一種大規(guī)模mimo仿真系統(tǒng)的多徑信道等效生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用多天線的大規(guī)模MMO無線通信系統(tǒng)的仿真技術(shù)，尤其涉及 一種大規(guī)模MMO仿真系統(tǒng)的多徑信道等效生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能移動(dòng)終端的普及應(yīng)用和移動(dòng)新業(yè)務(wù)需求的不斷發(fā)展，移動(dòng)通信傳輸速率 需求繼續(xù)呈指數(shù)增長(zhǎng)。為滿足未來移動(dòng)通信應(yīng)用需求，需要深度挖掘利用空間無線資源，大 幅提升無線通信的頻譜利用率和功率利用率。采用多天線發(fā)送和多天線接收的MIMO無線 傳輸技術(shù)，是提高無線通信頻譜和功率效率的基本技術(shù)，在過去十余年內(nèi)一直是無線通信 研宄領(lǐng)域的主流技術(shù)之一。受天線數(shù)量的限制（例如在3GPP的LTE-A標(biāo)準(zhǔn)中，基站側(cè)最多 可配置8根天線），傳統(tǒng)MIMO技術(shù)的頻譜和功率效率仍然較低。在基站側(cè)配置大規(guī)模天線 陣列（數(shù)十根以上），以深度挖掘利用空間維度資源，成為未來無線通信的發(fā)展趨勢(shì)之一。
[0003] 在無線通信系統(tǒng)中，為了對(duì)傳輸方案進(jìn)行性能評(píng)估，需要進(jìn)行仿真驗(yàn)證。在大規(guī)模 的傳輸天線下，同一時(shí)頻資源上支持傳輸?shù)挠脩魯?shù)增加，信道數(shù)據(jù)的計(jì)算量會(huì)隨天線規(guī)模 大大增長(zhǎng)。在仿真過程中，信道生成占用很大一部分時(shí)間，尤其是系統(tǒng)級(jí)仿真時(shí)，需要生成 多個(gè)基站對(duì)大量用戶的空間信道，因而信道生成時(shí)間成為首要時(shí)間瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明通過利用多徑信道建模時(shí)各 個(gè)路徑、時(shí)間、空間等維度的相關(guān)性，提供一種快速高效的大規(guī)模MMO仿真系統(tǒng)的多徑信 道等效生成方法，減少實(shí)際仿真過程中的計(jì)算時(shí)間和計(jì)算空間消耗，最終節(jié)省仿真過程中 的計(jì)算資源。
[0005] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種大規(guī)模MMO仿真系統(tǒng)的多徑信道等效生成方法，包括如下步驟：
[0007] (1)設(shè)計(jì)每對(duì)發(fā)射-接收單元的信道相互獨(dú)立：信道計(jì)算中涉及的隨機(jī)變量預(yù)先 生成，并根據(jù)這些隨機(jī)變量生成相應(yīng)的計(jì)算系數(shù)；預(yù)先內(nèi)側(cè)隨機(jī)變量并生成信道原始數(shù)據(jù)， 能夠節(jié)省單對(duì)發(fā)送-接收單元的信道所需的內(nèi)存資源；
[0008] (2)根據(jù)隨機(jī)變量的值生成信道原始數(shù)據(jù)：信道原始數(shù)據(jù)包括每條徑上的信道初 始衰落、時(shí)間擴(kuò)展、發(fā)送與接收天線擴(kuò)展和每條可分辨延時(shí)徑上的頻率擴(kuò)展；
[0009] (3)利用時(shí)間擴(kuò)展對(duì)信道原始數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，得到當(dāng)前時(shí)刻的信道原始數(shù)據(jù)；利 用時(shí)間擴(kuò)展在仿真時(shí)刻變化時(shí)更新信道原始數(shù)據(jù)，以取代用公式進(jìn)行直接計(jì)算，可以加快 計(jì)算速度；
[0010] (4)利用發(fā)送與接收天線擴(kuò)展，將信道原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空間信道矩陣；利用發(fā)送 與接收天線擴(kuò)展將各個(gè)徑上的信道衰落轉(zhuǎn)換為空間信道矩陣，以取代用公式進(jìn)行直接計(jì) 算，可以加快計(jì)算速度；
[0011] (5)將各條徑上的空間信道矩陣合并，形成可分辨延時(shí)徑上的空間信道矩陣，從而 計(jì)算出信道生成器；將計(jì)算出的各個(gè)徑上的信道衰落轉(zhuǎn)換為空間信道矩陣并合并為信道生 成器，使得在需要同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)信道時(shí)不必將每個(gè)OFDM頻點(diǎn)的信道都生成出來，可以節(jié)省 仿真中的內(nèi)存資源；
[0012] (6)利用信道生產(chǎn)器中各個(gè)可分辨延時(shí)徑上的空間信道矩陣和頻率擴(kuò)展，生成相 應(yīng)各個(gè)OFDM頻點(diǎn)上的空間信道；利用頻率擴(kuò)展生成相應(yīng)各個(gè)OFDM頻點(diǎn)上的空間信道，以取 代用公式進(jìn)行直接計(jì)算，可以加快計(jì)算速度。
[0013] 所述發(fā)射-接收單元適用于MMO系統(tǒng)，發(fā)射端與接收端都可以配備數(shù)個(gè)或數(shù)十個(gè) 以上的天線單元，信道計(jì)算中涉及的隨機(jī)變量包括發(fā)射端與接收端各個(gè)維度的角度擴(kuò)展、 時(shí)延擴(kuò)展、生成信道上各路徑功率分布的隨機(jī)變量等；通過這些隨機(jī)變量可以計(jì)算出步驟 (2)中信道原始數(shù)據(jù)，最終得到每個(gè)時(shí)隙上每個(gè)OFDM頻點(diǎn)的信道矩陣。
[0014]所述信道初始衰落是在路徑損耗、陰影衰落、天線方向性濾波等大尺度衰落作用 下各條徑上的信道能量與相位信息；時(shí)間擴(kuò)展指計(jì)算信道在用戶移動(dòng)相應(yīng)位移時(shí)各條徑上 的信道變化所需的信道參數(shù)；發(fā)送與接收天線擴(kuò)展指計(jì)算各條徑上的發(fā)送各個(gè)發(fā)送天線到 接收天線上的信道矩陣元素所需的信道參數(shù)，在ULA天線陣列下為發(fā)送天線與接收天線端 各一個(gè)，UPA陣列則各需要兩個(gè)；頻率擴(kuò)展包含延時(shí)信息，可以計(jì)算每條可分辨延時(shí)徑上的 信號(hào)在OFDM各個(gè)頻點(diǎn)上的信道衰落。
[0015] 利用時(shí)延擴(kuò)展對(duì)信道原始數(shù)據(jù)進(jìn)行更新時(shí)，相當(dāng)于用戶在給定的時(shí)間間隔內(nèi)移動(dòng) 了一段距離，各條徑上的接收信號(hào)產(chǎn)生了相位甚至功率的變化。
[0016] 發(fā)送與接收天線擴(kuò)展可以根據(jù)信道初始衰落計(jì)算出信道在各對(duì)發(fā)送-接收單元 上的衰落值，通常情況下發(fā)送與接收天線擴(kuò)展是由天線的空間排布而導(dǎo)致的信號(hào)相位乃至 幅度的差異。
[0017] 空間信道矩陣合并時(shí)將各個(gè)所需合并的徑上的能量疊加，由于各條徑上的信道在 步驟（1)中隨機(jī)變量生成后相互獨(dú)立，因此可以直接相加?？臻g信道矩陣合并和生成各個(gè) OFDM頻點(diǎn)上的空間信道都涉及將各個(gè)路徑上的信道合并。合并過程可以和利用發(fā)送與接收 天線擴(kuò)展和OFDM擴(kuò)展生成相應(yīng)信道矩陣的過程結(jié)合，直接將新生成的擴(kuò)展變量疊加到結(jié) 果中，以節(jié)省仿真中的內(nèi)存資源。
[0018] 有益效果：本發(fā)明提供的大規(guī)模MIMO仿真系統(tǒng)的多徑信道等效生成方法，具有如 下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] 1、根據(jù)信道特性把信道生成分為隨機(jī)變量生成并計(jì)算信道原始數(shù)據(jù)和利用信道 原始數(shù)據(jù)計(jì)算信道矩陣在各個(gè)頻點(diǎn)的值，將復(fù)雜的隨機(jī)變量放在初始化階段可以大大簡(jiǎn)化 信道矩陣的計(jì)算過程；
[0020] 2、利用多徑信道每條徑在時(shí)間、空間等維度的相關(guān)性提取出信道計(jì)算所需的擴(kuò)展 參數(shù)，這些參數(shù)一般僅為簡(jiǎn)單的復(fù)數(shù)，通過簡(jiǎn)單的復(fù)數(shù)乘法計(jì)算代替復(fù)雜的三角函數(shù)運(yùn)算， 以減少生成信道矩陣所需的時(shí)間；
[0021] 3、利用多徑信道每條徑在時(shí)間、空間等維度的相關(guān)性提取出信道計(jì)算所需的擴(kuò)展 參數(shù)，可以進(jìn)一步減少信道原始數(shù)據(jù)所的存儲(chǔ)空間，從而在系統(tǒng)中可以支持更多的基站和 用戶；
[0022] 4、在信道計(jì)算過程中，在擴(kuò)展出更多維度的同時(shí)將信道在各條徑上的是衰落進(jìn)行 合并，從而可以用更少的空間計(jì)算出信道的在各個(gè)OFDM頻點(diǎn)上的矩陣，增加程序的可并行 性。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的多徑信道等效生成過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0025] 以SCM模型為例，仿真中需要生成如下公式所描述的信道：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大規(guī)模MIMO仿真系統(tǒng)的多徑信道等效生成方法，其特征在于；包括如下步驟： (1) 設(shè)計(jì)每對(duì)發(fā)射-接收單元的信道相互獨(dú)立；信道計(jì)算中設(shè)及的隨機(jī)變量預(yù)先生成， 并根據(jù)該些隨機(jī)變量生成相應(yīng)的計(jì)算系數(shù)； (2) 根據(jù)隨機(jī)變量的值生成信道原始數(shù)據(jù)；信道原始數(shù)據(jù)包括每條徑上的信道初始衰 落、時(shí)間擴(kuò)展、發(fā)送與接收天線擴(kuò)展和每條可分辨延時(shí)徑上的頻率擴(kuò)展； (3) 利用時(shí)間擴(kuò)展對(duì)信道原始數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，得到當(dāng)前時(shí)刻的信道原始數(shù)據(jù)； (4) 利用發(fā)送與接收天線擴(kuò)展，將信道原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空間信道矩陣； (5) 將各條徑上的空間信道矩陣合并，形成可分辨延時(shí)徑上的空間信道矩陣，從而計(jì)算 出信道生成器； (6) 利用信道生產(chǎn)器中各個(gè)可分辨延時(shí)徑上的空間信道矩陣和頻率擴(kuò)展，生成相應(yīng)各 個(gè)(FDM頻點(diǎn)上的空間信道。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大規(guī)模MIMO仿真系統(tǒng)的多徑信道等效生成方法，信道由若干可分辨延時(shí)的徑疊加而成，每條可分辨延時(shí)的徑有由若干不可分辨延時(shí)的徑疊加而成。信道生成過程中利用信道在時(shí)間、空間、頻率等維度的特征，將這些特征歸納為相應(yīng)的維度的擴(kuò)展，并在合適的時(shí)機(jī)將信道擴(kuò)展或更新相應(yīng)維度的衰落，并進(jìn)行多徑的合并，最終生成各個(gè)OFDM頻點(diǎn)上的空間信道矩陣。本發(fā)明能夠降低系統(tǒng)的計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)空間，提高仿真效率。
【IPC分類】H04L5-00
【公開號(hào)】CN104601312
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510013790
【發(fā)明人】金石, 沈超, 張?zhí)K春, 高西奇
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月12日