[发明专利]基于实测数据的MassiveMIMO信道建模方法

权利要求书

1.一种基于实测数据的Massive MIMO信道建模方法，其特征在于，所述基于实测数据的Massive MIMO信道建模方法包括以下步骤：

步骤一，建立共焦椭圆模型，设置基站和偶极子的参数，基站设置大规模的均匀线性天线阵列，天线阵元都是全向天线，阵元间距为δ_T，为半波长，另一端是一个偶极子，也是全向天线；建立共焦椭圆模型，基站天线阵列中心和偶极子连线组成X轴，两个天线阵列中心分别位于共焦椭圆的两个焦点上，距离为2f，基站阵列倾角为β_T，散射簇分布在共焦椭圆上，设第1个散射簇所对应的椭圆的长轴为2a₁，第n个散射簇所对应的椭圆的长轴为2a_n，散射簇n与基站阵列中心和偶极子的距离分别为

步骤二，依据实测数据获得散射簇的生灭速率，计算基站端天线阵列散射簇新生成的概率和生存概率，得到9状态马尔科夫链状态转移概率矩阵，利用马尔科夫链模型描述天线阵列轴上散射簇的演进过程，得到散射簇集后，根据WINNERII模型分配每个散射簇特征参数；

将(i,j)作为状态，其中i表示相邻阵元间新生成的散射簇数量，j表示相邻阵元间灭亡的散射簇数量，其中，0≤i≤2，0≤j≤2，共有9种状态，(i,j)所对应的状态设为s_ij；从状态s_ij变成s_i′j′的状态转移概率为p_{(ij,i′j′)}，则转移概率矩阵为：

步骤三，根据共焦椭圆模型中基站天线阵列倾斜角、阵元间距、散射簇的AOA、AOD和时延、偶极子运动方向、基站和偶极子之间的距离等参数及他们之间的几何位置关系，确定椭圆的大小和位置，计算视距和非视距情况下的相位和多普勒频率，生成Massive MIMO信道冲激响应。

2.根据权利要求1中所述的基于实测数据的Massive MIMO信道建模方法，其特征在于，所述步骤二具体过程为：

(1)对于两个相邻的天线阵元Ant_k-1和Ant_k，如果散射簇n在天线阵元Ant_k-1可见，而在天线阵元Ant_k不可见，则散射簇n是灭亡的；如果散射簇n在天线阵元Ant_k-1和天线阵元Ant_k都可见，则散射簇n是生存下来的；若散射簇n在天线阵元Ant_k-1不可见，而在天线阵元Ant_k可见，则散射簇n是新生成的；

(2)在散射簇演进过程中，一个新生成的散射簇到另一个新生成的散射簇出现的时间间隔ρ_G和一个散射簇的生命周期ρ_R分别服从指数分布，具体为：

时间间隔ρ_G和生命周期ρ_R的期望分别为：

其中，λ_G是簇的生成速率，λ_R是簇的灭亡速率；

(3)结合COST2100模型，引入簇可视区域概念，即在天线阵列上簇的可视区域，有些簇的基站端可视区域完全在天线阵列以内，而部分簇的基站端可视区域超出阵列一端或两端均超出；对于区域①，簇基站端可视区域完全在天线阵列以内，在阵列上能观测到的簇可视区域长度Δ就是簇的真实可视区域长度a；对于区域②，簇基站端可视区域超过了阵列的两端，在阵列上能观测到的簇可视区域长度就是阵列长度L，Δ＝L；而区域③和区域④中阵列上观测到的簇可视区域长度小于真实的簇可视区域长度，这时簇可视区域观测长度是簇可视区域真实长度和簇可视区域中心位置X_c的函数，Δ＝(L+a)/2-X_c，Δ＝(L+a)/2+X_c；假设簇可视区域中心位置X_c是均匀分布的，上界和下界分别为则可视区域的观测长度的累计分布函数为：

其中，K_Δ(y)是观察到的簇可视区域累积分布函数；f_a(v)是可视区域真实长度概率密度函数，Δ₀为簇可视区域的最小观察长度，依赖于实际测量的设置；

(4)设置5G Massive MIMO测量设备和测量环境，依据该实测数据以及簇中心位置、簇可视区域真实长度和簇可视区域观测长度之间的关系，选取合适的分布函数来描述簇可视区域真实长度的统计特性，然后得到簇可视区域观测长度CDF曲线，对簇可视区域观测长度求均值即为簇平均生命周期，对簇平均生命周期求倒数即为簇的灭亡速率λ_R；

(5)利用KPowerMeans算法估计出散射簇数目的平均值，簇数目的平均值也是簇生灭速率的比值，然后得到散射簇生成速率λ_G，具体为：

(6)在基站端天线阵列上，原有散射簇存活下来的概率为P_survival，服从指数分布；新生成的散射簇的概率为P_new，服从泊松分布，具体为：

其中，j表示生成j个散射簇，E(N_new)为基站端相邻天线阵元间平均生成散射簇的数量，具体为：

其中是与场景相关的因子；

(7)计算9状态马尔科夫链转移概率矩阵，利用马尔科夫链模型描述天线阵列轴上散射簇的演进过程；

(8)得到天线阵元的散射簇集后，每个散射簇都有自己的特征参数，如时延、功率、到达角AOA/离开角AOD，散射簇的时延和功率根据WINNER II模型生成，时延和功率服从指数分布，功率作归一化处理。