基于多维信道分量功率谱密度的信道建模仿真平台的制作方法

文档序号:7844424阅读:299来源:国知局
专利名称:基于多维信道分量功率谱密度的信道建模仿真平台的制作方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域,尤其是一种建立仿真随机信道模型的新平台,可广泛应用于无线传播信道的高精度测试与建模。
背景技术
移动通信技术是最具发展潜力和广阔市场前景的热点技术之一。未来移动通信必定是容量更大、速率更高、功能更强的宽带移动通信系统。如何提高移动通信系统的通信容量和质量,始终是宽带无线移动通信发展中的焦点。而为解决这一问题所采用的措施都与无线信道有着必然的联系,也就是说信道建模问题已成为研究宽带无线移动通信所应了解的基本问题,这一方向上的工作具有重要的理论研究价值和广泛的实际应用前景。信道建模仿真平台是绩效评估和设计传播系统的支撑平台。无线信道的建模历来是宽带无线移动通信系统设计中的难点。但应该注意到,由于移动环境的复杂性,不可能建立单一的模型。不同的模型是从不同传播环境的实测数据中归纳而得出的,都有一定的使用范围,在进行系统工程设计时,模型的选择是很重要的,有时不同模型会给出不同的结果。现有的模型,包括SCM模型以及WINNER II模型的共同缺点是在一代模型中,路径是基于“离散镜面路径”这一假设来获得的。在许多情况下,这个假设已经被证明是不现实的,特别是在室内场景。在参数估计时运用这一假设将导致产生大量现实中不存在的虚拟路径。这些虚拟路径提供错误的映像信道,这反过来又影响了模型参数的准确性。此外,传统信道模型中采用的聚类法依赖于许多启发式的设置,这导致模型的不确定性增加了。由 于路径估计和聚类过程中的错误,集群的统计会不同于真实情况,因此,这些模型的适用性越来越差。目前,大多数可用信道模型是采用几何方法来模拟无线电波在空域、时域和频域中的传播。扩展参数等模型参数是基于对镜面路径参数估计而得到的。但是,当单独的路径频散特性很小时,如室外传播情景,使用多个孤立的镜面路径来描述信道是唯一有效的方法。因此,对于室内,或者是密集的城市场景,运用镜面路径假设进行参数估计会产生很多现实中不存在的路径。这个未解决的问题在许多情况下降低了模型的适用性。

发明内容
本发明的目的在于为了解决现有平台的许多弊端,比如,传统的信道建模方法是基于“离散镜面路径”这一假设来估计信道参数,导致产生大量现实中不存在的虚拟路径,影响了模型参数的准确性,以及传统信道模型中采用的聚类法依赖于许多启发式的设置,导致模型的不确定性增加等问题,提供的是一种新的平台——基于多维信道分量功率谱密度进行参数估计,对信道建模仿真的平台,从而提高模型精确度。本发明优于传统信道建模的方法之处在于在新方法中,本发明能直接估计测试数据从而得到信道二阶矩的特征,这样在估计信道分量的扩散参数上会更加准确。此外,传统建模方法中产生的虚假路径能够被抑制,也就是说利用本发明得到的信道模型更符合实际。
为达到以上目的,本发明所采用的解决方案是—种基于多維信道分量功率谱密度(PSD)的信道建模仿真平台,它是利用另ー种假设即一个信道由多个“扩散分量”组成来提出一种新的建模仿真平台。每ー分量由延迟、到达方向、离开方向及多普勒频率的功率谱密度来描述。在本发明中,信道模型參数是基于对分量的功率谱密度的估计,利用空间交替广义期望最大化(SAGE)算法等算法从实测数据中提取的。进ー步,在本发明中假设ー个信道冲激响应是由多个扩散分量组成的。这个假设与传统模型用的信道冲激响应路径是由多个“离散镜面路径”构成的这ー假设是不同的。本发明的假设,即信道中多个扩散分量的存在是来源于实验结果如文献[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,由于检测设备的有限分辨率,具有相似參数的路径不能很好的被辨析,当路径很接近的时候,他们将被视为是同一个具有局部扩展(如在时延域、角度域和多普勒域)的分量。因此,使用独立的扩散分量的特征来描述ー个信道的性能是合理的。在信道模型中特定的參数能描述典型环境中信道的统计性。这些统计数据可以由多个扩散维度中信道功率谱密度的ー阶和ニ阶矩描述。基于广义平稳和不相关的散射的假设,本发明逐个地估计扩散分量的功率谱密度,然后把他们综合在一起得到整个信道的功率谱密度。这个获得信道功率谱密度的方法的可行性已在文献[2]([2] J. Kiefer, “ Sequential minimax search for a maximum,,,Proceedings ofthe American Mathematical Society, vol.4, pp. 502-506,1953.)和文献[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.)中得到证明。本发明的创新包括(I)本发明是运用以功率谱密度(PSD)为基础的方法建立信道模型。在本发明运用的建模过程中,“聚类”这ー个步骤是不必要的。这也是之所以能用PSD作“预聚类”的方法的原因,它是用来收集使用特定的參数分布函数且具有类似的參数的路径。功率谱密度用于路径聚类的建模,或是在基于參数Θ约束条件下的最大熵原理的基础上推导出所谓的扩散信道分量。描述聚类路径和扩散分量的PSD的方法是确定的。
权利要求
1.一种信道建模仿真平台,其特征在于该信道建模仿真平台中设定一个信道是由多个“扩散分量”组成的,每一分量由延迟、到达方向、离开方向及多普勒频率的功率谱密度来描述。
2.根据权利要求I所述的信道建模仿真平台,其特征在于使用基于多维信道分量功率谱密度的信道建模仿真平台,同时利用不可分离的路径组成的一个特定组来对信道建模,每个组里的路径是由功率谱密度描述的;使用高分辨率算法为基础的估算方式,来估计测量到的数据分量的功率谱密度参数。
3.根据权利要求I所述的信道建模仿真平台,其特征在于在信道模型中特定的参数能描述典型环境中信道的统计性,统计数据由多个扩散维度中信道功率谱密度的一阶和二阶矩描述;基于广义平稳和不相关的散射的假设,逐个地估计扩散分量的功率谱密度,然后把它们综合在一起得到整个信道的功率谱密度。
4.根据权利要求I所述的信道建模仿真平台,其特征在于其信道模型参数是基于对分量的功率谱密度的估计,利用算法从实测数据中提取的;
5.根据权利要求4所述的信道建模仿真平台,其特征在于所述算法包括空间交替广义期望最大化算法。
6.根据权利要求I所述的信道建模仿真平台,其特征在于获取随机模型的步骤包括测量步骤、估算步骤和建立模型步骤;这些步骤根据不同传播场景逐个地执行。
7.根据权利要求6所述的信道建模仿真平台,其特征在于 所述测量步骤首先,本发明在真实环境中测量信道;对时域、延迟域或频率域和空间域接收到的信号进行采样;探测信号应该有足够大的宽带,以获得延迟域的高分辨率;此夕卜,在时变的情况下,测量中观察的跨度应该足够大,以便在多普勒频域中估计信道的频散特性时有较高的分辨率;在时域、频域和空间域的观察间隙的设计应满足广义平稳不相关散射的假设; 优选的50-400MHZ的宽带;获得延迟域的2. 5_20ns的高分辨率;测量中观察的跨度为2. 5-20ms ;在多普勒频域中估计信道的频散特性时的分辨率为O. 25_2s。
8.根据权利要求6所述的信道建模仿真平台,其特征在于 所述估算步骤用三维参数空间中一个被特定区域限定的均匀分布来建立功率谱密度的模型;对于功率谱密度的参数估计,使用的参数估计方法包括期望最大化算法、空间交替广义期望最大化算法、多重信号分类算法和基于旋转不变性技术的参数估计算法;或, 将这些算法合并起来以获得更高的精度;优选的,用多重信号分类算法查找有关参数的初始值,然后用期望最大化或空间交替广义期望最大化算法更新这些参数。
9.根据权利要求6所述的信道建模仿真平台,其特征在于 所述建立模型步骤模型参数的统计数据是从各个分量的功率谱密度估计参数中提取出来的 (1)获得每个分量的功率谱密度的参数估计; (2)生成模型参数的经验分布; (3)确定概率密度; (4)确定各种传播场景的最终结果。
10.根据权利要求9所述的信道建模仿真平台,其特征在于步骤(3)中确定概率密度时所用的函数包括对数 高斯、拉普拉斯及概率密度函数。
全文摘要
本发明公开了一种基于多维信道分量功率谱密度的信道建模仿真平台,它是利用一种假设即一个信道由多个“扩散分量”组成来提出一种新的建模仿真平台。每一分量由延迟、到达方向、离开方向及多普勒频率的功率谱密度来描述。在本发明中,信道模型参数是基于对分量的功率谱密度的估计,利用空间交替广义期望最大化(SAGE)等算法从实测数据中提取的。本发明能够提高模型精确度,可广泛应用于无线传播信道的高精度测试与建模。
文档编号H04B7/10GK102638810SQ201210096538
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月1日 优先权日2012年4月1日
发明者周旭, 尹学锋, 曾珍 申请人:同济大学
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