一种无线通信信道仿真计算方法技术

本发明专利技术提出了一种无线通信信道仿真计算方法，属于通信技术领域。该方法包括：(1)基于待测信道对应的实际环境，构建数字地图；该数字地图中，实际的物体离散化为一个或多个反射点或散射点；(2)判断每两个弹射点之间是否存在传播路径；构建每两个弹射点之间的传递函数矩阵；反射点、散射点、发射天线和接收天线均为弹射点；(3)根据步骤(2)所得到的传递函数矩阵，计算待测信道的传递函数；(4)根据步骤(3)所得到的传递函数，计算待测信道的信道冲激响应。本发明专利技术能够同时高效、简洁而直接地计算信道中反射和散射引起的多径效应等重要的信道特征参数，使得仿真结果具有更高的准确度，在无线通信领域具有广阔的应用前景。

A simulation method for wireless communication channel

The invention proposes a wireless communication channel simulation calculation method, which belongs to the communication technology field. The method includes: (1) constructing a digital map based on the actual environment corresponding to the channel to be measured; discretizing the actual object into one or more reflection points or scattering points; (2) determining whether there is a propagation path between each two ejection points; constructing a transfer function matrix between each two ejection points; reflecting points and scattering points; Scattering point, transmitting antenna and receiving antenna are all ejection points; (3) According to the transfer function matrix obtained in step (2), the transfer function of the channel to be measured is calculated; (4) According to the transfer function obtained in step (3), the channel impulse response of the channel to be measured is calculated. The method can simultaneously calculate the important channel characteristic parameters such as the multipath effect caused by reflection and scattering in the channel efficiently, concisely and directly, so that the simulation result has higher accuracy and has broad application prospects in the field of wireless communication.

【技术实现步骤摘要】
一种无线通信信道仿真计算方法
本专利技术属于通信
，涉及一种信道响应的计算方法，尤其是无线通信信道响应的计算方法。
技术介绍
现有用于无线通信信道仿真的图论算法没有考虑反射引起的多径，均是仅将实际环境中的物体抽象为散射点，通过散射矩阵来计算信道的多径。但是在实际的通信中，反射引起的多径时延和散射引起的多径时延具有本质的区别。一方面，反射体与散射体的表面粗糙程度不同，电磁波在弹射点的能量损耗不同的；另一方面，电磁波在反射点产生的角度偏转是固定的，在散射点的角度偏转是随机的，因此电磁信号的相移是不同的。一些研究者也认识到了以上缺陷，因此对传统的图论建模方法进行了改进。但是，他们都只是在侧面上近似计算反射路径，没有直接计算反射；或是用散射图论的结果加上射线追踪得出的功率的绝对值，在时间复杂度和准确度上面均有着明显的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无线通信信道仿真计算方法，以简洁、直接地计算反射和散射引起的多径，仿真计算结果准确度高。为了达到上述目的，本专利技术的解决方案是：一种无线通信信道仿真计算方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)基于待测信道对应的实际环境，构建数字地图；所述数字地图中，实际的物体离散化为一个或多个反射点或散射点；(2)判断每两个弹射点之间是否存在传播路径；构建每两个弹射点之间的传递函数矩阵；每个所述反射点、每个所述散射点、发射天线和接收天线均为弹射点；(3)根据所述步骤(2)所得到的传递函数矩阵，计算待测信道的传递函数；(4)根据所述步骤(3)所得到的传递函数，计算待测信道的信道冲激响应。所述步骤(1)中根据所述实际环境中物体的尺寸、大小和位置关系，构建数字地图；所述步骤(1)中，根据实际环境中物体的表面粗糙度，将物体离散化为一个或多个反射点或散射点。所述步骤(2)中所述判断每两个弹射点之间是否存在传播路径包括：判断发射天线和接收天线之间是否存在直射径；通过可视性判断信号入射点到散射点、散射点到接收天线之间是否存在散射路径；通过判断入射路径、出射路径与反射点所在平面的法向量是否满足反射定律来判断是否存在反射路径。优选地，当信号入射点到散射点、散射点到接收天线之间可视时，判断存在散射路径；否则，判断不存在散射路径。优选地，当入射路径、出射路径与反射点所在平面的法向量满足反射定律时，判断存在反射路径；否则，判断不存在反射路径。对于判断出不存在传播路径的情况，在对应的传递函数矩阵中表示所述传播路径的元素表示为0；对于判断出存在传播路径的情况，在对应的传递函数矩阵中表示所述传播路径的元素采用信号在所述传播路径上的增益表示。所述增益为复数；所述增益的模由弗里斯传输方程确定。所述步骤(2)中：信号在两个散射点之间传播的传递函数矩阵为散射矩阵；信号在每两个反射点之间传播的传递函数矩阵为反射矩阵；信号从散射点到反射点再回到散射点的传播的传递函数矩阵为嵌入反射的散射矩阵；信号从反射点到散射点再回到反射点的传播的传递函数矩阵为嵌入散射的反射矩阵。所述嵌入反射指的是传递函数矩阵中表示对应的两个散射点之间路径的元素为经过反射损耗引起的增益。所述嵌入散射指的是传递函数矩阵中表示对应的两个反射点之间路径的元素为经过散射损耗引起的增益。所述反射损耗引起的增益的相位由反射角度确定；所述反射损耗引起的增益的模由以下公式确定：其中，PL为所述增益的模；k表示信号在所在的传播路径上所经过的反射的总次数；d1、d2、...、dk表示信号所经过的k次反射中，每一次反射路径的距离；λ表示信号的波长。优选地，当信号在所在的传播路径上经过两次或两次以上的反射时，所述反射损耗引起的增益的模按照以下公式计算：其中，Dk的含义以下式来表达：并且当k＝1时，而当k大于1时，所述步骤(4)中通过对所述步骤(3)所得到的传递函数进行傅里叶逆变换，得到待测信道的信道冲激响应。由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术无线通信信道仿真计算方法基于嵌入式的随机图论算法，能够同时高效、简洁而直接地计算信道中反射和散射引起的多径效应等重要的信道特征参数，使得仿真结果具有更高的准确度，在无线通信领域具有广阔的应用前景。从通信设备商和通信运营商的角度，本专利技术可以用于预测基站的覆盖性能和小区通信质量的检测；可用于4G通信的检测；也可用于下一代通信中的阵列天线和毫米波通信的性能预测研究；在一些定位系统如TDOA中，可用于模拟定位传感器在不同位置对特定区域的定位效果的优化；在未来的物联网时代，可用于时变状态下联网的任何物体的通信质量分析，如仿真车联网的时变信道，对无人机定位等。本专利技术的应用范围的广泛性，决定了其巨大的潜在市场价值。附图说明图1为本专利技术一实施例中无线通信信道仿真计算方法的流程图；图2a为验证本实施例无线通信信道仿真计算方法所采用的数字地图中信号在反射点中的一次反射路径示意图；图2b为验证本实施例无线通信信道仿真计算方法所采用的数字地图中信号在散射点中的一次散射路径示意图；图3为基于本实施例无线通信信道仿真计算方法得到的信道冲激响应与基于传统的图论方法得到的信道冲激响应的对比图。具体实施方式以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术提出了一种无线通信信道仿真计算方法，该仿真计算方法尤其基于嵌入式的随机图论算法。图1所示为该仿真计算方法的流程图。该仿真计算方法包括以下步骤：(1)基于待测信道对应的实际环境，构建数字地图。该数字地图中，实际的物体离散化为一个或多个反射点或散射点。具体地，对照待求信道对应的实际环境中的物体的尺寸、大小和位置关系，建立仿真地图，即上述数字地图。根据物体表面的粗糙程度，将物体分为反射体和散射体两类。以反射体为例，将反射体近似为立方体，则其具有六个反射面。每一个反射面有四个顶点，每一个顶点在三维空间中可用3个坐标x、y、z表示，所以每一个反射面表示成一个1×12的向量。再将每一个反射面分割成多个面积是ds的微元，每一个微元用一个反射点表示，反射点的反射损耗用系数R_coefficient表示，不同材料的反射系数查表可知。对于散射体，以类似的方式处理。散射体近似为立方体，具有六个散射面，每个散射面分割成多个面积是ds的微元，每个微元用一个散射点表示，散射点的散射损耗用系数S_coefficient表示，不同材料的散射系数查表可知。这样便将实际的场景离散化为许多散射点和反射点表示的数字地图。(2)判断每两个弹射点之间是否存在传播路径；构建每两个弹射点之间的传递函数矩阵。弹射是反射和散射的统称。这里的弹射点包括步骤(1)中的反射点、散射点以及发射天线和接收天线。这里判断每两个弹射点之间是否存在传播路径包括：判断发射天线和接收天线之间是否存在直射径；通过可视性判断信号入射点到散射点(包括发射天线到散射点、散射点到散射点、反射点到散射点)、散射点到接收天线之间是否存在散射路径；通过判断入射路径、出射路径与反射点所在平面的法向量是否满足反射定律来判断是否存在反射路径。具体地，当信号入射点到散射点、散射点到接收天线之间可视时，判断存在散射路径；否则，判断不存在散射路径。当入射路径、出射路径与反射点所在平面的法向量满足反射定律时，判断存在反射路径；否则，判断不存在反射路径。确定传播路径后，分别计算出信号在每条传播本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线通信信道仿真计算方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)基于待测信道对应的实际环境，构建数字地图；所述数字地图中，实际的物体离散化为一个或多个反射点或散射点；(2)判断每两个弹射点之间是否存在传播路径；构建每两个弹射点之间的传递函数矩阵；每个所述反射点、每个所述散射点、发射天线和接收天线均为弹射点；(3)根据所述步骤(2)所得到的传递函数矩阵，计算待测信道的传递函数；(4)根据所述步骤(3)所得到的传递函数，计算待测信道的信道冲激响应。

【技术特征摘要】
2018.05.02 CN 20181040811671.一种无线通信信道仿真计算方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)基于待测信道对应的实际环境，构建数字地图；所述数字地图中，实际的物体离散化为一个或多个反射点或散射点；(2)判断每两个弹射点之间是否存在传播路径；构建每两个弹射点之间的传递函数矩阵；每个所述反射点、每个所述散射点、发射天线和接收天线均为弹射点；(3)根据所述步骤(2)所得到的传递函数矩阵，计算待测信道的传递函数；(4)根据所述步骤(3)所得到的传递函数，计算待测信道的信道冲激响应。2.根据权利要求1所述的无线通信信道仿真计算方法，其特征在于：所述步骤(1)中根据所述实际环境中物体的尺寸、大小和位置关系，构建数字地图；所述步骤(1)中，根据实际环境中物体的表面粗糙度，将物体离散化为一个或多个反射点或散射点。3.根据权利要求1所述的无线通信信道仿真计算方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述判断每两个弹射点之间是否存在传播路径包括：判断发射天线和接收天线之间是否存在直射径；通过可视性判断信号入射点到散射点、散射点到接收天线之间是否存在散射路径；通过判断入射路径、出射路径与反射点所在平面的法向量是否满足反射定律来判断是否存在反射路径；优选地，当信号入射点到散射点、散射点到接收天线之间可视时，判断存在散射路径；否则，判断不存在散射路径；优选地，当入射路径、出射路径与反射点所在平面的法向量满足反射定律时，判断存在反射路径；否则，判断不存在反射路径。4.根据权利要求3所述的无线通信信道仿真计算方法，其特征在于：对于判断出不存在传播路径的情况，在对应的传递函数矩阵中表示所述传播路径的元素表...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元，范志平，尹学锋，徐弘良，叶筱康，盛峰，
申请(专利权)人：上海市无线电监测站，
类型：发明
国别省市：上海,31