[發明專利]一種基于傳播圖理論的多波束信道建模方法

有效

• 申請號: 202110103746.5
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN113162712B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 張嘉馳;劉留;談振輝;周濤;王凱
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04B7/06
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 劉源

1.一種基于傳播圖理論的多波束信道建模方法，其特征在于，包括：

根據收發天線陣列的參數，獲得收發天線陣列的波束指向和收發天線陣列的波束在各個角度的波束增益；具體包括：

設收發天線陣列各有和道波束，該和道波束的指向方向分別為和獲得發射端天線陣列的每個波束的在角度Ω^Tx的增益為接收端天線陣列的每個波束在角度Ω^Rx上的增益為式中，上標Tx,Rx分別表示發射端和接收端，上標dir表示波束指向，t,r分別表示收發端波束的序號，θ和φ表示波束相對于天線陣列的方位角和水平角；

設某道波束由二維均勻平面天線陣列生成，將該道波束在某個角度的增益轉換為

G(θ,φ)＝G₀(θ,φ)*F (1)；

式(1)中G₀(θ,φ)表示在該角度上的單天線增益，F表示天線因子，可具體表示為：

式(2)中，j為虛數，θ₀和φ₀表示波束指向對應的方位角和水平角，M,N分別表示沿天線陣列橫縱軸方向上的陣元數目，k表示波束，d_x,d_y分別表示橫縱軸方向上相鄰兩個陣元間的距離，I_m,n表示橫軸第m個縱軸第n個天線上的權重系數；

所述的獲得發射端天線陣列的每個波束的在角度Ω^Tx的增益為包括：

基于多道波束的影響在角度域的線性可加性，結合式(1)和(2)，獲得發射端天線陣列在某個角度Ω^Tx＝(θ^Tx,φ^Tx)上的多波束增益

以及接收端天線陣列在某個角度Ω^Rx上的多波束增益

根據收發天線陣列的波束在各個角度的波束增益，修正傳播邊的傳播增益；具體包括：

根據傳播圖理論，構建點集合V和邊集合E；其中點集合分為發射點集合V_T、散射點集合V_S和接收點集合V_R；邊集合E分為發射點至接收點的邊集合E_D、發射點至散射點的邊集合E_T、散射點至散射點的邊集合E_S和散射點至接收點的邊集合E_R；設任意邊e，其對應的頻域傳輸函數為

式中，τ_e表示傳播時延，為相位隨機變量，其均勻分布在[0,2π)，g_e表示路徑傳播增益；

對于散射點集合V_S，通過網格狀散射點表示散射物體，設兩個相鄰散射點間的距離為c/B，其中c是光速，B是系統帶寬；

設兩個散射點間的歐式距離滿足

d_th,min≤||r_p-r_q||≤d_th,max (6)；

其中d_th,min和d_th,max表示兩個距離閾值，r_p和r_q表示從坐標系原點至散射點p和q對應的矢量；

根據障礙物的移動性，將散射點集合劃分為一個靜態離散點集合和多個動態離散點集合

對于動態散射點，根據障礙物的凹凸性，確定出電波在其內部發生有限次散射；

根據傳播圖信道建模理論，邊的傳輸函數如式(5)所示，且每類邊的傳輸增益g_e為

其中f表示頻率，對于e∈E_T,E_R，表示發射點到散射點集合的平均傳播時延，其中|·|表示集合的勢，表示調整因子，g表示散射點增益因子，odi(e)表示與一個散射點到其他散射點的邊數；

根據式(7)，將與發射點集合和接收點集合相關的傳播邊修正為

其中Ω^Tx和Ω^Rx分別表示傳播邊與發射/接收天線陣列所呈的角度；

根據障礙物尺寸和位置、障礙物與收發天線陣元的位置關系，利用傳播圖信道建模理論建立多波束信道模型，獲得收發天線陣列的傳輸函數；具體包括：

所述收發天線陣列的傳輸函數包括發射端至接收端傳輸函數矩陣D(t,f)、發射端至散射點傳輸函數Τ(t,f)、散射點之間傳輸函數B(t,f)和散射點至接收端傳輸函數R(t,f)；所述發射端至接收端傳輸函數矩陣D(t,f)、發射端至散射點傳輸函數Τ(t,f)和散射點至接收端傳輸函數R(t,f)受到G^Tx(Ω^Tx)和G^Rx(Ω^Rx)的影響；

當波束在靜態散射點集合內部發生無窮次散射時，設發射端經散射點至接收端的信道傳輸函數其計算公式為

式中，矩陣下標表示矩陣的維度；

當波束在M個動態散射點集合內部分別發生有限次的散射時，設發射端經散射點至接收端的信道傳輸函數矩陣為

式中表示第i個動態離散散射點集合內的散射點數目，N_T和N_R分別表示發射點集合和接收點集合中的元素個數，即發射、接收天線的數目；

系統總的傳輸函數為發射端至接收端發射端經靜態離散散射點集合至接收端以及發射端經多個動態離散散射點集合至接收端三者傳輸函數之和，獲得

將式(11)中的矩陣的每一個元素均表示一條邊的傳輸函數。