[发明专利]一种大规模MIMO仿真系统的多径信道等效生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用多天线的大规模MIMO无线通信系统的仿真技术，尤其涉及一种大规模MIMO仿真系统的多径信道等效生成方法。

背景技术

随着智能移动终端的普及应用和移动新业务需求的不断发展，移动通信传输速率需求继续呈指数增长。为满足未来移动通信应用需求，需要深度挖掘利用空间无线资源，大幅提升无线通信的频谱利用率和功率利用率。采用多天线发送和多天线接收的MIMO无线传输技术，是提高无线通信频谱和功率效率的基本技术，在过去十余年内一直是无线通信研究领域的主流技术之一。受天线数量的限制(例如在3GPP的LTE-A标准中，基站侧最多可配置8根天线)，传统MIMO技术的频谱和功率效率仍然较低。在基站侧配置大规模天线阵列(数十根以上)，以深度挖掘利用空间维度资源，成为未来无线通信的发展趋势之一。

在无线通信系统中，为了对传输方案进行性能评估，需要进行仿真验证。在大规模的传输天线下，同一时频资源上支持传输的用户数增加，信道数据的计算量会随天线规模大大增长。在仿真过程中，信道生成占用很大一部分时间，尤其是系统级仿真时，需要生成多个基站对大量用户的空间信道，因而信道生成时间成为首要时间瓶颈。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明通过利用多径信道建模时各个路径、时间、空间等维度的相关性，提供一种快速高效的大规模MIMO仿真系统的多径信道等效生成方法，减少实际仿真过程中的计算时间和计算空间消耗，最终节省仿真过程中的计算资源。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种大规模MIMO仿真系统的多径信道等效生成方法，包括如下步骤：

(1)设计每对发射-接收单元的信道相互独立：信道计算中涉及的随机变量预先生成，并根据这些随机变量生成相应的计算系数；预先内侧随机变量并生成信道原始数据，能够节省单对发送-接收单元的信道所需的内存资源；

(2)根据随机变量的值生成信道原始数据：信道原始数据包括每条径上的信道初始衰落、时间扩展、发送与接收天线扩展和每条可分辨延时径上的频率扩展；

(3)利用时间扩展对信道原始数据进行更新，得到当前时刻的信道原始数据；利用时间扩展在仿真时刻变化时更新信道原始数据，以取代用公式进行直接计算，可以加快计算速度；

(4)利用发送与接收天线扩展，将信道原始数据转换为空间信道矩阵；利用发送与接收天线扩展将各个径上的信道衰落转换为空间信道矩阵，以取代用公式进行直接计算，可以加快计算速度；

(5)将各条径上的空间信道矩阵合并，形成可分辨延时径上的空间信道矩阵，从而计算出信道生成器；将计算出的各个径上的信道衰落转换为空间信道矩阵并合并为信道生成器，使得在需要同时产生多个信道时不必将每个OFDM频点的信道都生成出来，可以节省仿真中的内存资源；

(6)利用信道生产器中各个可分辨延时径上的空间信道矩阵和频率扩展，生成相应各个OFDM频点上的空间信道；利用频率扩展生成相应各个OFDM频点上的空间信道，以取代用公式进行直接计算，可以加快计算速度。

所述发射-接收单元适用于MIMO系统，发射端与接收端都可以配备数个或数十个以上的天线单元，信道计算中涉及的随机变量包括发射端与接收端各个维度的角度扩展、时延扩展、生成信道上各路径功率分布的随机变量等；通过这些随机变量可以计算出步骤(2)中信道原始数据，最终得到每个时隙上每个OFDM频点的信道矩阵。

所述信道初始衰落是在路径损耗、阴影衰落、天线方向性滤波等大尺度衰落作用下各条径上的信道能量与相位信息；时间扩展指计算信道在用户移动相应位移时各条径上的信道变化所需的信道参数；发送与接收天线扩展指计算各条径上的发送各个发送天线到接收天线上的信道矩阵元素所需的信道参数，在ULA天线阵列下为发送天线与接收天线端各一个，UPA阵列则各需要两个；频率扩展包含延时信息，可以计算每条可分辨延时径上的信号在OFDM各个频点上的信道衰落。

利用时延扩展对信道原始数据进行更新时，相当于用户在给定的时间间隔内移动了一段距离，各条径上的接收信号产生了相位甚至功率的变化。

发送与接收天线扩展可以根据信道初始衰落计算出信道在各对发送-接收单元上的衰落值，通常情况下发送与接收天线扩展是由天线的空间排布而导致的信号相位乃至幅度的差异。