[发明专利]一种基于环境信息的无线信道建模方法

说明书

本申请涉及一种基于环境信息的无线信道建模的方法和装置，该方法包括：对实际无线传播环境进行三维环境建模，得到无线传播环境信息；利用所述无线传播环境信息进行簇核匹配，计算得到簇核参数，其中，所述簇核参数包括簇核功率参数、簇核时延参数和簇核角度参数；基于所述簇核参数、所述无线传播环境信息和簇内子径统计分布特性，计算所述簇核内子径的参数；以及根据所述簇核参数和所述簇核内子径的参数计算信道系数矩阵。根据本申请的方法和装置，提供一种高精度、低复杂度，能够适应各种实际应用场景的面向未来移动通信系统的信道建模实现方案。

技术领域

本申请涉及无线信道建模领域，尤其涉及一种基于环境信息的无线信道建模方法和装置。

背景技术

近十年来，随着智能终端的迅速普及，新型应用和业务也随之爆炸式的增长。因特网、云计算、智慧城市、混合组网、空天地一体化等技术的提出与发展更是正式把人类社会带入大数据时代。为了能够满足海量大数据业务的通信需求，下一代移动通信技术已经成为当前的研究热点。无线信道作为通信系统中收发端之间的通信媒介，其传播特性决定了通信系统最终的性能上限。因此，对信道传播特性开展研究是设计通信系统的网络架构、设计高性能的通信技术的先决条件。

作为信号传播的载体和媒介，无线信道的特性会对通信性能产生重要的影响。因此，在通信系统的技术评估、设备研发、网络部署和性能测试等过程中，需要充分考虑信道的影响。由于外场测试的成本高、且问题难以重复定位，在通信系统的研发阶段往往需要通过仿真或者实验室测试的方式来评估技术的性能与方案的优劣等。这种方式尽管可以不受多种外界因素的影响，显著降低研发过程中的成本缩短研发的周期，但是需要通过信道仿真精确地复现真实的无线信道特性，从而最大程度替代外场测试。信道建模与信道仿真是一对相反的过程，通过将真实的无线信道对信号传播的影响进行参数化描述或者数学化抽象的过程为信道建模，通过信道建模得到的参数或者数学模型重新生成信道冲激响应的过程为信道仿真。因此，对信道传播特性获取的全面性、准确性以及对信道抽象化描述的合理性都会影响信道建模的精确度。

目前移动通信标准中主流的信道建模方法有确定性建模和统计性建模两类。确定性建模的思想是需要某一特定场景下各散射体和无线链路收发两端具体的几何定位信息，然后利用空间电磁波的传播特性，如麦克斯韦方程等或者其他类似算法，精确计算出信道冲击响应(Channel impulse response，CIR)。比较常用的确定性建模方法有射线跟踪(Ray-tracing，RT)模型。该方法要求通过建立一套完整记录了传播地形，收发端天线配置，电波传播过程中可能经过的详细散射体(如道路，建筑物，树木，行人等)信息的数据库，再进行大量的反复计算，仔细跟踪每一条可能的电波传播路径，最后计算出各条子径的幅度，相位，时延等来获取相应的信道冲击响应。与基于测量获得信道冲击响应以及随机性建模方法相比，确定性建模的不足主要体现在以下两个方面：1) 运算参数过多容易导致其仿真运算复杂度过高，一般越要求精确的模型，就越容易需要更多的相关信息，并因而导致其运算量呈指数型增长。 2)仿真精度容易受参数设置影响。

统计性建模主要是通过对某些能够表示信道衰落特性的关键参数进行统计，拟合出这些参数的概率分布并对其进行分析，计算出相应的信道冲击响应。与确定性建模方法不同的是，该方法不一定需要精确地获知某些参数的详细数值，而只是对某一区域内该参数的概率分布进行统计，并依此重构出信道衰落过程，因而大大降低了其仿真的运算复杂度。常用的随机性模型主要有基于几何的统计模型主要有基于几何的统计模型(Geometry-based stochastic model，GBSM)等。GBSM主要建模思路是：首先根据收发端以及散射体的几何位置(如二维的单环，双环，椭圆模型以及三维的单球，双球以及椭圆体，圆柱体等)，假定出合理的散射体概率分布(比如高斯，均匀分布等)；然后，针对每一条散射径，以特定的统计概率来依次产生时延，功率，到达角，离开角等关键信息；最后，通过模拟收发端和散射体的相对移动(如运动方向，速度大小等)来实现信道模型的搭建。由此可见，该仿真方法，只需获取相应参数的统计信息，无需得到完整精确的环境信息就可搭建模型。