[發明專利]一種基于隧道環境的三維非平穩寬帶雙簇信道建模方法

在審

• 申請號: 201911343866.1
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN110958069A
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 江浩;陳珍
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04W4/46
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 王磊

本發明公開了一種基于隧道環境的三維非平穩寬帶雙簇信道建模方法，包括構建三維非平穩寬帶雙簇信道模型,給出多徑傳輸的角度參數和模型參數；推導三維非平穩寬帶雙簇信道模型的矩陣表達式；推導LoS和NLoS傳輸路徑下復沖激響應的函數表達式；推導NLoS多簇散射情況下，發射端發出的信號到達接收端的路徑長度；引入生死算法，利用簇群在陣列和時間軸上的演變，推導在一定時間間隔后的簇群數量，以表示簇群在半橢圓隧道場景下的狀態；推導不同傳輸路徑間的空間互相關性函數，以分析不同傳輸鏈路的空間互相關特性；仿真驗證構建的三維非平穩寬帶雙簇信道模型。本發明彌補了過去研究的不足,為分析三維非平穩寬帶雙簇信道的傳輸特性提供了一種建模方法,能夠有效地應用到5G V2V無線通信系統的性能分析中。

技術領域

本發明屬于MIMO V2V信道模型技術領域，具體涉及一種基于隧道環境的三維非平穩寬帶雙簇信道建模方法。

背景技術

近年來，為了開發無線智能交通系統，對第五代(5G)車對車(vehicle-to-vehicle,V2V)散射環境的統計傳播特性的深入研究引起了研究人員的大量關注。在5G V2V通信系統中采用多輸入多輸出(multiple-input multiple-output,MIMO)技術被認為是非常有益的，因為它們能夠滿足5G無線網絡中車輛通信不斷增長的業務需求。因此，對MIMOV2V信道的統計傳播特性的基本理解在理論和實踐方面都是至關重要的。

在無線多輸入多輸出通信環境中，來自發射機的波在到達接收機之前撞擊路邊環境中的散射體；因此，現有文獻采用Ricean衰落信道來表征5G V2V通信中的傳播特性。數值研究表明，基于幾何的隨機信道建模解的計算復雜度極低，而其精度非常高；因此，研究人員更有可能引入幾何模型來研究5G通信場景中V2V信道的統計傳播特性。到目前為止，已經引入了各種幾何信道模型來描繪無線通信場景中的干擾對象的分布區域。鑒于此，可以根據發射器，接收器和干擾物體之間的特定幾何關系導出不同場景下的傳播路徑長度和角度參數。具體來說，S.Wu和X.Cheng提出的多反彈散射模型來研究V2V通道的統計特性，采用橢圓模型描述移動無線通信環境中干擾物體的分布區域。R.He等人研究了雙環參考模型中M2M(mobile-to-mobile,M2M)通道的時變統計特征，假設運動方向和速度是固定的。J.Zhang等人研究的三維衰落信道模型表明，當波從發射器到接收器的傳播是二維(2D)模型時，無線通信系統性能的評估是不準確的。因此，采用三維(3D)信道模型，即包括方位角和仰角角度參數，研究統計傳播特性至關重要。H.Jiang提出了一個3D MIMO信道模型來模擬空中發射機和地面接收機之間的通信場景，假設高空發射機和地面接收機位于3D焦點上的傾斜橢球模型。此外，Y.Liu提出了用于5G高速列車無線通信的3D大規模MIMO信道模型，該模型研究了用于在空間，時間和頻率域中建模信道非平穩特性的集群演進。

5G V2V通道中發射器和接收器之間的通信具有不同的干擾物體的幾何分布，即矩形，馬蹄形，橢圓形，圓形和半圓形。隧道環境中的V2V信道建模，特別是對于許多道路通過隧道，對于5G通信系統的開發具有重要意義。以往的研究多集中在固定的發射機和接收機、散射體的位置，這具有一定的局限性，因為在現實場景下，發射機和接收機都在運動，同時散射體的位置也會隨著發射機和接收機的運動而發生相應的改變。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于隧道環境的三維非平穩寬帶雙簇信道建模方法，建立用于第五代(5G)車輛到車輛(V2V)隧道通信環境的通用三維(3D)非平穩寬帶雙簇信道模型，在所建立的模型中，接收信號被構造為具有視線(LoS)傳播的分量和經由雙群模型的分量之和，即非視距(NLoS)傳播，因此，可以分析信號經歷不同傳播分量下的信道特性。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于隧道環境的三維非平穩寬帶雙簇信道建模方法，包括以下步驟：