一种基于外场数据采集的动态信道建模方法技术

本发明专利技术涉及一种基于外场数据采集的动态信道建模方法，属于信道建模技术领域，基于外场采集的数据提出了一种动态信道的建模方法，该方法是把动态的外场数据纳入3GPP

【技术实现步骤摘要】
一种基于外场数据采集的动态信道建模方法


[0001]本专利技术属于信道建模
，具体涉及一种基于外场数据采集的动态信道建模方法。

技术介绍

[0002]3GPP
‑
38901协议中的信道建模方法可以根据收发两方的位置信息计算二者之间的角度关系并根据协议提供的标准信道模型进行信道建模。针对收发双方之间的角度信息，通常的做法是通过数学方法建立收发双方之间的相对轨迹信息(位置信息)来计算。虽然上述方法可以精确计算信道冲击响应，但是其没有办法把外场的信道特性完全描述出来，主要是体现在以下几个方面：一、外场收发设备相对运动轨迹具有部分随机性，导致数学建模轨迹存在误差；二、由于外在环境干扰和无线信道的时变特性导致标准信道模型与实际外场信道存在差异。传统的做法是把外场采集的数据分别通过数字域实现控制，但是上述实现过程游离于信道建模体系之外。
[0003]其中，根据3GPP
‑
38901协议，传统的基于几何的建模公式如下所示：
[0004][0005]其中表示非直视径，表示直视径，K
R
为莱斯K因子，代表了LOS径在所有径中的比重。每条非直视径是由20条子径叠加而成。和的建模方法如下：
[0006][0007][0008]其中：
[0009]u表示接收天线的天线索引；
[0010]s表示发射天线的天线索引；
[0011]n表示簇索引；
[0012]m表示子径索引；
[0013]P
n
表示归一化的簇功率；
[0014]M表示子径个数；
[0015]θ表示俯仰角；
[0016]表示方位角
[0017]F
rx,u,θ
表示接收天线垂直方向的方向图；
[0018]表示接收天线水平方向的方向图；
[0019]κ表示交叉极化比；
[0020]Φ表示随机相位；
[0021]表示接收终端在球面坐标系中的坐标；
[0022]表示发射基站在球面坐标系中的坐标；
[0023]表示第u根接收天线的坐标矢量；
[0024]表示第s根发射天线的坐标矢量；
[0025]λ0表示波长；
[0026]v表示终端的速度矢量；
[0027]假设半波长采样密度为ρ，表示建模过程中半个波长长度上的采样点数，两个采样点之间的间隔为λ表示波长，如下图所示。假设终端从a点运动到b点，其传播时延由转变成其中c表示光速，传播时延的控制由无线信道仿真仪硬件通过对输入信号进行延迟控制，信道建模算法不牵涉到时延的控制。
[0028]根据多普勒公式：
[0029][0030]其中，f
center
为中心频率，v表示终端运行速度，cosθ为来波角度，其依据收发两端的几何关系确定。根据t0表示两个样点之间的采样时间，把v带入公式(4)可得
[0031][0032]令表示基带采样率，则公式(5)可以表示为：
[0033][0034]其中表示最大多普勒频移。当终端速度v一定时，f
d,max
就是确定值。公式(6)表明了无线信道仿真仪只要严格控制t0，且实时根据几何关系计算空间角度θ(可以通过方位角和俯仰角来表示)，即可实现对多普勒频移的控制。同时，外场导入的角度信息又可以带入公式(2)或者(3)来计算天线方向图(F
tx
和F
rx
)、交叉极化比矩阵
(NLOS场景)、径在天线面板上的投影(和)对信道冲击响应的影响，从而实现无线信道的模拟。
[0035]因此，现阶段需设计一种基于外场数据采集的动态信道建模方法，来解决以上问题。

技术实现思路

[0036]本专利技术目的在于提供一种基于外场数据采集的动态信道建模方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，。
[0037]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0038]一种基于外场数据采集的动态信道建模方法，外场采集数据以径为基础，每个采样点更新一次所有径的相关参数；所述相关参数包括每条径的离开角、到达角、交叉极化比、多普勒频偏、K因子、多径功率和时延；按照以下步骤进行3GPP
‑
38901协议建模体系完成信道建模：
[0039]S1读取所有径的所有样点的数据信息，遍历所有径的多普勒频偏并找到最大多普勒频偏f
d,max
；
[0040]S2确定合适的半波长采样密度ρ，根据公式(6)计算基带采样率F
s
；
[0041]S3根据外场采集数据的样点更新时间t
u
，确定插值倍数N
u
＝F
s
t
u
，如果N
u
＜2，通过调整ρ的取值使N
u
≥2且为正整数；
[0042]S4对径的所有参数进行N
u
倍插值；
[0043]S5把外场采集离开角带入发射天线方向图，外场采集到达角带入接收天线方向图，根据收发两端的角度信息分别计算各自在天线面板上的投影；
[0044]S6根据K因子利用公式(1)进行信道建模；
[0045]S7令公式(8)中的则
[0046][0047]进一步的，步骤S1中，最大多普勒频偏不考虑符号。
[0048]进一步的，步骤S2中，半波长采样密度ρ取4
‑
8。
[0049]进一步的，步骤S3中，半波长采样密度ρ取大于1的自然数。
[0050]进一步的，步骤S6中，根据公式
[0051][0052][0053]其中θ
ZOA
和φ
AOA
表示接收端角度信息，θ
v
和表示终端运行的位置信息，v
′
表示终端运行瞬时标量速度值，公式(7)可表示为
[0054][0055]其中，根据步骤S1，可得到公式(8)中
[0056][0057]因此，对于外场采集的数据令
[0058][0059]则k＝[k
1 k2ꢀ…ꢀ1ꢀ…
]∈[0 1]，N表示经过插值后的外场导入数据的个数。
[0060]进一步的，若外场采集数据以样点为基础，只有功率P、相位时延和多普勒信息f
d
；需把大尺度衰落通过数学变换带入建模公式中；
[0061]假设采集的数据为LOS场景，其建模的最终结果是对输入信号带来幅度和相位的变化，因此公式(3)可重新写成
[0062][0063]针对导入的外场数据，可以按照以下步骤进行3GPP
‑
38901协议建模体系完成信道建模：
[0064]S11读取所有样点的数据信息，遍历所有径的多普勒频偏并找到最大多普勒频偏
[0065]S12确定半波长采样密度ρ，根据公式(6)计算基带采样率F
s
；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于外场数据采集的动态信道建模方法，其特征在于，外场采集数据以径为基础，每个采样点更新一次所有径的相关参数；所述相关参数包括每条径的离开角、到达角、交叉极化比、多普勒频偏、K因子、多径功率和时延；按照以下步骤进行3GPP
‑
38901协议建模体系完成信道建模：S1读取所有径的所有样点的数据信息，遍历所有径的多普勒频偏并找到最大多普勒频偏S2确定合适的半波长采样密度ρ，根据公式(6)计算基带采样率F
s
；S3根据外场采集数据的样点更新时间t
u
，确定插值倍数N
u
＝F
s
t
u
，如果N
u
＜2，通过调整ρ的取值使N
u
≥2且为正整数；S4对径的所有参数进行N
u
倍插值；S5把外场采集离开角带入发射天线方向图，外场采集到达角带入接收天线方向图，根据收发两端的角度信息分别计算各自在天线面板上的投影；S6根据K因子利用公式(1)进行信道建模；S7令公式(8)中的则2.如权利要求1所述的一种基于外场数据采集的动态信道建模方法，其特征在于，步骤S1中，最大多普勒频偏不考虑符号。3.如权利要求1所述的一种基于外场数据采集的动态信道建模方法，其特征在于，步骤S2中，半波长采样密度ρ取4
‑
8。4.如权利要求1所述的一种基于外场数据采集的动态信道建模方法，其特征在于，步骤S3中，半波长采样密度ρ取大于1的自然数。5.如权利要求1所述的一种基于外场数据采集的动态信道建模方法，其特征在于，步骤S6中，根据公式S6中，根据公式其中θ
ZOA
和φ
AOA
表示接收端角度信息，θ
v
和表示终端运行的位置信息，v
′
表示终端运行瞬时标量速度值，公式(7)可表示为
其中，根据步骤S1，可得到公式(8)中因此，对于外场采集的数据令则k＝[k
1 k2ꢀ…ꢀ1ꢀ…
]∈[0 1]，N表示经过插值后的外场导入数据的个数。6.如权利要求5所述的一种基于外场数据采集的动态信道建模方法，其特征在于，若外场采集数据以...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，张吉林，沈亮，李文军，房保卫，
申请(专利权)人：成都坤恒顺维科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：