多天線系統(tǒng)的大尺度衰落模型的構(gòu)建方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種多天線系統(tǒng)的大尺度衰落模型的構(gòu) 建。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無線資源日趨緊張的情況下，大規(guī)模多天線系統(tǒng)采用多副天線，與傳統(tǒng)的單天 線系統(tǒng)相比，可W進(jìn)一步挖掘空間域增益，大幅度提升無線通信系統(tǒng)的傳輸容量和功率效 率。而且大規(guī)模多天線系統(tǒng)能在相應(yīng)的傳播環(huán)境中提供分集增益或復(fù)用增益，有效地提高 了通信系統(tǒng)的可靠性或有效性。準(zhǔn)確地獲取無線信道信息是通信系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)，它為通 信系統(tǒng)的鏈路級仿真、樣機(jī)試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)制定提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
[0003] 為了準(zhǔn)確地評估大規(guī)模多天線系統(tǒng)的性能，構(gòu)建精確的信道模型是必要的。信道 模型中的大尺度參數(shù)反映了無線信號在一定距離范圍內(nèi)平均接收功率的預(yù)測，描述的是發(fā) 射機(jī)和接收機(jī)之間長距離上信號場強(qiáng)的變化。在大規(guī)模多天線系統(tǒng)中，無論是基站端的不 同天線陣元，還是用戶端的天線，各天線收到的信號強(qiáng)度是不同的。運(yùn)種信號強(qiáng)度的差異， 主要來自于電波傳播的路徑損耗和陰影效應(yīng)，并最終形成大尺度衰落信道矩陣，該矩陣統(tǒng) 計(jì)特征最終將影響大規(guī)模多天線系統(tǒng)的傳輸容量。
[0004] 大尺度衰落信道中，主要包括兩個(gè)方面的衰落:一方面是路徑損耗，路徑損耗是由 傳播距離造成的接收功率的變化，通常在信道建模時(shí)可W建成對數(shù)模型；另一方面是陰影 衰落，陰影衰落是由于收發(fā)端之間存在遮擋物，或者由于周圍反射物的變化，造成接收端接 收到的信號在一定范圍內(nèi)隨機(jī)的波動(dòng)。
[000引在信道模型構(gòu)建的時(shí)候，通?？蓪⑸厦娴膬煞N衰落模型構(gòu)建為對數(shù)正態(tài)陰影模 型，如下：
[0006] PL(T) = IOn Iogio(；T)+AdB巧dB;
[0007] 其中，n是路損指數(shù)，描述了傳播損耗隨距離的指數(shù)變化趨勢，該參數(shù)和傳播環(huán)境 直接相關(guān)，AdB是截?cái)帱c(diǎn)，由工作頻率、參考距離的選取、天線W及線纜的增益損壞W及光速 等來決定。XdB是正態(tài)陰影隨機(jī)變量。最常用的陰影模型是對數(shù)正態(tài)陰影模型。
[000引當(dāng)參考距離是ro時(shí)，路徑損耗可表示為 [0009] PL(T)=化（;r〇)+10n Iogio(Vro)巧dB;
[0010]其中，化(ro)可由收發(fā)端間距為ro時(shí)實(shí)際現(xiàn)慢得知。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)中，大規(guī)模多天線系統(tǒng)的信道矩陣可由一個(gè)MXK維矩陣表示，如下：
[0012] Gmxk =H邸
[001引其中，G包括小尺度衰落和大尺度衰落特性，由小尺度衰落矩陣Hmxk和大尺度衰落 矩陣Dkxk級聯(lián)組成，M是基站天線陣列數(shù)，K是用戶總數(shù)量。
[0014] W往的研究中，大尺度衰落的影響通常被忽略或者簡化為常數(shù)，例如，通常假設(shè)上 述大尺度衰落矩陣D= Ik化XK維的單位矩陣)或大尺度衰落矩陣D對角陣，即只考慮用戶與 陣列天線間的功率損耗，而不考慮大尺度衰落在天線陣列上的影響。然而從天線陣列的整 體上看，由于天線的尺寸較大，所有陣元經(jīng)歷的信道將不滿足平穩(wěn)特性，即相離較遠(yuǎn)的天線 陣元，可能接收到來自于不同反/散射物的入射波，導(dǎo)致其大尺度衰落特性表征并非平穩(wěn)特 性。例如，頻段1.4725G時(shí)的128副天線線性陣列長度將達(dá)到約13米，此時(shí)天線陣列兩端的陣 元可能出現(xiàn)在不同特性的傳 播區(qū)域。因此，從天線陣列最遠(yuǎn)端到最近端陣元看，陣元經(jīng)歷了 不同的大尺度衰落，而信道統(tǒng)計(jì)衰落特征變化也較大。
[0015] 大多數(shù)傳播模型是通過分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合而產(chǎn)生的。實(shí)驗(yàn)方法基于合適的曲線來 擬合一系列測量數(shù)據(jù)。它的優(yōu)點(diǎn)在于通過實(shí)際的測量考慮了所有的傳播因素，包括已知的 和未知的。然而在一定的確定頻率和固定的環(huán)境下獲得的模型，在其他條件下應(yīng)用是否正 確，只能建立在新的測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上。隨著測量與研究的進(jìn)行，出現(xiàn)了一些經(jīng)典的用于預(yù) 測大尺度衰落的模型。該模型中，根據(jù)發(fā)射功率與接收功率差值得到路徑損耗的分貝值，具 體為:路徑損耗(地)通常由收發(fā)端功率的差值來表示，如下：
[0016] 化(r) =Pt IdBm-PR I dBm
[0017] =IOn Iogio(T)+AdBWdB
[0018] 當(dāng)參考距離為ro時(shí)，路徑損耗可表示為：
[0019] PL(T)=化（;r〇)+10n Iogio(Vro)巧dB。
[0020] 其中，傳輸距離為r，路徑損耗指數(shù)為n，陰影衰落為XdB。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種多天線系統(tǒng)的大尺度衰落模型的構(gòu)建方法和裝置，能 夠構(gòu)建一種更加精確的信道衰落模型。
[0022] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。
[0023] -方面，提供一種多天線系統(tǒng)的大尺度衰落模型的構(gòu)建方法，包括：
[0024] 步驟一，根據(jù)多天線系統(tǒng)的傳播環(huán)境和當(dāng)前蜂窩系統(tǒng)的覆蓋面積，選取參考位置；
[0025] 步驟二，獲取所述多天線系統(tǒng)的天線陣列中各個(gè)陣元相對于所述多天線系統(tǒng)的各 個(gè)用戶天線的離開角；
[0026] 步驟=，根據(jù)所述參考位置和所述各個(gè)陣元的離開角，生成所述各個(gè)陣元的發(fā)射 功率與所述各個(gè)用戶天線的接收功率之間的比值；
[0027] 步驟四，根據(jù)所述各個(gè)陣元的發(fā)射功率與所述各個(gè)用戶天線的接收功率之間的比 值，生成所述多天線系統(tǒng)的大尺度衰落矩陣；
[0028] 步驟五，根據(jù)所述多天線系統(tǒng)的信道矩陣和所述大尺度衰落矩陣，生成所述多天 線系統(tǒng)的級聯(lián)衰落信道矩陣。
[0029] 當(dāng)W所述天線陣列中的第一個(gè)陣元作為參考位置時(shí)，所述步驟=具體為根據(jù)W下 公式計(jì)算：
[0031] 其中，rok是參考位置與第k個(gè)用戶天線的參考距離，rimk為第m個(gè)陣元的發(fā)射功率與 第k用戶天線的接收功率之間的比值;m為陣元的序號;k為用戶天線的序號;XdB為陰影衰落 項(xiàng)入為波長;rik是第1個(gè)陣元與第k個(gè)用戶天線之間的距離;Quk為第U個(gè)陣元相對于第k個(gè)用 戶天線的離開角。
[0032] 所述步驟四具體為：
[0034]其中，DmxK為多天線系統(tǒng)的大尺度衰落矩陣。
[0CX3日]所述步驟五具體為：
[003引 G = ^ 。山 Mx左）1。
[0037] 其中，運(yùn)算符O表示化damard積，G為多天線系統(tǒng)的級聯(lián)衰落信道矩陣;Hmxk為多天 線系統(tǒng)的小尺度衰落矩陣；心為多天線系統(tǒng)的大尺度衰落矩陣;M是多天線系統(tǒng)的天線 陣列的陣元總數(shù)量;K是多天線系統(tǒng)的用戶總數(shù)量。
[0038] 另一方面，提供一種多天線系統(tǒng)的大尺度衰落模型的構(gòu)建裝置，包括：
[0039] 位置獲取單元，根據(jù)多天線系統(tǒng)的傳播環(huán)境和當(dāng)前蜂窩系統(tǒng)的覆蓋面積，選取參 考位置；
[0040] 角度獲取單元，確定所述多天線系統(tǒng)的天線陣列中各個(gè)陣元相對于所述多天線系 統(tǒng)的各個(gè)用戶天線的離開角；
[0041] 第一生成單元，根據(jù)所述參考位置和所述各個(gè)陣元的離開角，生成所述各個(gè)陣元 的發(fā)射功率與所述各個(gè)用戶天線的接收功率之間的比值；
[0042] 第二生成單元，根據(jù)所述各個(gè)陣元的發(fā)射功率與所述各個(gè)用戶天線的接收功率之 間的比值，生成所述多天線系統(tǒng)的大尺度衰落矩陣；
[0043] 第=生成單元，根據(jù)所述多天線系統(tǒng)的信道矩陣和所述大尺度衰落矩陣，得到所 述多天線系統(tǒng)的級聯(lián)衰落信道矩陣。
[0044] 當(dāng)W所述天線陣列中的第一個(gè)陣元作為參考位置時(shí)，所述第一生成單元具體為：
[0046]所述第二生成單元具體為：
[004引其中，為多天線系統(tǒng)的大尺度衰落矩陣。
[0049] 所述第=生成單元具體為：
[0050] 保二巧Wrf。（DmX拓）"2
[0051] 其中，運(yùn)算符。表示化damard積，G為多天線系統(tǒng)的級聯(lián)衰落信道矩陣;Hmxk為多天 線系統(tǒng)的小尺度衰落矩陣；心/、,.為多天線系統(tǒng)的大尺度衰落矩陣;M是多天線系統(tǒng)的天線 陣列的陣元總數(shù)量;K是多天線系統(tǒng)的用戶總數(shù)量。
[0052] 由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明實(shí)施例中能夠提供更加 精確的信道衰落模型。
[0053] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，運(yùn)些將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0054] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他 的附圖。
[0055] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的多天線系統(tǒng)的大尺度衰落模型的構(gòu)建方法的處理流程 圖；
[0056] 圖2是本發(fā)明應(yīng)用場景所述的基于幾