一种3D MIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法技术

本发明专利技术公开了本发明专利技术提出一种3D MIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法，包括以下步骤：S1、根据角度功率谱PAS的几何特性，获取多径形状因子，并根据其获取角度扩展因子、角度压缩因子以及最大衰落方向因子；S2、根据角度扩展因子、角度压缩因子以及最大衰落方向因子，获取3D信道中方位角的均方根波数扩展；S3、根据方位角的均方根波数扩展与均方根角度扩展的关系，获取信道角度扩展修正因子；S4、根据信道角度扩展修正因子，获取3D信道中方位角的均方根角度扩展；解决了现有技术存在的适应性差以及计算量大的问题。

A RMS Angle Extension Method for 3D MIMO Channel Modeling

The invention discloses a root mean square angle expansion acquisition method for 3D MIMO channel modeling, which includes the following steps: S1, acquiring multipath shape factor according to the geometric characteristics of angle power spectrum PAS, and acquiring angle expansion factor, angle compression factor and maximum fading direction factor according to it; S2, angle expansion factor, angle compression factor and maximum fading direction factor. Falling direction factor is used to obtain root mean square wavenumber expansion of azimuth in 3D channel; S3, based on the relationship between root mean square wavenumber expansion of azimuth and root mean square angle expansion, obtains correction factor of channel angle expansion; S4, based on correction factor of channel angle expansion, obtains root mean square angle expansion of azimuth in 3D channel; solves the existing technology's poor adaptability and large amount of computation. The problem.

【技术实现步骤摘要】
一种3DMIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法
本专利技术属于通信领域
，具体涉及一种3DMIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法。
技术介绍
在对通信领域进行研究的时候，我们经常需要测试通信系统或者通信单元的性能。但是在无线通信的情况下，实地测试往往需要耗费巨大的人力物力，并且无线信道通常是多变的，一次两次的测试并不能准确地测出想要的结果。所以在无线通信领域的研究中，软件或者硬件的仿真是经常使用的手段。这就要求我们有一个相对准确的信道模型给仿真提供支撑，这种需求促进了信道建模的发展。信道建模就如同数学建模，即用数学的方式来描述信道的各方面的特征。人们在对无线电磁波理论、随机过程理论、通信理论的研究和实地测量中，逐步确定了信道的统计特性，并由此建立起针对不同场景的信道模型。实际物理信道是一个随机过程，是时间、空间、频率的函数。在早期的无线通信中，人们对传输率、传输准确率要求不高，信道模型也只建立了单输入输出的信道模型。在移动互联网时代，移动数据流量呈爆炸式增长，5G移动通信的研究已经成为当下的热门。而5G通信对信息传输速率有着更高的要求，也就需要精度更高的信道模型来支撑软件或者硬件的仿真研究。从SISO信道到MIMO信道，建模过程增加了天线相关性之间的考虑，从SISO信道到MIMO信道，又进一步考虑了天线俯仰角的影响，使得信道模型更加符合实际的物理信道，仿真更加精准，提高频谱效率。传统的2DMIMO信道模型的研究主要基于二维平面展开，忽略了仰角的影响因素，已不适用于研究3DMIMO技术。为了更深入地研究3DMIMO相关技术，需要建立相应的能精准描述3DMIMO系统特征的3DMIMO信道模型。以往的学术研究通常是通过空间相关矩阵实现基于相关性的信道模型或者基于射线进行信道建建模，然而必须使用特定的频谱来实现时间相关性，适应性差，并且这样一旦变换场景，信道建模过程就必须重新开始，导致运算量巨大。现有的3DMIMO信道建模方法没有利用到已经存在的2D信道模型，导致计算量大。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提出一种3DMIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法，用于解决现有技术存在的适应性差以及计算量大的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种3DMIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法，包括以下步骤：S1：根据角度功率谱PAS的几何特性，获取多径形状因子，并根据其获取角度扩展因子、角度压缩因子以及最大衰落方向因子；S2：根据角度扩展因子、角度压缩因子以及最大衰落方向因子，获取3D信道中方位角的均方根波数扩展；S3：根据方位角的均方根波数扩展与均方根角度扩展的关系，获取信道角度扩展修正因子；S4：根据信道角度扩展修正因子，获取3D信道中方位角的均方根角度扩展。进一步地，步骤S1中，多径形状因子为基于方位角角度功率谱的傅里叶系数，其公式为：式中，Fn为第n个方位角角度功率谱的傅里叶系数，即多径形状因子；n为指示变量；p(θ)为方位角角度功率谱；θ为方位角；j为虚部系数。进一步地，步骤S1中，所述角度扩展因子的公式为：式中，Λ为角度扩展因子；F0、F1分别为第0、1个方位角角度功率谱的傅里叶系数；角度压缩因子的公式为：式中，γ为角度压缩因子；F0、F1、F2分别为第0、1、2个方位角角度功率谱的傅里叶系数；最大衰落方向因子的公式为：式中，θmax为最大衰落方向因子；F0、F1分别为第0、1个方位角角度功率谱的傅里叶系数。进一步地，步骤S2中，3D信道中均方根波数扩展的公式为：式中，为3D信道中均方根波数扩展；Λ3D为3D信道中角度扩展因子；γ3D为3D信道中角度压缩因子；θmax，3D为3D信道中最大衰落方向因子；k0为电磁波自由空间波数；θ为方位角。进一步地，3D信道中角度扩展因子的公式为：式中，Λ3D为3D信道中角度扩展因子；F0、F1分别为第0、1个方位角角度功率谱的傅里叶系数；C1、C2、C3分别为第1、2、3个俯仰角角度功率谱的傅立叶系数；3D信道中角度压缩因子的公式为：式中，γ3D为3D信道中角度压缩因子；F0、F1、F2分别为第0、1、2个方位角角度功率谱的傅里叶系数；C1、C2、C3分别为第1、2、3个俯仰角角度功率谱的傅立叶系数；3D信道中最大衰落方向因子的公式为：式中，θmax，3D为3D信道中最大衰落方向因子；phase(·)为角度计算公式；F0、F1、F2分别为第0、1、2个方位角角度功率谱的傅里叶系数；C1、C2、C3分别为第1、2、3个俯仰角角度功率谱的傅立叶系数。进一步地，俯仰角角度功率谱的傅立叶系数的公式为：式中，Cn为第n个俯仰角角度功率谱的傅立叶系数；n为指示变量；为俯仰角角度功率谱；为俯仰角。进一步地，步骤S3中，方位角的均方根波数扩展与均方根角度扩展呈线性正相关。进一步地，步骤S3中，信道角度扩展修正因子的公式为：式中，ξ为信道角度扩展修正因子；为3D信道中均方根波数扩展；为2D信道中均方根波数扩展。进一步地，2D信道中均方根波数扩展的公式为：式中，为2D信道中均方根波数扩展；Λ为角度扩展因子；γ为角度压缩因子；θmax为最大衰落方向因子；k0为电磁波自由空间波数；θ为方位角。进一步地，步骤S4中，获取3D信道中方位角的均方根角度扩展的公式为：AS3D＝ξAS2D式中，AS3D为3D信道中方位角的均方根角度扩展；ξ为信道角度扩展修正因子；AS2D为2D信道中方位角的均方根角度扩展。本方案的有益效果：将俯仰角PAS对信道建模的影响映射到方位角PAS上，利用已有的2DMIMO信道建模方法，对其中的均方根角度扩展进行修正，获取3D信道中方位角的均方根角度扩展，并得到3D信道模型的PAS，进而建立出符合实际情况的3DMIMO信道模型，提高了适应性，减少了计算量并易于实现。附图说明图1为3DMIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法流程图；图2为角度扩展值示例图；图3为角度压缩值示例图；图4为均方根角度扩展与均方根波数扩展关系曲线图(俯仰角PAS为拉普拉斯分布)；图5为均方根角度扩展与均方根波数扩展关系曲线图(俯仰角PAS为高斯分布)；图6为修正结果曲线图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，一种3DMIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法，包括以下步骤：S1：根据角度功率谱PAS的几何特性，获取多径形状因子，并根据其获取角度扩展因子、角度压缩因子以及最大衰落方向因子；多径形状因子可以很好的描述空间小尺度衰落，可以使用多径形状因子获取角度扩展因子、角度压缩因子以及最大衰落方向因子唯一表示均方根波数扩展；多径形状因子为基于方位角角度功率谱的傅里叶系数，其公式为：式中，Fn为第n个方位角角度功率谱的傅里叶系数，即多径形状因子；n为指示变量；p(θ)为方位角角度功率谱；θ为方位角；j为虚部系数；如图2所示，角度扩展因子表征某单一的方位角方向，多径功率的集中程度，其公式为：式中，Λ为角度扩展本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D MIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据角度功率谱PAS的几何特性，获取多径形状因子，并根据其获取角度扩展因子、角度压缩因子以及最大衰落方向因子；S2：根据角度扩展因子、角度压缩因子以及最大衰落方向因子，获取3D信道中方位角的均方根波数扩展；S3：根据方位角的均方根波数扩展与均方根角度扩展的关系，获取信道角度扩展修正因子；S4：根据信道角度扩展修正因子，获取3D信道中方位角的均方根角度扩展。

【技术特征摘要】
1.一种3DMIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据角度功率谱PAS的几何特性，获取多径形状因子，并根据其获取角度扩展因子、角度压缩因子以及最大衰落方向因子；S2：根据角度扩展因子、角度压缩因子以及最大衰落方向因子，获取3D信道中方位角的均方根波数扩展；S3：根据方位角的均方根波数扩展与均方根角度扩展的关系，获取信道角度扩展修正因子；S4：根据信道角度扩展修正因子，获取3D信道中方位角的均方根角度扩展。2.根据权利要求1所述的3DMIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法，其特征在于，所述步骤S1中，多径形状因子为基于方位角角度功率谱的傅里叶系数，其公式为：式中，Fn为第n个方位角角度功率谱的傅里叶系数，即多径形状因子；n为指示变量；p(θ)为方位角角度功率谱；θ为方位角；j为虚部系数。3.根据权利要求2所述的3DMIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述角度扩展因子的公式为：式中，Λ为角度扩展因子；F0、F1分别为第0、1个方位角角度功率谱的傅里叶系数；所述角度压缩因子的公式为：式中，γ为角度压缩因子；F0、F1、F2分别为第0、1、2个方位角角度功率谱的傅里叶系数；所述最大衰落方向因子的公式为：式中，θmax为最大衰落方向因子；F0、F1分别为第0、1个方位角角度功率谱的傅里叶系数。4.根据权利要求3所述的3DMIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法，其特征在于，所述步骤S2中，3D信道中均方根波数扩展的公式为：式中，为3D信道中均方根波数扩展；Λ3D为3D信道中角度扩展因子；γ3D为3D信道中角度压缩因子；θmax，3D为3D信道中最大衰落方向因子；k0为电磁波自由空间波数；θ为方位角。5.根据权利要求4所述的3DMIMO信道建模的均方根角度扩展获取方法，其特征在于，所述3D信道中角度扩展因子的公式为：式中，Λ3D为3D信道中角度扩展因子；F0、F1分别为第0、1个方位角...

【专利技术属性】
技术研发人员：武畅，魏兆林，闫康旭，程丹，高璇，杨洋，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51