一种非平稳衰落信道的建模产生方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及无线衰落信道的建模产生方法，属于无线通信领域，特别针对动态场 景下时变非平稳衰落信道的建模产生方法。
【背景技术】：
[0002] 无线信道作为电磁波传输媒介，直接影响了无线通信系统的传输质量和性能;无 线信道的建模和产生是指建立一个与实际传播环境相符合的信道模型，并通过计算机软件 仿真或硬件模拟准确有效地还原其信道特性。它对分析无线通信系统的性能好坏、缩短系 统研发周期等方面有重要意义。
[0003] 无线信道衰落包括大尺度衰落和小尺度衰落。大尺度衰落包含路径损耗和阴影衰 落，它表示电磁波因能量扩散而造成信号幅度在短时间内的缓慢变化。另外，由于障碍物的 反射、折射和绕射，加上收发端的相对移动等影响，接收信号由多条能量不同、到达时间不 同和相位不同的电磁波叠加产生，导致接收信号幅度短时间内的急剧变化，通常称为多径 衰落(也称小尺度衰落）。实测表明，小尺度衰落一般服从瑞利、莱斯或Nakagami分布。
[0004] 对于发射机和接收机都处于移动状态的时变传播场景而言，不同时刻对应于不同 的信道状态，每个信道状态都呈现各自的信道衰落特性。由于信道衰落的统计特性呈现时 变特性，也称为非平稳特性，故该信道称为非平稳衰落信道。大量实测数据表明，以车辆对 车辆为代表的移动-移动(M 〇bile-t〇-M〇bile，M2M)通信场景下，无线传播信道的多径衰落 分布、多普勒谱和时延谱等统计特性均具有时变特性，属于时变非平稳衰落信道。目前，大 部分衰落信道产生方法只针对平稳信道建模及仿真模拟，该类方法若直接应用于非平稳信 道，将导致信道状态参数突变和信号相位不连续性等问题，这与实际信道状态的连续特性 不符。
【发明内容】
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[0005] 本发明提供一种非平稳衰落信道的建模产生方法，该方法适用于移动传播场景下 的非平稳衰落信道模拟，能够精确复现非平稳衰落道的统计特性，可应用于时变场景下移 动通信系统性能的测试和验证领域。
[0006] 本发明采用如下技术方案：一种非平稳衰落信道的建模产生方法，将非平稳衰落 信道根据状态更新间隔划分为一系列平稳衰落信道状态，第u个信道状态建模如下：
[0008]其中，I表示多径簇数目；贫(?):，τι分别对应各簇路径的复增益和时延，进一步地， 本发明将各簇信道复增益划分为视距和非视距两部分，并建模为如下离散模型，省略上标u 和下标i，其中非视距部分建模为若干支路复指数之和，
[0010] 其中，Ts表示信道衰落采样间隔;m表示离散时间序号;N表示不可分辨的支路数； flos表示视距部分的多普勒频移;fn表示非视距部分的离散多普勒频率；約》和代分别表示 视距部分和非视距部分的初始相位;K表示视距路径分量和非视距路径分量的功率比值，当 K矣0表示存在视距部分，对应没有障碍物完全遮挡的真实传播场景；当K = O表示没有视距 部分，对应受到大规模障碍物完全遮挡情况，在实际动态传播场景中，信道状态在两种情况 之间来回转换。
[0011] 进一步地，采用如下步骤计算参数并产生非平稳衰落信道
[0012] 第一步:产生(0，2JT]随机均匀分布的随机变量赋值给初始相位死s和％ ;
[0013] 第二步:产生不同时刻不同散射支路的多普勒频率参数fn(m);
[0014] ?初始化；! = ]^
[0015] 2)选取第u个信道状态的多普勒功率谱记为Su(f)，计算./：(?〇上下边界的起始端 点C和Cr;
为最大多普勒频率；
[0018] 3)选取第u+1个信道状态的多普勒功率谱Su+1(f)，令式(3)中u = u+l，计算/"a(m) 上下边界的终止端点/7T1和;
[0019] 4)利用下式计算〇)的上边界劣
[0021 ]其中，muTs表示第u个信道状态更新时刻；
[0022] 5)令n = n_l，将F二和Cf代入式⑷，计算乂"(耐的下边界〇?);
[0023] 6)利用下式计算./：(m)的初始值< ;
[0027] 其中，Nsf为斜率控制变量；当Γ(/?)大于等于上边界时，#取负号，即朝下边界线 性递减；当〇)小于等于下边界时，./；>0取正号，即朝上边界线性递增；
[0028] 8)计算多普勒频率/：T(m)的取值，步骤如下：
结束计算并跳至步骤9);
[0030] b)计算多普勒频率
[0034] 9)若u<U，令u = u+l，并返回步骤2);
[0035] 若U = U，结束计算并跳至第三步；
[0036]第三步:将上述信道参数代入非平稳衰落模型式(2)，模拟产生各簇时变非平稳衰 落随机过程β1;
[0037]第四步:将各簇径衰落&和时延参数T1代入式（1)，模拟产生多径非平稳衰落信道。 [0038]本发明具有如下有益效果：
[0039] 1)本发明提出的非平稳衰落信道模型适用于移动场景下的时变传播环境模型，同 时保证输出信道衰落的相位连续变化；
[0040] 2)本发明采用了高效的离散多普勒频率实时迭代方法，该方法能够保证精确复现 非平稳衰落道的统计特性，同时保证不同支路输出信道衰落的随机和独立性。
【附图说明】：
[0041 ]图1为本发明中/：(?)的取值示意图。
[0042] 图2为实施案例采用的时变多普勒功率谱。
[0043] 图3为本发明非平稳衰落信道产生流程图。
[0044] 图4为实施案例〇?)的计算结果。
[0045] 图5为实施案例产生的时变多普勒功率谱。
[0046] 图6为实施案例产生信道衰落包络统计分布和理论值比较。
【具体实施方式】：
[0047] 下面结合附图和实例进一步阐述本发明的具体实施过程。以下实施案例用于解释 本发明，但不限制本发明的应用范围。
[0048]无线接收信号通常是多簇可分辨路径信号的叠加，每簇信号由不可分辨散射支路 构成，t时刻下信道冲击响应理论模型可表示为
[0050] 其中，i表示可分辨簇序号;η表示簇内不可分辨支路序号;a1>n(t)和T1, n(t)分别表 示各散射支路的路径传播损耗(包含缓慢变化的阴影衰落)和时延;表示各簇的最大多 普勒频率;0 i>n和φ i>n分别表示各散射支路的入射角和初始相位。
[0051] 实际中，接收端时间分辨能力有限，使得不可分辨散射支路可简化为单一时变复 增益，此时上述模型可改写为
[0053] 其中，ri(t)是指各簇多径信号的复增益（即多径衰落），通常为平稳随机衰落过 程。
[0054] 为了更简洁的描述非平稳信道衰落特性，本发明假设信道状态连续缓慢变化，在 Tu时间段内可近似认为信道状态保持不变，则第u个信道状态建模如下：
[0056]其中，I表示多径簇数目；分别对应各簇路径的复增益(包含路径损耗和多 径衰落因素)和时延。进一步地，本发明将各簇信道复增益划分为视距和非视距两部分，并 建模为如下离散模型(鉴于不同状态和不同簇的研究方法一致，以下省略上标u和下标i)，
[0058]其中，Ts表示信道衰落采样间隔;m表示离散时间序号；Γ 〇和Γ :分别表示视距部分 和非视距部分的损耗因子;N表示不可分辨的支路数;flcis表示视距部分的多普勒频移;匕表 示非视距部分的离散多普勒频率；％?和乳分别表视距部分和非视距部分的初始相位。
[0059] 定义变量Λ'_ = G /「，它表示视距路径分量和非视距路径分量的功率比值。在损耗 因子归一化的条件下，本发明提出的非平稳衰落模型也可等效为如下