[发明专利]应用于移动通信网络的无线信道建模与仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信网络技术领域，特别涉及移动通信网络的无线信道建模与 仿真方法。

背景技术

由于信道中电磁波受到反射、绕射、散射、多径传播等因素的影响，接收端所 接收到的信号是各个方向到达电磁波的叠加，使信号在小范围内引起剧烈的波动， 称之为多径衰落，亦称为小尺度衰落。小尺度衰落直接体现了无线信道的复杂性和随 机性，是决定无线通信系统性能的基本问题。一般而言，小尺度衰落信道响应的包络 服从瑞利分布，而相位服从(0，2π)内均匀分布。因此，无线信道建模的核心与关键 即是如何简单有效地产生瑞利衰落包络，这也是研究与分析各种移动通信网络的首 要任务。近年来，各种用于仿真小尺度瑞利衰落波形的模型不断涌现。这些模型可 大致分为两类：统计类和确定类。

1.统计类模型是基于对时域或者频域上的复高斯随机过程进行功率谱密度的滤 波成形，该类模型宜于产生满足各种统计特性的瑞利衰落波形，但需要精心设计数 字成形滤波器以及进行大数据量的逆离散傅立叶变换(IDFT)。这类方法实现复杂度 高，不适于高速实时的仿真。

2.确定类模型是基于对时域上精心选择的有限个余弦波进行叠加。最常用的确 定类模型是Jakes模型及其改进型，由于其简单性而得到广泛应用。但是，Jakes 模型及其改进型均是建立在产生的同向及正交分量服从高斯分布的假设基础上的。 根据即中心极限定理的要求，当N趋于无穷时，同向及正交分量才真的服从高斯分 布。因此，Jakes模型及其改进型均受到中心极限定理的限制。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种移动通信网络的无线信道建模与仿真方 法。该方法简单、实用，能够有效地产生符合小尺度无线信道特征的瑞利衰落波形， 满足自相关特性及平稳性的要求，并且可以容易地产生多个相互独立的瑞利衰落波 形，从而为研究与分析各种频率分集无线通信系统提供了条件与可能。

技术方案：本发明的应用于移动通信网络的无线信道建模与仿真方法首先导出 用于产生符合小尺度无线信道特征的瑞利衰落波形的高斯随机序列所需满足的三个 基本条件及自相关特性，利用蒙特卡罗方法产生的独立标准高斯随机序列，并通过 一种线性变换矩阵将其转换为满足相应三个基本条件及自相关特性的高斯随机序 列，最后对其取模，从而得出无线信道中瑞利衰落波形；其中，线性变换矩阵通过 按列递推的方式得到。

所述的三个基本条件如下：

1)实部分量即同相分量X(n)和虚部分量即正交分量Y(n)都均值为0、方差为 σ²的高斯随机过程，其中n表示离散时刻；

2)同相分量X(n)和正交分量Y(n)在任意时刻统计独立，即它们的互相关函数 E(X(n)*Y(n+m))＝0，其中E(·)表示取数学期望，0≤m≤N-1为离散时间间隔；

3)同相分量X(n)、正交分量Y(n)是广义平稳随机过程，其自相关函数相等且 为R(m)＝E(X(n)*X(n+m))＝E(Y(n)*Y(n+m))；

自相关特性为：同相分量X(n)和正交分量Y(n)自相关系数满足 ρ(m)=R(m)σ2=J0(2πfmmTs);]]>其中，ρ(m)表示X(n)和Y(n)自相关系数，J₀(·)为第 一类零阶贝赛尔函数，f_m为最大多普勒频移，T_s为抽样时间间隔，σ²为方差。