[发明专利]一种基于隧道环境的三维非平稳宽带双簇信道建模方法

说明书

本发明公开了一种基于隧道环境的三维非平稳宽带双簇信道建模方法，包括构建三维非平稳宽带双簇信道模型,给出多径传输的角度参数和模型参数；推导三维非平稳宽带双簇信道模型的矩阵表达式；推导LoS和NLoS传输路径下复冲激响应的函数表达式；推导NLoS多簇散射情况下，发射端发出的信号到达接收端的路径长度；引入生死算法，利用簇群在阵列和时间轴上的演变，推导在一定时间间隔后的簇群数量，以表示簇群在半椭圆隧道场景下的状态；推导不同传输路径间的空间互相关性函数，以分析不同传输链路的空间互相关特性；仿真验证构建的三维非平稳宽带双簇信道模型。本发明弥补了过去研究的不足,为分析三维非平稳宽带双簇信道的传输特性提供了一种建模方法,能够有效地应用到5G V2V无线通信系统的性能分析中。

技术领域

本发明属于MIMO V2V信道模型技术领域，具体涉及一种基于隧道环境的三维非平稳宽带双簇信道建模方法。

背景技术

近年来，为了开发无线智能交通系统，对第五代(5G)车对车(vehicle-to-vehicle,V2V)散射环境的统计传播特性的深入研究引起了研究人员的大量关注。在5G V2V通信系统中采用多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)技术被认为是非常有益的，因为它们能够满足5G无线网络中车辆通信不断增长的业务需求。因此，对MIMOV2V信道的统计传播特性的基本理解在理论和实践方面都是至关重要的。

在无线多输入多输出通信环境中，来自发射机的波在到达接收机之前撞击路边环境中的散射体；因此，现有文献采用Ricean衰落信道来表征5G V2V通信中的传播特性。数值研究表明，基于几何的随机信道建模解的计算复杂度极低，而其精度非常高；因此，研究人员更有可能引入几何模型来研究5G通信场景中V2V信道的统计传播特性。到目前为止，已经引入了各种几何信道模型来描绘无线通信场景中的干扰对象的分布区域。鉴于此，可以根据发射器，接收器和干扰物体之间的特定几何关系导出不同场景下的传播路径长度和角度参数。具体来说，S.Wu和X.Cheng提出的多反弹散射模型来研究V2V通道的统计特性，采用椭圆模型描述移动无线通信环境中干扰物体的分布区域。R.He等人研究了双环参考模型中M2M(mobile-to-mobile,M2M)通道的时变统计特征，假设运动方向和速度是固定的。J.Zhang等人研究的三维衰落信道模型表明，当波从发射器到接收器的传播是二维(2D)模型时，无线通信系统性能的评估是不准确的。因此，采用三维(3D)信道模型，即包括方位角和仰角角度参数，研究统计传播特性至关重要。H.Jiang提出了一个3D MIMO信道模型来模拟空中发射机和地面接收机之间的通信场景，假设高空发射机和地面接收机位于3D焦点上的倾斜椭球模型。此外，Y.Liu提出了用于5G高速列车无线通信的3D大规模MIMO信道模型，该模型研究了用于在空间，时间和频率域中建模信道非平稳特性的集群演进。

5G V2V通道中发射器和接收器之间的通信具有不同的干扰物体的几何分布，即矩形，马蹄形，椭圆形，圆形和半圆形。隧道环境中的V2V信道建模，特别是对于许多道路通过隧道，对于5G通信系统的开发具有重要意义。以往的研究多集中在固定的发射机和接收机、散射体的位置，这具有一定的局限性，因为在现实场景下，发射机和接收机都在运动，同时散射体的位置也会随着发射机和接收机的运动而发生相应的改变。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于隧道环境的三维非平稳宽带双簇信道建模方法，建立用于第五代(5G)车辆到车辆(V2V)隧道通信环境的通用三维(3D)非平稳宽带双簇信道模型，在所建立的模型中，接收信号被构造为具有视线(LoS)传播的分量和经由双群模型的分量之和，即非视距(NLoS)传播，因此，可以分析信号经历不同传播分量下的信道特性。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于隧道环境的三维非平稳宽带双簇信道建模方法，包括以下步骤：