[發明專利]空時一致性下的三重非平穩無線通信信道建模方法

有效

• 申請號: 202210281015.4
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114665998B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 程翔;黃子蔚
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04B7/0413
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 黃鳳茹

本發明公布了一種空時一致性下的三重非平穩無線通信信道建模方法，通過捕捉環境中的簇在空時域平滑一致的演進以及建模頻率相關的路徑增益，有機融合了具有低復雜度的參數法和高精確度的幾何法，實現了平滑一致的簇演進、簇功率的軟切換和頻率相關的路徑增益的有效建模，解決現有的信道模型無法對空時一致性下的信道空時頻非平穩特性建模的難題，提高了構建信道模型的精確度和通用性。采用本發明方法構建的毫米波大規模MIMO高動態場景下的統計信道模型具有高準確性和簡單易行的特點，能支撐通信和通感一體化系統的合理設計與性能分析，同時為無線通信網絡系統級算法提供一個真實可靠的仿真驗證平臺。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種空時一致性下的三重非平穩無線通信信道建模方法及系統，構建一個空時一致性下的空時頻非平穩統計信道模型，可以有效支撐系統的合理設計與性能分析，同時為無線通信網絡系統級算法提供一個真實可靠的仿真驗證平臺。

背景技術

為滿足應用需求和實現全球覆蓋，無線通信網絡將依托有效的使能技術，同時向空天地一體化網絡進行延伸。大規模多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技術和毫米波是兩個典型的通信使能技術。大規模MIMO可以顯著提高通信可靠性和頻譜效率，而具有高頻段大帶寬的毫米波可以方便安裝大規模MIMO并提供高數據速率。同時，空天地一體化網絡關注更多樣和更高動態性的移動通信場景。眾所周知，為了支撐無線通信系統的成功設計，一個真實可靠且易于使用的信道模型是必不可少的

基于測量，當毫米波和大規模MIMO技術聯合應用于高動態移動通信場景時，對應的信道會展現出一個顯著的信道特性，即空時頻非平穩特性。這意味著信道統計特性將在空間、時間和頻域上變化，其背后的物理機制可以描述如下。首先，在大規模MIMO通信信道中，簇的生滅會出現在大規模天線陣列上，即簇在空間域的演進，使得不同的天線具有不同的可視簇集合，導致信道的空間非平穩特性。其次，在高速移動通信場景下的信道中，環境中的簇會有快速的生滅現象，即簇的時間域演進，使得不同時刻下環境中具有不同的可視簇集合，導致信道的時間非平穩特性。最后，在毫米波通信信道中，不同頻率分量會具有相關性從而展現出頻率相關的路徑增益，導致信道的頻率非平穩特性。

除了信道的空時頻非平穩特性，測量表明，在毫米波大規模MIMO高動態移動場景下，通信信道仍存在一個重要的特征，即空時一致性。具體而言，相鄰天線的間隔在毫米波通信時很小，使其共享大量的可視簇。在這種情況下，可視簇會在天線陣列/空間域平滑一致的演進，從而相鄰天線的子信道會經歷相似的傳輸機制，展現出空間一致性。與此同時，毫米波高動態場景下的信道存在顯著的多普勒擴展。由于信道的相干時間與多普勒頻移成反比例關系，所以信道具有較小的相干時間而需要被頻繁地更新。在這種情況下，信道在相鄰時刻會共享大量的可視簇，從而可視簇會在時間域平滑一致的演進。這使得相鄰時刻的信道會經歷相似的傳輸機制，展現出時間一致性。另外，毫米波通信由于具有高路徑損耗的特點，使得環境中的簇的數目少，所以每個簇對信道都存在不可忽視的影響。這進一步需要捕捉每個簇隨著時間的變化和陣列上的天線的變化而平滑一致的演進。另外，未來的通感一體化系統能借助感知單元獲取周圍物理環境信息，這使得環境中的簇的變化應被真實且一致地捕獲，從而為通感一體化系統提供隨空時連續平滑變化的信道沖激響應。

綜上，在毫米波大規模MIMO高動態移動通信場景下，一個顯著的信道特性，即空時頻非平穩特性，和一個重要的信道特征，即空時一致性，需要被合理地建模與捕捉。然而，目前采用現有的信道建模技術難以表征簇在空時域的平滑一致的生滅與演進，也無法進一步建模頻率相關的路徑增益。因此，現有技術尚未能實現空時一致性下的信道空時頻非平穩特性的信道建模，構建信道模型的精確度和通用性較低。

發明內容

本發明提出了一種空時一致性下的三重非平穩無線通信信道建模方法，可構建空時一致性下的空時頻非平穩統計信道模型，通過捕捉環境中的簇在空時域平滑一致的演進以及建模頻率相關的路徑增益，解決了現有的信道模型無法對空時一致性下的信道空時頻非平穩特性建模的難題，提高了構建信道模型的精確度和通用性。