[发明专利]基于非均匀散射体分布的信道建模方法及参数匹配方法

权利要求书

1.一种基于非均匀散射体分布的统计信道建模方法，基于改进的信道模型实现，其特征在于：所述改进的信道模型包括基站和移动台，所有散射体分布在以移动台为圆心的圆形散射区域内，基站和移动台均落在散射体分布的区域内，且所有散射体与移动台和基站在同一平面上，其中有效散射体为入射不被阻挡的散射体，且一个有效散射体只产生一条反射路径；

建模方法具体包括如下步骤：

步骤一：令移动台为坐标原点建立直角坐标系，基站和移动台到散射体的距离分别为r_b和r_m，基站与散射体的连线和x轴的夹角为θ_b，移动台与散射体的连线和x轴的夹角为θ_s；

步骤二：定义距离移动台r_s处的散射体成为有效散射体的概率为：其中，L＝λ₀τ₀，计算圆内总的有效散射体数为φ为MS的到达角度；

步骤三：对累积概率密度分布的自变量r_s求一阶导数得到等效散射体分布密度函数：

R为圆形散射区域半径，r为接收端MS到散射体的距离，б_G为散射体高斯分布的参数因子，N^G为函数的归一化因子；

步骤四：对移动台散射体的分布函数通过雅可比转换式得到波达信号AOA/TOA联合概率密度函数：

D为发射端BS与接收端MS之间的距离，τ为传输路径的时延；

步骤五：对AOA/TOA联合概率密度函数中的τ积分得到基站端的波达信号AOA边缘概率密度函数：

其中，

步骤六：首先计算扇形散射区域的加权总面积为

γ表示结合角度，ρ表示MS到散射边界的距离；

将有效散射区域ΔBEM加权面积除扇形散射区域的加权总面积，再对自变量φ求一阶导数，得到MS的波达信号AOA概率密函数；

步骤七：计算有效散射区域的加权面积与整体散射体区域的概率比F₁(τ)，对其自变量τ求一阶导数得到移动台的波达信号TOA概率密度函数；

步骤八：计算多普勒频移的概率密度函数：

φ_v为接收端MS的移动方向，f为多普勒频率，f_m为最大的多普勒频偏；

步骤九：MIMO阵列天线的空间衰落相关函数定义为：

m为发射端的第m个天线阵元，n为接收端的第n个天线阵元，a_m(*)：发射端第m个天线阵元的导向矢量，a_n(*)为接收端第n个天线阵元的导向矢量，是入射信号在竖直平面上的夹角；

步骤十：通过下式计算信道容量：

其中，I_Nr为N_r维单位矩阵和P/σ²为信道信噪比SNR。

2.根据权利要求1所述的基于非均匀散射体分布的统计信道建模方法，其特征在于：对于空间相关的MIMO信道，信道矩阵H表示为：

其中，R_r为接收端的阵元间相关矩阵，R_t为发射端阵元间相关矩阵，上标T表示矩阵的转置和上标H表示矩阵的共轭转置，Hw为信道的复高斯随机变量。

3.根据权利要求1或2所述的基于非均匀散射体分布的统计信道建模方法，其特征在于：所述的步骤六中有效散射区域ΔBEM加权面积和移动台的波达信号AOA概率密函数具体通过如下步骤计算：

步骤六-1，当0≤φ≤γ时，有效散射区域ΔBEM加权面积为

此时，移动台的波达信号AOA概率密函数为

步骤六-2，当γ≤φ≤π时，有效散射区域ΔBEM加权面积为

此时，移动台的波达信号AOA概率密函数为

。