[发明专利]一种低复杂度3D_MIMO相关信道快速生成方法

说明书

本发明公开了一种低复杂度3D_MIMO相关信道快速生成方法，利用垂直维度俯仰角和水平维度方位角的PAS模型产生一组空间上相关的衰落波形，每个衰落波形代表一条传输路径，并通过叠加获得最终的传输矩阵。这种改进型相关信道快速生成方法可以充分利用3D_MIMO中俯仰角以及方位角的角度功率谱函数，因而能够生成任意角度扩展的衰落波形，并且减少计算复杂度。本发明相比于传统三维衰落信道模型，能够在不影响模拟参数准确性的基础上，大幅减小软件或硬件计算的开销，便于提升诸如大规模MIMO阵列信道仿真仪器的实现效率，节约设计成本、功耗和仪器体积。

技术领域

本发明涉及一种低复杂度3D_MIMO相关信道快速生成方法，属于移动通信技术领域。

背景技术

三维(Three dimensional，3D)衰落信道模型是在传统二维衰落信道模型的基础上，通过加入垂直维度俯仰角得到的。三维衰落信道模型相较于传统的二维衰落信道模型，能够更加准确地反映实际传输环境，因而获得研究者们的广泛关注。虽然传统三维衰落信道建模方法十分丰富，但是计算复杂度也比较高，比如基于物理信道模型的建模方法；而在众多建模方法中，基于相关法的三维衰落信道建模法比较而言计算复杂度要低一些。

基于相关法的衰落信道建模的基本思想是：首先生成一组不相关的高斯随机过程，然后通过适当的矩阵运算将不同信道之间的相关性引入到该高斯过程中，从而产生衰落相关波形；MIMO(Multiple Input and Multiple Output，MIMO)信道建模法中利用矩阵Kronecker积搭建的基于相关法的3D_MIMO链路级衰落信道仿真模型就是沿用这种思想。

但是，这种模拟方法计算复杂度仍然较高，其中对于给定的角度功率谱(PowerAzimuth Spectrum，PAS)，需要利用任意两个阵元间的相关性进行计算。例如，当PAS模型是指数衰减函数、到达角与天线阵列放置角度一致时这一特殊情况，可以根据贝塞尔函数的无穷级数表达式给出相关性表达，而对于其他到达角的情况，则需要更复杂的二重积分计算，并且到达角变化很快，需要经常计算相关系数，故而使得仿真效率变得低下。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种低复杂度3D_MIMO相关信道快速生成方法，它是修正型Jakes模型模拟衰落信道方法的另一种扩展。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种低复杂度3D_MIMO相关信道快速生成方法，包括如下步骤：

步骤1：选定传输环境类型以及通信方向；

步骤2：确定天线阵列结构；

步骤3：确定收发两端角度功率谱密度函数PAS模型；

步骤4：确定天线阵列响应矢量A；

步骤5：利用抽头延迟模型得到L条路径的所对应的混合信道传输系数矢量h_l(t)。

作为优选方案，所述传输环境类型包括：城市、郊区、乡村，所述通信方向包括：上行链路、下行链路。

作为优选方案，所述天线阵列结构包括阵列类型、天线数目、天线间距，天线阵列结构采用均匀线性天线阵列。

作为优选方案，所述PAS模型包括：高斯分布、拉普拉斯分布、VM分布。

作为优选方案，所述h_l(t)计算公式如下：