[发明专利]一种基于传播图理论的多波束信道建模方法

说明书

本发明提供一种基于传播图理论的多波束信道建模方法，通过求出收发端天线阵列在各个角度上的增益来修正与收发端相关的传播路径增益，同时考虑到障碍物的移动性，将散射物分为静态离散散射点集合和动态离散散射点集合，并对两种不同的散射点集合考虑不同的散射次数，来构建基于传播图理论的多波束信道模型。方法弥补了现有传播图信道建模理论中未考虑波束赋形的缺陷，提高了信道建模的准确性。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于传播图理论的多波束信道建模方法。

背景技术

2019年，5G商用牌照将发放我国正式进入商用元年。作为5G中的关键技术之一，多输入多输出(MIMO)技术在有限带宽情况下，通过利用空间资源可大幅度提高数据速率，大大提高了频带利用率，因而吸引了学术界和工业界的广泛关注。MIMO技术对容量提升的作用主要与其信道传播特性有关，因此，准确并有效地建立反映真实信道特性的MIMO信道仿真模型，对于MIMO系统模型的优化、后续的信号处理算法以及评价系统性能等方面显得尤为重要。波束赋形一种是基于MIMO天线阵列的信号预处理技术，其依据电磁波的干涉原理，通过按照一定的规律调整天线阵列的阵元的参数，能够产生强方向性的辐射方向图。则能形成指向特定方向的极强或者某些方向的极弱波束，从而实现加强有用信号同时抑制干扰的目的。

当今，无线信道模型可分为两大类：经验模型和确定性模型。经验模型主要是通过大量的实测数据统计出参数的整体变化趋势，如描述大尺度衰落的双斜率路径损耗模型、刻画小尺度衰落的基于几何的随机随机模型。作为大量统计的经验模型，经验模型具有较广泛的应用场景，但是其难以准确地刻画出特定场景下的电波传播特性。而确定性信道建模模型是恰好能弥补经验模型的缺陷。

典型的确定性信道建模理论如基于射线追踪的时域信道建模理论和基于传播图的频域信道建模理论。其中，传播图信道建模理论将无线电波在传播过程中所遇到的反射体、散射体以及传播等物理现象建模为计算机科学中的顶点与边的关系，结合频域传递函数的级联特性，得到整个过程的频域信道传递函数。传播图理论在表征无线电波的散射现象具有较好的效果。与其他的确定性信道建模方法(基于射线跟踪的方法、FDTD)等相比，该方法具有计算量小、结果准确、适用性广的特点。

但是，传播图信道建模理论是以射线理论为基础，且各个射线间是彼此独立，不存在干涉现象，无法实现波束赋形。将多天线间的传播信号是独立处理的，并未考虑天线的间的相关性导致的波束赋形。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于传播图理论的多波束信道建模方法，用于解决现有传播图信道建模理论不兼容波束赋形的，无法对多天线场景下的信道进行准确建模的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于传播图理论的多波束信道建模方法，包括：

根据收发天线阵列的参数，获得收发天线阵列的波束指向和收发天线阵列的波束在各个角度的波束增益；

根据收发天线阵列的波束在各个角度的波束增益，修正传播边的传播增益；

根据障碍物尺寸和位置、障碍物与收发天线阵元的位置关系，利用传播图信道建模理论建立多波束信道模型，获得收发天线阵列的传输函数。

优选地，根据收发天线阵列的参数，获得收发天线阵列的波束指向和收发天线阵列的波束在各个角度的波束增益包括：

设收发天线阵列各有和道波束，该和道波束的指向方向分别为和获得发射端天线阵列的每个波束的在角度Ω^Tx的增益为接收端天线阵列的每个波束在角度Ω^Rx上的增益为式中，上标Tx,Rx分别表示发射端和接收端，上标dir表示波束指向，t,r分别表示收发端波束的序号，θ和φ表示波束相对于天线阵列的方位角和水平角；

设某道波束由二维均匀平面天线阵列生成，将该道波束在某个角度的增益转换为