[發(fā)明專利]一種基于隨機散射簇的三維Massive MIMO信道建模方法

有效

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• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108365903B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張薇;段京京;沃文杰;陳敬堯;竇崢
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04B7/0413
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于隨機散射簇的三維Massive MIMO信道建模方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。由于球面波前的計算復(fù)雜性，本發(fā)明在3D Massive MIMO信道模型中引入球面波前的二階近似，即拋物波前建模近場效應(yīng)，與球面波前相比減少了理論和計算復(fù)雜度；而對于Massive MIMO信道呈現(xiàn)的非平穩(wěn)特性，本發(fā)明以3D空間中散射簇分布情況為研究對象，通過引入散射簇的有效概率和有效散射簇兩個物理概念，提供了一種較為簡單的基于散射簇空間位置信息的建模方法，并利用隨機過程建模有效散射簇在陣列軸的出現(xiàn)和消失，簡單而又靈活地描述3D散射環(huán)境的傳播特性。與直接應(yīng)用球面波前相比減少了計算和理論的復(fù)雜度，為建模信道近場效應(yīng)提供一種計算復(fù)雜度低的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于隨機散射簇的三維MassiveMIMO信道建模方法。

背景技術(shù)

多輸入多輸出(MIMO：Multiple-Input-Multiple-Output)技術(shù)在改善無線通信系統(tǒng)頻譜效率和提高系統(tǒng)容量方面具有重要意義。伴隨高端智能移動終端的快速普及和移動用戶數(shù)的不斷增多，未來通信的數(shù)據(jù)傳輸速率的需求成指數(shù)增長。Massive MIMO作為新一代增強型MIMO技術(shù)，較傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)中4(或8)根天線配置增加一個量級以上。理論上天線越多，系統(tǒng)的頻譜效率和傳輸可靠性就會越高。Massive MIMO技術(shù)通過大幅提高基站側(cè)的天線數(shù)量，充分利用空間維度無線資源，能夠大幅提升小區(qū)平均頻譜效率和邊緣用戶頻譜效率，是最具潛力的第五代移動通信(5G)無線傳輸技術(shù)之一。

對5G Massive MIMO來說，可以準(zhǔn)確描述Massive MIMO信道特征的信道模型至關(guān)重要，信道模型可用于Massive MIMO技術(shù)、算法、產(chǎn)品和系統(tǒng)的評估和優(yōu)化。MIMO信道特征主要表現(xiàn)為多天線空間特性。傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)由于天線數(shù)目少，收發(fā)距離容易滿足遠場條件，因此可以將球面波前近似為平面波前，采用二維(2D)信道建模方法；同時每個天線陣元也近似認(rèn)為遍歷所有散射路徑，MIMO信道呈現(xiàn)為平穩(wěn)特性。與傳統(tǒng)MIMO信道不同的是，由于天線陣列尺寸的大幅增加，Massive MIMO系統(tǒng)的近場范圍擴大，散射簇或用戶可能位于大規(guī)模陣列的近場區(qū)域中，即存在近場效應(yīng)。同時，通過相關(guān)信道測量發(fā)現(xiàn)在大規(guī)模陣列軸上存在散射簇的出現(xiàn)和消失，即每個陣元并不能遍歷所有的散射簇，Massive MIMO信道呈現(xiàn)非平穩(wěn)特性。

截至目前為止，國內(nèi)外研究者提出的Massive MIMO信道建模方法主要分為兩大類：基于生滅過程的建模方法和基于散射簇可見區(qū)域的建模方法。前者用散射簇的生滅過程建模散射簇沿天線陣列軸方向的消失和出現(xiàn)來描述散射簇的非平穩(wěn)特性，同時用球面波前建模近場效應(yīng)；后者則定義了每一個散射簇在大規(guī)模天線陣列軸上對應(yīng)的可見區(qū)域，其中一些散射簇的可見區(qū)域大小是整個陣列軸，而另外一些對應(yīng)的僅是陣列軸的一部分。如果天線陣元位于散射簇可見區(qū)域內(nèi)，即認(rèn)為散射簇對于天線陣元是激活的。不同陣元散射簇可見區(qū)域的變化表征為散射簇沿陣列軸方向的出現(xiàn)和消失。現(xiàn)有的這兩類建模方法都存在著不足之處：基于生滅過程建模方法需要同時建模散射簇的出現(xiàn)和消失，每次信道更新都需要遍歷整個陣列軸天線才能確定每一天線陣元的散射簇集，同時球面波前計算也較為復(fù)雜，因此總的復(fù)雜度相對較高；而基于散射簇可見區(qū)域的信道模型僅在2D平面上考慮可見域定義，無法準(zhǔn)確描述3D散射傳播環(huán)境，且模型中沒有考慮近場效應(yīng)。對于準(zhǔn)確度高、復(fù)雜度低的Massive MIMO信道模型仍然處于探索過程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供建立準(zhǔn)確度高、復(fù)雜度低的Massive MIMO信道模型的一種基于隨機散射簇的三維Massive MIMO信道建模方法。

本發(fā)明的內(nèi)容通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于隨機散射簇的三維Massive MIMO信道建模方法，包括以下步驟：