專利名稱：基于多維信道分量功率譜密度的信道建模仿真平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其是一種建立仿真隨機(jī)信道模型的新平臺，可廣泛應(yīng)用于無線傳播信道的高精度測試與建模。
背景技術(shù)：
移動通信技術(shù)是最具發(fā)展?jié)摿蛷V闊市場前景的熱點(diǎn)技術(shù)之一。未來移動通信必定是容量更大、速率更高、功能更強(qiáng)的寬帶移動通信系統(tǒng)。如何提高移動通信系統(tǒng)的通信容量和質(zhì)量，始終是寬帶無線移動通信發(fā)展中的焦點(diǎn)。而為解決這一問題所采用的措施都與無線信道有著必然的聯(lián)系，也就是說信道建模問題已成為研究寬帶無線移動通信所應(yīng)了解的基本問題，這一方向上的工作具有重要的理論研究價(jià)值和廣泛的實(shí)際應(yīng)用前景。信道建模仿真平臺是績效評估和設(shè)計(jì)傳播系統(tǒng)的支撐平臺。無線信道的建模歷來是寬帶無線移動通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。但應(yīng)該注意到，由于移動環(huán)境的復(fù)雜性，不可能建立單一的模型。不同的模型是從不同傳播環(huán)境的實(shí)測數(shù)據(jù)中歸納而得出的，都有一定的使用范圍，在進(jìn)行系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)時(shí)，模型的選擇是很重要的，有時(shí)不同模型會給出不同的結(jié)果。現(xiàn)有的模型，包括SCM模型以及WINNER II模型的共同缺點(diǎn)是在一代模型中，路徑是基于“離散鏡面路徑”這一假設(shè)來獲得的。在許多情況下，這個(gè)假設(shè)已經(jīng)被證明是不現(xiàn)實(shí)的，特別是在室內(nèi)場景。在參數(shù)估計(jì)時(shí)運(yùn)用這一假設(shè)將導(dǎo)致產(chǎn)生大量現(xiàn)實(shí)中不存在的虛擬路徑。這些虛擬路徑提供錯(cuò)誤的映像信道，這反過來又影響了模型參數(shù)的準(zhǔn)確性。此外，傳統(tǒng)信道模型中采用的聚類法依賴于許多啟發(fā)式的設(shè)置，這導(dǎo)致模型的不確定性增加了。由 于路徑估計(jì)和聚類過程中的錯(cuò)誤，集群的統(tǒng)計(jì)會不同于真實(shí)情況，因此，這些模型的適用性越來越差。目前，大多數(shù)可用信道模型是采用幾何方法來模擬無線電波在空域、時(shí)域和頻域中的傳播。擴(kuò)展參數(shù)等模型參數(shù)是基于對鏡面路徑參數(shù)估計(jì)而得到的。但是，當(dāng)單獨(dú)的路徑頻散特性很小時(shí)，如室外傳播情景，使用多個(gè)孤立的鏡面路徑來描述信道是唯一有效的方法。因此，對于室內(nèi)，或者是密集的城市場景，運(yùn)用鏡面路徑假設(shè)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)會產(chǎn)生很多現(xiàn)實(shí)中不存在的路徑。這個(gè)未解決的問題在許多情況下降低了模型的適用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了解決現(xiàn)有平臺的許多弊端，比如，傳統(tǒng)的信道建模方法是基于“離散鏡面路徑”這一假設(shè)來估計(jì)信道參數(shù)，導(dǎo)致產(chǎn)生大量現(xiàn)實(shí)中不存在的虛擬路徑，影響了模型參數(shù)的準(zhǔn)確性，以及傳統(tǒng)信道模型中采用的聚類法依賴于許多啟發(fā)式的設(shè)置，導(dǎo)致模型的不確定性增加等問題，提供的是一種新的平臺——基于多維信道分量功率譜密度進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，對信道建模仿真的平臺，從而提高模型精確度。本發(fā)明優(yōu)于傳統(tǒng)信道建模的方法之處在于在新方法中，本發(fā)明能直接估計(jì)測試數(shù)據(jù)從而得到信道二階矩的特征，這樣在估計(jì)信道分量的擴(kuò)散參數(shù)上會更加準(zhǔn)確。此外，傳統(tǒng)建模方法中產(chǎn)生的虛假路徑能夠被抑制，也就是說利用本發(fā)明得到的信道模型更符合實(shí)際。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是—種基于多維信道分量功率譜密度(PSD)的信道建模仿真平臺，它是利用另ー種假設(shè)即一個(gè)信道由多個(gè)“擴(kuò)散分量”組成來提出一種新的建模仿真平臺。每ー分量由延遲、到達(dá)方向、離開方向及多普勒頻率的功率譜密度來描述。在本發(fā)明中，信道模型參數(shù)是基于對分量的功率譜密度的估計(jì)，利用空間交替廣義期望最大化(SAGE)算法等算法從實(shí)測數(shù)據(jù)中提取的。進(jìn)ー步，在本發(fā)明中假設(shè)ー個(gè)信道沖激響應(yīng)是由多個(gè)擴(kuò)散分量組成的。這個(gè)假設(shè)與傳統(tǒng)模型用的信道沖激響應(yīng)路徑是由多個(gè)“離散鏡面路徑”構(gòu)成的這ー假設(shè)是不同的。本發(fā)明的假設(shè)，即信道中多個(gè)擴(kuò)散分量的存在是來源于實(shí)驗(yàn)結(jié)果如文獻(xiàn)[I] ([1]A. Richterand R. S. inoma,uParametrie modelling and estimation of distributed diffusescattering components of radio channels,，，C0ST273, Tech. Rep. TD-03-198,2003.)中所示。此外，由于檢測設(shè)備的有限分辨率，具有相似參數(shù)的路徑不能很好的被辨析，當(dāng)路徑很接近的時(shí)候，他們將被視為是同一個(gè)具有局部擴(kuò)展(如在時(shí)延域、角度域和多普勒域)的分量。因此，使用獨(dú)立的擴(kuò)散分量的特征來描述ー個(gè)信道的性能是合理的。在信道模型中特定的參數(shù)能描述典型環(huán)境中信道的統(tǒng)計(jì)性。這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以由多個(gè)擴(kuò)散維度中信道功率譜密度的ー階和ニ階矩描述?；趶V義平穩(wěn)和不相關(guān)的散射的假設(shè)，本發(fā)明逐個(gè)地估計(jì)擴(kuò)散分量的功率譜密度，然后把他們綜合在一起得到整個(gè)信道的功率譜密度。這個(gè)獲得信道功率譜密度的方法的可行性已在文獻(xiàn)[2]([2] J. Kiefer, “ Sequential minimax search for a maximum,，，Proceedings ofthe American Mathematical Society, vol.4, pp. 502-506,1953.)和文獻(xiàn)[3] ([3]T.Betlehem, T.D.Abhayapala, and Τ· A. Lamahewa, “Space-time MIMOchannel modellingusing angular power distributions,，，in Proceedings of the 7th AustralianCommunications Theory Workshop, Perth, Australia, February, 1-32006, pp. 165-170.)中得到證明。本發(fā)明的創(chuàng)新包括(I)本發(fā)明是運(yùn)用以功率譜密度(PSD)為基礎(chǔ)的方法建立信道模型。在本發(fā)明運(yùn)用的建模過程中，“聚類”這ー個(gè)步驟是不必要的。這也是之所以能用PSD作“預(yù)聚類”的方法的原因，它是用來收集使用特定的參數(shù)分布函數(shù)且具有類似的參數(shù)的路徑。功率譜密度用于路徑聚類的建模，或是在基于參數(shù)Θ約束條件下的最大熵原理的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出所謂的擴(kuò)散信道分量。描述聚類路徑和擴(kuò)散分量的PSD的方法是確定的。
權(quán)利要求
1.一種信道建模仿真平臺，其特征在于該信道建模仿真平臺中設(shè)定一個(gè)信道是由多個(gè)“擴(kuò)散分量”組成的，每一分量由延遲、到達(dá)方向、離開方向及多普勒頻率的功率譜密度來描述。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信道建模仿真平臺，其特征在于使用基于多維信道分量功率譜密度的信道建模仿真平臺，同時(shí)利用不可分離的路徑組成的一個(gè)特定組來對信道建模，每個(gè)組里的路徑是由功率譜密度描述的；使用高分辨率算法為基礎(chǔ)的估算方式，來估計(jì)測量到的數(shù)據(jù)分量的功率譜密度參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信道建模仿真平臺，其特征在于在信道模型中特定的參數(shù)能描述典型環(huán)境中信道的統(tǒng)計(jì)性，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)由多個(gè)擴(kuò)散維度中信道功率譜密度的一階和二階矩描述；基于廣義平穩(wěn)和不相關(guān)的散射的假設(shè)，逐個(gè)地估計(jì)擴(kuò)散分量的功率譜密度，然后把它們綜合在一起得到整個(gè)信道的功率譜密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信道建模仿真平臺，其特征在于其信道模型參數(shù)是基于對分量的功率譜密度的估計(jì)，利用算法從實(shí)測數(shù)據(jù)中提取的；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的信道建模仿真平臺，其特征在于所述算法包括空間交替廣義期望最大化算法。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信道建模仿真平臺，其特征在于獲取隨機(jī)模型的步驟包括測量步驟、估算步驟和建立模型步驟；這些步驟根據(jù)不同傳播場景逐個(gè)地執(zhí)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的信道建模仿真平臺，其特征在于 所述測量步驟首先，本發(fā)明在真實(shí)環(huán)境中測量信道；對時(shí)域、延遲域或頻率域和空間域接收到的信號進(jìn)行采樣；探測信號應(yīng)該有足夠大的寬帶，以獲得延遲域的高分辨率；此夕卜，在時(shí)變的情況下，測量中觀察的跨度應(yīng)該足夠大，以便在多普勒頻域中估計(jì)信道的頻散特性時(shí)有較高的分辨率；在時(shí)域、頻域和空間域的觀察間隙的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足廣義平穩(wěn)不相關(guān)散射的假設(shè)； 優(yōu)選的50-400MHZ的寬帶；獲得延遲域的2. 5_20ns的高分辨率；測量中觀察的跨度為2. 5-20ms ;在多普勒頻域中估計(jì)信道的頻散特性時(shí)的分辨率為O. 25_2s。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的信道建模仿真平臺，其特征在于 所述估算步驟用三維參數(shù)空間中一個(gè)被特定區(qū)域限定的均勻分布來建立功率譜密度的模型；對于功率譜密度的參數(shù)估計(jì)，使用的參數(shù)估計(jì)方法包括期望最大化算法、空間交替廣義期望最大化算法、多重信號分類算法和基于旋轉(zhuǎn)不變性技術(shù)的參數(shù)估計(jì)算法；或， 將這些算法合并起來以獲得更高的精度；優(yōu)選的，用多重信號分類算法查找有關(guān)參數(shù)的初始值，然后用期望最大化或空間交替廣義期望最大化算法更新這些參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的信道建模仿真平臺，其特征在于 所述建立模型步驟模型參數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是從各個(gè)分量的功率譜密度估計(jì)參數(shù)中提取出來的 (1)獲得每個(gè)分量的功率譜密度的參數(shù)估計(jì)； (2)生成模型參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)分布； (3)確定概率密度； (4)確定各種傳播場景的最終結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的信道建模仿真平臺，其特征在于步驟(3)中確定概率密度時(shí)所用的函數(shù)包括對數(shù) 高斯、拉普拉斯及概率密度函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多維信道分量功率譜密度的信道建模仿真平臺，它是利用一種假設(shè)即一個(gè)信道由多個(gè)“擴(kuò)散分量”組成來提出一種新的建模仿真平臺。每一分量由延遲、到達(dá)方向、離開方向及多普勒頻率的功率譜密度來描述。在本發(fā)明中，信道模型參數(shù)是基于對分量的功率譜密度的估計(jì)，利用空間交替廣義期望最大化(SAGE)等算法從實(shí)測數(shù)據(jù)中提取的。本發(fā)明能夠提高模型精確度，可廣泛應(yīng)用于無線傳播信道的高精度測試與建模。
文檔編號H04B7/10GK102638810SQ201210096538
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者周旭, 尹學(xué)鋒, 曾珍 申請人:同濟(jì)大學(xué)