[发明专利]一种非平稳衰落信道的建模产生方法

说明书

技术领域：

本发明涉及无线衰落信道的建模产生方法，属于无线通信领域，特别针对动态场景下时变非平稳衰落信道的建模产生方法。

背景技术：

无线信道作为电磁波传输媒介，直接影响了无线通信系统的传输质量和性能；无线信道的建模和产生是指建立一个与实际传播环境相符合的信道模型，并通过计算机软件仿真或硬件模拟准确有效地还原其信道特性。它对分析无线通信系统的性能好坏、缩短系统研发周期等方面有重要意义。

无线信道衰落包括大尺度衰落和小尺度衰落。大尺度衰落包含路径损耗和阴影衰落，它表示电磁波因能量扩散而造成信号幅度在短时间内的缓慢变化。另外，由于障碍物的反射、折射和绕射，加上收发端的相对移动等影响，接收信号由多条能量不同、到达时间不同和相位不同的电磁波叠加产生，导致接收信号幅度短时间内的急剧变化，通常称为多径衰落(也称小尺度衰落)。实测表明，小尺度衰落一般服从瑞利、莱斯或Nakagami分布。

对于发射机和接收机都处于移动状态的时变传播场景而言，不同时刻对应于不同的信道状态，每个信道状态都呈现各自的信道衰落特性。由于信道衰落的统计特性呈现时变特性，也称为非平稳特性，故该信道称为非平稳衰落信道。大量实测数据表明，以车辆对车辆为代表的移动-移动(Mobile-to-Mobile，M2M)通信场景下，无线传播信道的多径衰落分布、多普勒谱和时延谱等统计特性均具有时变特性，属于时变非平稳衰落信道。目前，大部分衰落信道产生方法只针对平稳信道建模及仿真模拟，该类方法若直接应用于非平稳信道，将导致信道状态参数突变和信号相位不连续性等问题，这与实际信道状态的连续特性不符。

发明内容：

本发明提供一种非平稳衰落信道的建模产生方法，该方法适用于移动传播场景下的非平稳衰落信道模拟，能够精确复现非平稳衰落道的统计特性，可应用于时变场景下移动通信系统性能的测试和验证领域。

本发明采用如下技术方案：一种非平稳衰落信道的建模产生方法，将非平稳衰落信道根据状态更新间隔划分为一系列平稳衰落信道状态，第u个信道状态建模如下：

其中，I表示多径簇数目；τ_i分别对应各簇路径的复增益和时延，进一步地，本发明将各簇信道复增益划分为视距和非视距两部分，并建模为如下离散模型，省略上标u和下标i，其中非视距部分建模为若干支路复指数之和，

其中，T_s表示信道衰落采样间隔；m表示离散时间序号；N表示不可分辨的支路数；f_los表示视距部分的多普勒频移；f_n表示非视距部分的离散多普勒频率；和分别表示视距部分和非视距部分的初始相位；K表示视距路径分量和非视距路径分量的功率比值，当K≠0表示存在视距部分，对应没有障碍物完全遮挡的真实传播场景；当K＝0表示没有视距部分，对应受到大规模障碍物完全遮挡情况，在实际动态传播场景中，信道状态在两种情况之间来回转换。

进一步地，采用如下步骤计算参数并产生非平稳衰落信道

第一步：产生(0,2π]随机均匀分布的随机变量赋值给初始相位和

第二步：产生不同时刻不同散射支路的多普勒频率参数f_n(m)；

1)初始化u＝1；

2)选取第u个信道状态的多普勒功率谱记为S^u(f)，计算上下边界的起始端点和

其中，n＝1,2,...,N；当n＝1时，为最大多普勒频率；

3)选取第u+1个信道状态的多普勒功率谱S^u+1(f)，令式(3)中u＝u+1，计算上下边界的终止端点和

4)利用下式计算的上边界

其中，m_uT_s表示第u个信道状态更新时刻；

5)令n＝n-1，将和代入式(4)，计算的下边界

6)利用下式计算的初始值

7)将斜率控制变量N_sf代入下式计算斜率

其中，N_sf为斜率控制变量；当大于等于上边界时，取负号，即朝下边界线性递减；当小于等于下边界时，取正号，即朝上边界线性递增；

8)计算多普勒频率的取值，步骤如下：

a)令

b)计算多普勒频率

c)令m＝m+1，若结束计算并跳至步骤9)；

d)若令返回步骤b)；