間引入互相關(guān)性來(lái)統(tǒng)計(jì)地表征MIMO信道特征。PSM通過(guò)利用諸如延遲，功率和多徑的到達(dá)或離開(kāi)角度的特征參數(shù)來(lái)表征多徑分量(MPC)。基于PSM架構(gòu)，本發(fā)明所提基于實(shí)測(cè)的3D MIMO統(tǒng)計(jì)信道模型重新定義了模型中部分參數(shù)的統(tǒng)計(jì)表征方法并依托外場(chǎng)實(shí)際測(cè)量給出其推薦值。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是：現(xiàn)有模型中大尺度參數(shù)的互相關(guān)矩陣非正定的問(wèn)題、大多數(shù)信道模型沒(méi)有對(duì)俯仰離開(kāi)角擴(kuò)展ESD和俯仰到達(dá)角擴(kuò)展ESA的距離依賴性特征進(jìn)行說(shuō)明以及現(xiàn)有3D MIMO信道模型將方位角和俯仰角的生成過(guò)程割裂開(kāi)來(lái)考慮而沒(méi)有研究方位角和俯仰角之間的互相關(guān)性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于實(shí)測(cè)的3D MIMO統(tǒng)計(jì)信道建模方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于實(shí)測(cè)的3D MIMO統(tǒng)計(jì)信道建模方法，通過(guò)外場(chǎng)信道測(cè)量提取大尺度參數(shù)的統(tǒng)計(jì)量，生成大尺度參數(shù)的互相關(guān)矩陣；利用線性模型統(tǒng)計(jì)建模3DMIMO信道的俯仰角擴(kuò)展，表明大尺度參數(shù)中垂直域角度擴(kuò)展與距離的依賴關(guān)系；引入混合VMF分布刻畫(huà)多簇方位角和俯仰角的互依賴性并生成3D空間的到達(dá)角和離開(kāi)角；