[发明专利]一种基于实测的3D MIMO统计信道建模方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种基于实测的3D MIMO统计信道建模方法，有效而准确地反映真实三维信道环境，提高信道模型的精度；通过外场测量提取大尺度参数的统计特征，生成大尺度参数的互相关矩阵来解决现有模型中该矩阵非正定的问题，利用线性模型统计建模3D MIMO信道的俯仰角扩展，增加垂直域角度扩展与距离的依赖关系，通过混合Von Mises Fisher分布来随机生成具有互依赖性的子径方位角和子径俯仰角；根据外场测量的统计分析确定信道模型的各个表征参数，生成3D MIMO信道系数。本发明拓展了3D MIMO信道模型的应用，为准确而高效地评估3D MIMO系统相关算法提供了有力的工具。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于实测的3D MIMO统计信道建模方法。

背景技术

无线信道是新一代无线通信系统设计和新通信技术算法等研究的基础，因此准确地进行信道建模显得至关重要。目前大多数基于几何架构的统计信道模型都是二维的，满足了传统的城市宏小区无线信道建模要求。而随着信道建模场景的不断细化，二维信道模型不能精确地描述各种实际场景的无线信道。因此，为了更加客观精确地描述信道特性，提出了三维多输入多输出(3D MIMO)信道模型。现有标准化信道模型如SCM，WINNER，QuaDRiGa模型都提出了MIMO信道3D化的建模方法和思路。与传统的2DMIMO相比，3D MIMO最大的变化就是对空域俯仰维度信息的利用。信道模型中对俯仰到达角(EoA)和俯仰离开角(EoD)这两个重要的角度参数进行建模，很好地反映了客观现实的无线传播环境，因此得到了广泛的关注和研究。3D MIMO利用信道垂直域获得了更多的空间自由度，提高了系统的吞吐量，同时显著提高了小区的平均和边缘频谱效率，减少了多用户干扰。由于自身的优势，3D MIMO已经渗透到各种主流无线通信系统中(例如，LTE，LTE-advanced以及未来5G标准)。

目前3D MIMO信道建模有了初步的进展，同时也存在一些问题：在WINNER+模型中相应的3D MIMO信道参数部分通过文献调研获得，没有经过完备的外场测量，使得由此建立的信道模型会出现一些错误；信道的垂直域角度特征对于3D MIMO信道非常重要，实验观察到俯仰角扩展取决于基站(BS)和用户终端(UE)之间的距离，但是大多数现有的信道模型对俯仰离开角扩展ESD和俯仰到达角扩展ESA的距离依赖性特征没有说明；大多数的3D MIMO信道模型将方位角和俯仰角的生成过程割裂开来考虑而没有研究方位角和俯仰角之间的互相关性，使得由此建立的信道模型不够精确，也与实际传播环境的特征不符。因此，3DMIMO信道完整且精确的建模就显得尤为重要。另外，无线信道可以通过统计方式进行建模，主要可分为以下几类：基于几何架构的统计模型(GBSMs)，基于相关的统计模型(CBSMs)和参数随机模型(PSMs)。通过传播环境中散射体的预定义分布，基于电磁波的反射、折射、衍射和散射的基本定律可构建GBSM。CBSM通过在信道矩阵元素之间引入互相关性来统计地表征MIMO信道特征。PSM通过利用诸如延迟，功率和多径的到达或离开角度的特征参数来表征多径分量(MPC)。基于PSM架构，本发明所提基于实测的3D MIMO统计信道模型重新定义了模型中部分参数的统计表征方法并依托外场实际测量给出其推荐值。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有模型中大尺度参数的互相关矩阵非正定的问题、大多数信道模型没有对俯仰离开角扩展ESD和俯仰到达角扩展ESA的距离依赖性特征进行说明以及现有3D MIMO信道模型将方位角和俯仰角的生成过程割裂开来考虑而没有研究方位角和俯仰角之间的互相关性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于实测的3D MIMO统计信道建模方法。

本发明是这样实现的，一种基于实测的3D MIMO统计信道建模方法，通过外场信道测量提取大尺度参数的统计量，生成大尺度参数的互相关矩阵；利用线性模型统计建模3DMIMO信道的俯仰角扩展，表明大尺度参数中垂直域角度扩展与距离的依赖关系；引入混合VMF分布刻画多簇方位角和俯仰角的互依赖性并生成3D空间的到达角和离开角；