移动站上行链路波达分布模型的建立方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种移动站上行链路波达分布模型的建立方法和系统，其中，该方法包括：在笛卡尔坐标系中，建立移动站和基站的数学模型，得到第一数学模型；在移动站以目标速度向基站运动过程中，基于第一数学模型计算移动站的第一覆盖范围和基站的第二覆盖范围之间的重合区域与时间之间的变化关系，得到第二数学模型；基于第二数学模型，建立关于移动站的上行链路波达分布的目标数学模型；目标数学模型用于表征移动站的上行链路波达方向分布和/或移动站的上行链路波达时间分布。本发明专利技术解决了传统的模型存在的无法精确的描绘实际物理现象的技术问题。

Establishment Method and System of Uplink Doa Distribution Model for Mobile Station

【技术实现步骤摘要】
移动站上行链路波达分布模型的建立方法和系统
本专利技术涉及无线通信的
，尤其是涉及一种移动站上行链路波达分布模型的建立方法和系统。
技术介绍
在蜂窝移动通信系统中，研究无线通信信道的特性至关重要。研究上行多径信号的波达方向(DirectionOfArrival，简称DOA)和波达时间(TimeOfArrival，简称TOA)分布对工程技术人员尤其有用，因为它们在空间和时间上揭示了一定的信道特性。多路径传输的DOA和TOA分布结果容易受到很多因素的影响，如地形变化、障碍遮蔽，散射体反射和其他传播现象。虽然DOA和TOA分布可以通过实地测量获取，但这些结果只适用于特定的环境或传播场景，而不适用于一般场景。为了克服这些不足，现有技术中提出了一系列几何建模方法，例如，将移动通信系统中的基站(BaseStation，简称BS)、移动站(MobileStation，简称MS)和空间分布的散射体之间的空间几何关系抽象成为多径信道模型。以往的研究工作提出了大量的上行链路多径信道几何模型。它们有的假设BS(或MS)位于MS(或BS)的中心的圆形散射体区域之外，给出了相应的DOA分布和TOA分布。还有的工作探究了当BS(或MS)位于MS(或BS)为中心的圆形散射区域之内的DOA分布/TOA分布。现有技术中还提出了具有非圆形散点区域的多径传播通道模型，如散射区域呈中空圆盘、椭圆和无界的情况。对于上述所有传统模型，通常做出以下理想假设：a)空间分布的散射体只对MS(或BS)周围的多径转播有效；b)MS是在模型中是静止不动的。但是，以上两个假设并不太可能总是成立。因为，假设a)只考虑了MS(或BS)的有效覆盖范围，而这是不现实的，因为这意味着多径信号可以从无限远的MS(或BS)到达BS(或MS)。而假设b)忽视了蜂窝移动通信系统的本质，即MS会频繁地改变自身同微小区的相对位置关系(位于微小区内或/和在多个微小区之间)。在上述假设不成立的基础上，传统的模型存在着通过上述理想假设得到的模型因为本身的缺陷而无法精确的描绘实际物理现象的技术问题。具体地，这种不准确性体现在如下几个方面：第一，在同一特定时刻，理论分布与实际分布本身存在较大误差。第二，实际分布是随着时间变化而变化的，换言之是个时变的不稳定分布，而基于传统假设推导出的分布是一个时不变的稳定分布，这从根本上就无法描述链路信道模型的时变特性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种通信系统中移动站上行链路波达分布的数学模型建立方法和系统，以解决了传统的模型存在的无法精确的描绘实际物理现象的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种移动站上行链路波达分布模型的建立方法，包括：在笛卡尔坐标系中，建立移动站和基站的数学模型，得到第一数学模型；所述第一数学模型用于描述所述移动站和所述基站的空间位置信息和信号的有效覆盖范围信息；在所述移动站以目标速度向所述基站运动过程中，基于所述第一数学模型计算所述移动站的第一覆盖范围和所述基站的第二覆盖范围之间的重合区域与时间之间的变化关系，得到第二数学模型；所述第二数学模型用于描述所述重合区域内散射体的空间分布特征随时间的变化情况；基于所述第二数学模型，建立关于所述移动站的上行链路波达分布的目标数学模型；所述目标数学模型用于表征所述移动站的上行链路波达方向分布和/或所述移动站的上行链路波达时间分布，其中，所述移动站的上行链路为经过目标散射体的上行链路，所述目标散射体为所述重合区域内的散射体。进一步地，在笛卡尔坐标系中，建立移动站和基站的数学模型，得到第一数学模型包括：在笛卡尔坐标系中，分别选择所述移动站的坐标和所述基站的坐标，得到第一坐标和第二坐标，其中，所述第一坐标和所述第二坐标之间的距离为预设距离；分别以所述第一坐标和所述第二坐标为中心，建立第一覆盖范围和第二覆盖范围在所述笛卡尔坐标系中用于描述所述移动站和所述基站的空间位置信息和有效覆盖范围的方程；并将建立得到的方程确定为所述第一数学模型。进一步地，基于所述第二数学模型，建立关于所述移动站的上行链路波达分布的目标数学模型包括：对所述第二数学模型进行取倒数操作，得到目标散射体的空间密度分布随时间的变化模型，并将该模型作为第一分布模型；其中，所述目标散射体为所述重合区域内的散射体；对所述第一分布模型进行坐标系变换操作，得到第二分布模型，所述第二分布模型用于描述目标散射体在极坐标系中的空间密度分布随时间的变化情况；对所述第二分布模型进行积分操作，得到关于所述移动站的上行链路波达方向分布的第一目标数学模型。进一步地，对所述第一分布模型进行坐标系变换操作，得到第二分布模型包括：利用公式fr，θ(r，θ，t)＝|J|·fx，y(x，y，t)|x＝rcosθ，y＝rsinθ，对所述第一分布模型进行坐标系变换操作，得到所述第二分布模型；其中，fx，y(x，y，t)为所述第一分布模型，x、y分别为所述目标散射体在笛卡尔坐标系中的横坐标和纵坐标，t为所述移动站向所述基站运动的时间；fr，θ(r，θ，t)为所述第二分布模型，r、θ分别为所述目标散射体在极坐标系中的极径和极角；J为雅克比行列式。进一步地，对所述第二分布模型进行积分操作，得到关于所述移动站的上行链路波达方向分布的第一目标数学模型包括：利用公式对所述第二分布模型关于极径进行积分操作，得到所述第一目标数学模型；其中，fθ(θ，t)为所述第一目标数学模型。进一步地，基于所述第二数学模型，建立关于所述移动站的上行链路波达分布的目标数学模型，包括：基于所述第二数学模型确定所述移动站的上行链路波达时间的累计分布函数；所述累计分布函数用于描述所述移动站的上行链路波达时间不超过目标时长的概率分布；对所述累计分布函数关于波达时间进行求偏导操作，得到关于所述移动站的上行链路波达时间分布的第二目标数学模型。进一步地，基于所述第二数学模型确定所述移动站的上行链路波达时间的累计分布函数包括：在所述第一数学模型中确定散射体的目标分布区域，其中，所述移动站的经过目标分布区域内散射体的上行链路波达时间不超过目标时长；计算所述目标分布区域、所述第一覆盖范围和所述第二覆盖范围重合区域面积随时间变化方程，得到第一面积方程；将所述第一面积方程与所述第二数学模型的比值确定为所述移动站的上行链路波达时间的累计分布函数。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种移动站上行链路波达分布模型的建立系统，包括：第一模型建立模块，第二模型建立模块和目标模型建立模块，其中，所述第一模型建立模块，用于在笛卡尔坐标系中，建立移动站和基站的数学模型，得到第一数学模型；所述第一数学模型用于描述所述移动站和所述基站的空间位置信息和信号的有效覆盖范围信息；所述第二模型建立模块，用于在所述移动站以目标速度向所述基站运动过程中，基于所述第一数学模型计算所述移动站的第一覆盖范围和所述基站的第二覆盖范围之间的重合区域与时间之间的变化关系，得到第二数学模型；所述第二数学模型用于描述所述重合区域内散射体的空间分布特征随时间的变化情况；所述目标模型建立模块，用于基于所述第二数学模型，建立关于所述移动站的上行链路波达分布的目标数学模型；所述目标数学模型用于表征所述移动站的上行链路波达方向分布和/或所述移动站的上行链路波达时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布模型的建立方法，其特征在于，包括：在笛卡尔坐标系中，建立移动站和基站的数学模型，得到第一数学模型；所述第一数学模型用于描述所述移动站和所述基站的空间位置信息和信号的有效覆盖范围信息；在所述移动站以目标速度向所述基站运动过程中，基于所述第一数学模型计算所述移动站的第一覆盖范围和所述基站的第二覆盖范围之间的重合区域与时间之间的变化关系，得到第二数学模型；所述第二数学模型用于描述所述重合区域内散射体的空间分布特征随时间的变化情况；基于所述第二数学模型，建立关于所述移动站的上行链路波达分布的目标数学模型；所述目标数学模型用于表征所述移动站的上行链路波达方向分布和/或所述移动站的上行链路波达时间分布，其中，所述移动站的上行链路为经过目标散射体的上行链路，所述目标散射体为所述重合区域内的散射体。

【技术特征摘要】
1.一种分布模型的建立方法，其特征在于，包括：在笛卡尔坐标系中，建立移动站和基站的数学模型，得到第一数学模型；所述第一数学模型用于描述所述移动站和所述基站的空间位置信息和信号的有效覆盖范围信息；在所述移动站以目标速度向所述基站运动过程中，基于所述第一数学模型计算所述移动站的第一覆盖范围和所述基站的第二覆盖范围之间的重合区域与时间之间的变化关系，得到第二数学模型；所述第二数学模型用于描述所述重合区域内散射体的空间分布特征随时间的变化情况；基于所述第二数学模型，建立关于所述移动站的上行链路波达分布的目标数学模型；所述目标数学模型用于表征所述移动站的上行链路波达方向分布和/或所述移动站的上行链路波达时间分布，其中，所述移动站的上行链路为经过目标散射体的上行链路，所述目标散射体为所述重合区域内的散射体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在笛卡尔坐标系中，建立移动站和基站的数学模型，得到第一数学模型包括：在笛卡尔坐标系中，分别选择所述移动站的坐标和所述基站的坐标，得到第一坐标和第二坐标，其中，所述第一坐标和所述第二坐标之间的距离为预设距离；分别以所述第一坐标和所述第二坐标为中心，建立第一覆盖范围和第二覆盖范围在所述笛卡尔坐标系中用于描述所述移动站和所述基站的空间位置信息和有效覆盖范围的方程；并将建立得到的方程确定为所述第一数学模型。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述第二数学模型，建立关于所述移动站的上行链路波达分布的目标数学模型包括：对所述第二数学模型进行取倒数操作，得到目标散射体的空间密度分布随时间的变化模型，并将该模型作为第一分布模型；其中，所述目标散射体为所述重合区域内的散射体；对所述第一分布模型进行坐标系变换操作，得到第二分布模型，所述第二分布模型用于描述目标散射体在极坐标系中的空间密度分布随时间的变化情况；对所述第二分布模型进行积分操作，得到关于所述移动站的上行链路波达方向分布的第一目标数学模型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述第一分布模型进行坐标系变换操作，得到第二分布模型包括：利用公式fr，θ(r，θ，t)＝|J|·fx，y(x，y，t)|x＝rcosθ，y＝rsinθ，对所述第一分布模型进行坐标系变换操作，得到所述第二分布模型；其中，fx，y(x，y，t)为所述第一分布模型，x、y分别为所述目标散射体在笛卡尔坐标系中的横坐标和纵坐标，t为所述移动站向所述基站运动的时间；fr，θ(r，θ，t)为所述第二分布模型，r、θ分别为所述目标散射体在极坐标系中的极径和极角；J为雅克比行列式。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述第二分布模型进行积分操作，得到关于所述移动站的上行链路波达方...

【专利技术属性】
技术研发人员：武岳，陈蔚燕，王鹏，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51