一种非平稳移动通信信道建模及参数平滑演进方法技术

本发明专利技术公开了一种非平稳移动通信信道建模及参数平滑演进方法，包括如下步骤：1.针对三维非平稳MIMO移动通信场景，建立第p根接收天线和第q根发射天线之间的信道模型；2.综合考虑移动端和散射体的移动因素，实时计算时变的非视距路径数目；3.实时计算移动端和散射体An,Zn的位置矢量；4.实时计算视距路径和非视距路径的时延参数；5.实时计算视距路径和非视距路径的功率参数并对非视距路径功率参数进行平滑优化；6.实时计算视距路径和非视距路径的二维离开角和到达角。本发明专利技术非平稳移动通信信道建模及参数平滑演进方法支持时变的信道模型参数，并能够保证输出信道衰落相位的准确性，同时保证输出信道衰落功率的连续性。

A nonstationary mobile communication channel modeling and parameter smoothing evolution method

The invention discloses a channel modeling and parameter smoothing evolution method for non-stationary mobile communication, including the following steps: 1. Establishing a channel model between the p-th receiving antenna and the q-th transmitting antenna for three-dimensional non-stationary MIMO mobile communication scenarios; 2. Real-time computing time-varying based on considering the moving factors of the mobile terminal and the scatterer; The number of non-line-of-sight paths; 3. Real-time calculation of the position vectors of the mobile end and scatterer A, Zn; 4. Real-time calculation of the delay parameters of the line-of-sight path and the non-line-of-sight path; 5. Real-time calculation of the power parameters of the line-of-sight path and the non-line-of-sight path and smoothing optimization of the power parameters of the non-line-of-sight path; 6. Real-time calculation of Two dimensional departure angle and arrival angle of path. The method of channel modeling and parameter smoothing evolution for non-stationary mobile communication supports time-varying channel model parameters, ensures the accuracy of the fading phase of the output channel, and ensures the continuity of the fading power of the output channel.

【技术实现步骤摘要】
一种非平稳移动通信信道建模及参数平滑演进方法
：本专利技术涉及移动通信信道建模仿真，尤其涉及一种非平稳移动通信信道建模及参数平滑演进方法，属于无线通信领域。
技术介绍
：多输入多输出技术(MultipleInputMultipleOutput，MIMO)利用无线多径传播环境，建立空间并行传输信道，能够在不增加带宽和传输功率的前提下，实现高速数据传输，显著提高了通信系统容量与可靠性，是当前无线移动通信领域的关键技术之一。构建符合实际传播特性的MIMO信道模型，是保证信道传输效率和质量的前提，也是验证与优化设计MIMO通信系统的理论基础。针对实际移动通信传播场景的大量实测数据表明，时延谱、功率谱和信号散射角度分布等统计参量均具有时变特性，信道也呈现明显的非平稳特性。目前，大部分非平稳信道建模方法首先将非平稳信道在时间上分割成若干段，然后采用传统的平稳信道建模方法对每一段信道进行建模，这种方法没有考虑到不同段信道之间状态的连续性。近年来出现的一些改进方法虽然考虑了时变连续的信道参数，但产生的信道相位不准确，导致输出多普勒频率与实际不吻合。因此，有必要研究一种具备平滑信道参数并能够输出精确多普勒频率的非平稳MIMO传播信道建模及参数平滑演进方法。
技术实现思路
：为了准确分析及研究非平稳移动通信信道的模型及特性，本专利技术提出一种综合考虑散射体移动、传播路径的随机生灭、虚拟链路、方位角/俯仰角联合分布等因素的非平稳移动通信信道建模及参数平滑演进方法。本专利技术所采用的技术方案有：一种非平稳移动通信信道建模及参数平滑演进方法，具体步骤如下：第一步：针对三维非平稳MIMO移动通信场景，将第p根接收天线和第q根发射天线之间的信道建模为其中，和Pqp,n(t)分别表示视距路径和第n条非视距路径的功率，和τqp,n(t)分别表示视距路径和第n条非视距路径的时延，N(t)表示非视距路径有效数目，hqp,n(t)的具体建模方法如下：1)本专利技术将视距路径信道衰落系数建模为其中，分别表示基站和移动端的位置矢量，ΦLOS表示视距路径随机相位，表示移动端的速度矢量，表示模值，αMS和βMS分别表示移动速度的方位角和俯仰角，表示视距路径分别相对基站和移动端的单位方向矢量，其中，φLOS(t),γLOS(t)分别表示视距路径离开角的方位角和俯仰角，ψLOS(t)分别表示视距路径到达角的方位角和俯仰角；2)本专利技术将非视距路径信道衰落系数建模为其中，M表示非视距路径的散射支路数，k＝2πf0/c表示波数，f0为载波频率，表示散射体Zn相对移动端的速度矢量，Φn,m分别表示非视距路径的随机相位，表示第n条非视距路径第m条散射支路分别相对基站和移动端的单位方向矢量，其中，φn,m(t),γn,m(t)分别表示第n条非视距路径第m条散射支路离开角的方位角和俯仰角，ψn,m(t)分别表示第n条非视距路径第m条散射支路到达角的方位角和俯仰角；第二步：综合考虑移动端和散射体的移动因素，实时计算时变的非视距路径数目的具体方法如下：1)随机产生初始时刻t＝t0的非视距路径有效数目N(t)＝λG/λR，其中，λG和λR分别表示各路径的新生概率系数和消亡概率系数；2)判断t+Δt时刻是否有旧的路径消失，判断方法如下步骤一：记t+Δt时刻存活的非视距路径数为s(t+Δt)＝0，令循环变量i＝1；步骤二：产生一个随机均匀分布变量Xi(t+Δt)～U(0,1)；步骤三：若Xi(t+Δt)<Pr(Δt)，则s(t+Δt)＝s(t+Δt)+1，其中，Pr(Δt)利用下式计算其中，Dc表示相干距离，表示基站端散射体的速度矢量，和表示其大小和方向，表示移动端散射体的速度矢量，和表示其大小和方向，PF表示散射体移动的平均概率；步骤四：若i＝N(t)，则循环结束；若i<N(t)，则令i＝i+1并返回步骤二；3)判断t+Δt时刻是否有新的路径产生，判断方法如下步骤一：记t+Δt时刻新生的非视距路径数为n(t+Δt)＝0，令循环变量j＝1；步骤二：产生一个随机均匀分布变量Yj(t+Δt)～U(0,1)；步骤三：若Yj(t+Δt)>Pr(Δt)，则n(t+Δt)＝n(t+Δt)+1；步骤四：若j＝N(t)，则循环结束；若j<N(t)，则令j＝j+1并返回步骤二；4)最终获得t+Δt时刻非视距有效路径的总数为N(t+Δt)＝s(t+Δt)+n(t+Δt)，令t＝t+Δt且返回步骤2)，计算下一时刻的非视距路径有效数目，直到仿真结束；第三步：实时计算移动端和散射体An,Zn的位置矢量，采用方法如下：1)初始时刻t＝t0移动端和散射体An,Zn的位置矢量可表示为其中，DLOS(t0)，表示视距路径、基站到散射体An、散射体Zn到移动端距离的初始预设值；2)计算t+Δt时刻移动端和散射体An,Zn的位置矢量，迭代计算方法如下3)令t＝t+Δt且返回步骤2)，计算下一时刻移动端和散射体An,Zn的位置矢量，直到仿真结束；第四步：实时计算视距路径和非视距路径的时延参数，采用方法如下：1)计算视距路径的时延方法如下其中，表示基站端与移动端的距离，c表示光速；2)计算任意第n条非视距路径的时延方法如下其中，表示移动端与散射体Zn之间的距离，表示基站与散射体An之间的距离，表示散射体An到散射体Zn之间的虚拟链路的时延，产生方法如下其中，表示虚拟链路时延初始值，Z～U(DLOS(t)，τmax)，τmax表示最大时延，Ds表示虚拟链路相干时间；第五步：实时计算视距路径和非视距路径的功率参数并对非视距路径功率参数进行平滑优化，采用方法如下1)计算视距路径功率的方法如下其中，Q0～N(0,3)，rτ表示时延分布因子，στ表示时延扩展；2)计算非视距路径功率并进行平滑优化的方法如下Pqp,n(t)＝P′qp,n(t)*W(t)(36)其中，P′qp,n(t)表示平滑前的非视距路径功率，计算方法如下W(t)表示平滑优化窗，本专利技术采用如下方法产生平滑窗系数，其中，fs表示采样率，αw表示优化系数；第六步：实时计算视距路径和非视距路径的二维离开角和到达角，采用方法如下1)计算基站端和移动端视距路径的二维角度参数，方法如下ψLOS(t)＝-γLOS(t)(42)其中，分别表示该矢量的横、纵和竖坐标值；2)计算基站端和移动端非视距路径的二维角度参数，方法如下本专利技术具有如下有益效果：(1)、本专利技术提出的非平稳移动通信信道模型，综合考虑了MIMO信道、散射体移动、传播路径的随机生灭、虚拟链路、方位角/俯仰角联合分布等传播因素。(2)、本专利技术提出的非平稳移动通信信道模型及参数平滑演进方法，支持时变的信道模型参数，并能够保证输出信道衰落相位的准确性，同时保证输出信道衰落功率的连续性。附图说明：图1为本专利技术非平稳移动通信场景及几何地理参数。图2为采用本专利技术方案产生的有效路径及功率演进过程。图3为采用本专利技术方案产生的二维角度分布演进过程。图4为本专利技术案例中产生的信道衰落幅值的时变分布。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术非平稳移动通信信道建模及参数平滑演进方法，具体实施步骤如下：第一步：针对三维非平稳MIMO移动通信场景，本专利技术将第p根接收天线和第q根发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非平稳移动通信信道建模及参数平滑演进方法，其特征在于：具体步骤如下：第一步：针对三维非平稳MIMO移动通信场景，将第p根接收天线和第q根发射天线之间的信道建模为

【技术特征摘要】
1.一种非平稳移动通信信道建模及参数平滑演进方法，其特征在于：具体步骤如下：第一步：针对三维非平稳MIMO移动通信场景，将第p根接收天线和第q根发射天线之间的信道建模为其中，和Pqp,n(t)分别表示视距路径和第n条非视距路径的功率，和τqp,n(t)分别表示视距路径和第n条非视距路径的时延，N(t)表示非视距路径有效数目，hqp,n(t)的具体建模方法如下：1)本发明将视距路径信道衰落系数建模为其中，分别表示基站和移动端的位置矢量，ΦLOS表示视距路径随机相位，表示移动端的速度矢量，表示模值，αMS和βMS分别表示移动速度的方位角和俯仰角，表示视距路径分别相对基站和移动端的单位方向矢量，其中，φLOS(t),γLOS(t)分别表示视距路径离开角的方位角和俯仰角，ψLOS(t)分别表示视距路径到达角的方位角和俯仰角；2)本发明将非视距路径信道衰落系数建模为其中，M表示非视距路径的散射支路数，k＝2πf0/c表示波数，f0为载波频率，表示散射体Zn相对移动端的速度矢量，Φn,m分别表示非视距路径的随机相位，表示第n条非视距路径第m条散射支路分别相对基站和移动端的单位方向矢量，其中，φn,m(t),γn,m(t)分别表示第n条非视距路径第m条散射支路离开角的方位角和俯仰角，ψn,m(t)分别表示第n条非视距路径第m条散射支路到达角的方位角和俯仰角；第二步：综合考虑移动端和散射体的移动因素，实时计算时变的非视距路径数目的具体方法如下：1)随机产生初始时刻t＝t0的非视距路径有效数目N(t)＝λG/λR，其中，λG和λR分别表示各路径的新生概率系数和消亡概率系数；2)判断t+△t时刻是否有旧的路径消失，判断方法如下步骤一：记t+△t时刻存活的非视距路径数为s(t+△t)＝0，令循环变量i＝1；步骤二：产生一个随机均匀分布变量Xi(t+△t)～U(0,1)；步骤三：若Xi(t+△t)<Pr(△t)，则s(t+△t)＝s(t+△t)+1，其中，Pr(△t)利用下式计算其中，Dc表示相干距离，表示基站端散射体的速度矢量，和表示其大小和方向，表示移动端散射体的速度矢量，和表示其大小和方向，PF表示散射体移动的平均概率；步骤四：若i＝N(t)，则循环结束；若i<N(t)，则令i＝i+1并返回步骤二；3)判断t+△t时刻是否有新的路径产生，判断方法如下步骤一：记t+△...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱秋明，江凯丽，陈小敏，郎杰，杨颖，王亚文，徐大专，李伟东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32