[發明專利]一種非對稱毫米波亞毫米波無線信道仿真方法

有效

• 申請號: 202110635458.4
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113364544B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 張焱;杜川;張萬成;何遵文;趙雷
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開了一種非對稱毫米波亞毫米波室外信道仿真方法，涉及無線通信領域。本發明充分考慮了信道分布環境呈現出非對稱性的特點，設計了一種毫米波亞毫米波信道仿真方法，該方法能夠生成非對稱條件下的毫米波亞毫米波無線信道沖激響應和參數。通過結合毫米波亞毫米波具有空氣分子吸收和粗糙表面漫散射的傳播特點，將信道沖激響應分為視距徑、單跳和雙跳，從而準確地實現上下行信道的參數刻畫與信道模擬。并且，非對稱上下行信道的相關性得到了充分利用，這有效地降低了信道響應和信道參數生成的復雜度，從而增強了其在系統仿真驗證應用中的實用性。本發明可應用于非對稱毫米波亞毫米波通信系統的設計和部署中，并提供理論與模型依據。

技術領域

本發明涉及無線通信領域，具體涉及一種非對稱的毫米波和亞毫米波頻段的無線信道仿真方法。

背景技術

隨著信息社會的不斷發展，未來的后5G和6G移動通信系統將需要在數據速率、時延、覆蓋能力等多個方面達到更高的要求。當前頻率較低的頻段資源幾乎已經被各種通信業務占用而變得擁擠不堪，難以挖掘出可加以利用的頻譜資源。而毫米波和亞毫米波頻段具有超大的、連續可利用的帶寬，能滿足通信系統上百Gbps的數據傳輸速率和百微秒級的時延需求。且毫米波和亞毫米波波長短，使得在基站側或用戶側都可以在有限的空間內部署大規模的多輸入多輸出(Multiple-Input-Multiple-Output，MIMO)天線陣列。當前的大規模MIMO移動通信中，絕大多數基站側和移動臺側的多波束天線陣列采用對稱結構進行設計。在對稱結構中，同一側的發射和接收通道數量相等，與之對應的接收和發送波束寬度以及增益也相同。但對稱的收發陣列結構存在計算復雜度大，硬件成本高，能量功率消耗大等缺點，從而限制了高頻通信的大范圍部署和應用。

在非對稱結構的陣列中，同一側(基站側和移動臺側)用于發送和接收的陣列規模不相等。采用較大規模的高增益波束發送陣列和較小規模的低增益波束接收陣列，在獲得更高的系統容量和鏈路增益的同時，收發端也能更容易實現波束的動態跟蹤和管理。在收發陣列不對稱的情況下，即使是時分雙工(Time-Division Duplex，TDD)系統，也不再滿足上下行信道的互易性。但本質上，信道沖激響應由傳播環境、收發波束寬度等因素決定，相似的傳播環境使得上下行信道間仍存在一定相關性，不能簡單地用兩個獨立的信道模型加以生成。如何在建模與仿真過程中，充分刻畫這種相關性，并據此降低信道仿真過程的復雜度，目前仍存在較大難度。針非對稱結構的對毫米波和亞毫米波頻段的無線信道構建模型，形成流程化的建模方法，兼顧模型準確性和效率，對未來毫米波和亞毫米波移動通信系統的設計和部署具有十分重要的意義。

發明內容

本發明公開的一種非對稱毫米波亞毫米波無線信道仿真方法，該方法解決了現有無線信道仿真技術尚未充分考慮傳播環境非對稱性的問題；解決了非對稱毫米波亞毫米波上下行無線信道準確、高效的聯合生成問題；解決了非對稱的上下行信道之間不存在互易性，對稱信道的仿真方法不能直接用于非對稱信道的問題；能夠應用于無線通信領域，為非對稱毫米波亞毫米波通信系統設計、部署、優化提供理論與模型依據。

本發明的技術方案如下：

一種非對稱毫米波亞毫米波無線信道仿真方法，包括以下步驟：

步驟一、建立散射體模型，并通過篩選建立非對稱有效散射體模型；

非對稱散射體模型，其散射體在球面上的分布可建模為服從von Mises-Fisher隨機分布。von Mises-Fisher是一種應用于球上的方向隨機分布，三維單位向量x分布在立體球面上，其von Mises-Fisher概率密度函數表達式為：

f₃(x；μ,ζ)＝C₃(ζ)exp(ζμ^Tx) (1)

上式中，向量μ表示平均方向，滿足||μ||＝1。ζ為聚集因子，且ζ≥0。C₃(ζ)表示歸一化常量，由下式給出：