专利名称：多基站多用户仿真场景的构建系统与方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及多基站多用户仿真场景的构建系统与方法。
背景技术：
仿真是指通过建立实际系统模型并利用所建模型对实际系统进行实验研究的过程。仿真在电气、机械、化工、水力、热力等技术领域，以及社会、经济、生态、管理等社会领域中都有广泛的应用。无线通信系统结构复杂、造价昂贵，对公众的社会生活影响深远，因此，仿真技术在无线通信领域中也有广泛的应用。 多基站多用户的仿真场景是无线通信领域仿真过程中十分重要的一种系统级别的仿真场景。所谓的多基站、多用户是指在该仿真场景中，构建了多个基站以及多个用户，从而能够模拟现实场景中的用户间干扰与协同、基站间干扰与协同、信道大尺度衰落等现象，为系统级别的无线资源调度、基站间切换、基站协同、广播多播等仿真操作提供了支持。
在现有技术中已经存在用于构建多基站多用户的仿真场景的相关方法和系统，但这些方法和系统往往针对特定的仿真需要，仅仅能体现所构建场景的一种或者少数几种特性，缺乏对不同仿真需求的通用性和扩展性。例如，在参考文献l "由磊，王一凡，张勇，毛安峰，蔡杰，宋俊德基于NS2的IEEE 802. 16Mesh模式的功能模型与仿真术计算机应用研究第25巻第8期"中，开源软件NS2中提供的802. 16协议模块，以及参考文献2 "林俊龙WCDMA基站布局和网络仿真研究上海交通大学2007010l"中，商业软件0PNET中提供的UMTS模块针对的都是特定的协议，这些方法不能设置和支持多种协议特性，并且在使用过程中还会涉及到复杂的数据设置和大量的理解工作。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术仅能体现所构建场景的一种或者少数几种特性，缺乏对不同仿真需求的通用性和扩展性的缺陷，从而提供一种具有通用性的仿真场景构建系统与方法。 为了实现上述目的，本发明提供了一种多基站多用户仿真场景的构建系统，包括
用于维护基站实体的基站实体维护模块、用于维护用户实体的用户实体维护模块、用于对
场景做初始化操作的场景初始化模块、用于对场景进行更新的场景更新模块、用于采样链
路数据的链路采样模块以及用于提供多类型物理信道响应的物理信道模块；其中， 所述的基站实体维护模块和用户实体维护模块根据场景的配置信息创建指定数
目的基站实体与用户实体；所述的场景初始化模块根据场景的配置信息初始化所述基站实
体与用户实体中的信息，随机初始化包括用户实体运动速度、运动方向、位置在内的内容，
并对所述基站实体与用户实体间的关系进行初始化；所述的场景更新模块在一定的时间
周期后，根据用户实体位置的实时变化更新所述基站实体与用户实体中的信息；所述的链
路采样模块采集有效链路的链路信息，并由物理信道模块生成各个有效链路的即时信道响应。 上述技术方案中，所述的基站实体中包括有与基站有关的信息，包括物理信息和功能信息；其中，所述的物理信息包括扇区信息、服务用户索引信息、覆盖范围信息、基站位置信息；所述的功能信息包括基站频率资源信息、负载信息、基站天线配置信息、基站发射功率信息、基站索引。 上述技术方案中，所述的用户实体包括有与用户有关的信息，包括用户索引信息、用户监听基站索引信息、服务基站信息、用户位置信息、用户移动轨迹信息、用户负载信息、用户天线配置信息。 本发明还提供了一种多基站多用户仿真场景的构建方法，包括
步骤1)、根据所要构建场景的内容配置信息；
步骤2)、创建指定数目的基站实体；
步骤3)、创建指定数目的用户实体； 步骤4)、根据步骤1)所得到的配置信息初始化所述基站实体与用户实体中的信息，随机初始化包括用户实体运动速度、运动方向、位置在内的内容，并对所述基站实体与用户实体间的关系进行初始化。 上述技术方案中，还包括场景更新步骤，包括 步骤5)、判断当前时刻是否到达了更新周期，在到达更新周期后，根据用户实体位置的实时变化更新所述基站实体与用户实体中的信息，然后执行下一步；否则，直接执行下少； 步骤6)、采集各个用户实体与基站间有效链路的链路信息，生成各个有效链路的即时信道响应。 上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述的配置信息包括基站与用户的数目、基站所在的位置、基站的覆盖范围、用户的天线数目、各个基站内的物理信息和功能信息、各个用户中的用户负载信息、用户天线配置信息。 上述技术方案中，在所述的步骤4)中，根据配置信息初始化所述基站实体中的信息包括对基站实体中的扇区信息、覆盖范围信息、基站位置信息、基站频率资源信息、基站天线配置信息、基站发射功率信息、基站索引进行初始化。 上述技术方案中，在所述的步骤4)中，根据配置信息初始化所述用户实体中的信息包括对用户实体中的用户负载信息、用户天线配置信息予以初始化。 上述技术方案中，在所述的步骤4)中，对所述基站实体与用户实体间的关系进行初始化包括根据用户实体的初始位置初始化用户实体的监听基站索引信息以及服务基站信息，并根据所述监听基站索引信息和服务基站信息初始化对应基站实体的基站负载信息和服务用户索引信息。
上述技术方案中，所述的步骤5)包括 步骤5-1)、计算场景中的一个用户实体的当前位置； 步骤5-2)、根据用户实体的当前位置更新用户实体中的用户位置信息和监听基站索引信息； 步骤5-3)、判断用户实体所在的服务基站是否发生了变化，若已经发生变化，更新对应基站实体中的负载信息，同时更新用户实体的监听基站索引信息，然后执行下一步；否则，直接执行下一步； 步骤5-4)、对场景中的其他用户实体重新执行步骤5-1)-步骤5-3)，直到场景中
的所有用户实体都已经得到处理。 上述技术方案中，所述的步骤6)包括 步骤6-1)、获取一个用户实体的监听基站索引信息； 步骤6-2)、由监听基站索引信息得到监听基站的位置信息，计算用户实体与监听基站间链路的长度、角度信息； 步骤6-3)、计算当前用户与服务基站的链路以及当前用户与所有监听基站的链路
的即时信道响应。 本发明的优点在于 1、仿真场景构建的较强的通用性。本发明针对不同要求下的场景构建进行了对象和功能抽取，获取了一个基本参数和功能集，能够满足大多数的多基站多用户场景构建的需求，因而具备较强的通用性 2、仿真场景构建的较强的灵活性。本发明的方法对动态的改变系统的状态提供了支持，能够满足静态和动态的需求，同时，对基站和用户参数的控制，能够模拟各种不同的情况，且参数和控制功能在一定程度上分离开来，从而对基站和用户参数的增减以及新添功能的支持，具备较强的灵活性 3、仿真场景构建的易用性。本发明的系统和方法数据和功能各成模块，接口定义清晰，可以在较小的修改下满足不同的需求，因此，具备很强的易用性。
图1为本发明的多基站多用户仿真场景的构建系统的结构 图2为本发明的多基站多用户仿真场景的构建方法的流程 图3为对场景做初始化时的流程 图4为对场景做更新时的流程 图5为链路采样时的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。 参考图1，本发明的多基站多用户仿真场景的构建系统包括基站实体维护模块、用户实体维护模块、场景初始化模块、场景更新模块、链路采样模块以及物理信道模块。下面对系统中上述模块的功能分别予以说明。 基站实体维护模块用于维护仿真环境中的基站实体。所述的维护包括创建、修改、删除、查询等相关操作。所谓的基站实体是指仿真场景中的基站的信息的记录实体，该记录实体所记录的信息包括物理信息和功能信息。物理信息包括扇区信息、服务用户索引信息、覆盖范围信息、基站位置信息等。功能信息包括基站频率资源信息、负载信息、基站天线配置信息、基站发射功率信息、基站索引等。在一个场景中，基站实体维护模块所维护的基站实体可以有多个，不同基站实体内所记录的信息可以互不相同。 用户实体维护模块用于维护仿真环境中的用户实体。所谓的用户实体是指仿真场景中的用户信息的记录实体，该记录实体所记录的信息包括用户索引信息、用户监听基站索引信息、服务基站信息、用户位置信息、用户移动轨迹信息、用户负载信息、用户天线配置信息等。上述信息中的用户监听基站索引信息用于描述监听基站的序号，而监听基站是指用户可以感知的，具有提供服务可能的基站。与之相对应的服务基站是指正在给用户提供服务的基站。在一个场景中，用户实体维护模块所维护的用户实体可以有多个，不同用户实体内所记录的信息可以互不相同。 场景初始化模块用于对所要仿真的场景做初始化操作，包括将整个仿真场景的配置初始化到基站实体和用户实体中，同时，对仿真场景中没有配置的内容(如用户的运动轨迹，包括速度和运动方向、用户的位置等)进行随机初始化。 场景更新模块用于更新基站实体和用户实体中的信息，包括根据用户的运动轨迹对用户的位置进行更新，进而更新用户的服务基站和监听基站信息，以及基站的负载和服务用户索引等信息。 链路采样模块用于对当前时刻的用户实体中用户所监听的链路做链路信息采样，从用户实体和基站实体中获取链路的距离、角度等信息，并输入给物理信道模块，从而获取链路的即时信道响应。 物理信道模块用于根据配置信息提供多种类型的物理信道响应，例如AWGN、瑞利、莱斯、TU、 SCME或者自定义的物理信道响应。 以上是对本发明的场景构建系统的说明，在图2中进一步给出了对场景的完整构建过程的说明，包括首先要预先配置相应的场景参数，然后根据参数初始化基站实体和用户实体，接着在仿真周期内对场景进行更新操作，所述的更新操作包括对基站实体与用户实体的更新，并获取当前所有链路的即时信道响应，直至仿真周期的终结。下面结合场景构建系统对场景构建的详细过程加以说明。 在仿真过程中需要构建某一类型的场景，例如要构建一个包含19个基站以及32个用户的场景，根据所要构建场景的内容，需要预先配置相应的信息，如基站与用户的数目、基站所在的位置、基站的覆盖范围、用户的天线数目、各个基站内的物理信息和功能信息、各个用户中的用户负载信息、用户天线配置信息等。例如，基站的天线为4，发射功率为46dBm，覆盖范围为500米，三个扇区，20MHz的系统带宽，用户的天线为2，热噪声功率为-127dBm/Hz，用户天线增益，用户位置和移动速度随机。 在完成上述的信息配置后，下面调用场景初始化模块做初始化操作。参考图3，在初始化过程中，场景初始化模块根据配置信息，调用基站实体维护模块创建指定数目的19个基站实体，并初始化所创建基站实体的初始位置。在创建基站实体后，还要根据配置信息对所创建基站实体中除服务用户索引之外的物理信息以及除基站负载之外的功能信息进行初始化，例如，各个基站的天线数设定为4，发射功率设定为46dBm，覆盖范围设定为500米。在上述初始过程中，不同基站实体的物理信息和功能信息可以存在差别。此外，场景初始化模块还要根据配置信息调用用户实体维护模块创建32个用户实体，并对各个用户实体中的用户负载信息、用户天线配置信息予以初始化。 场景初始化模块除了根据事先已经配置的信息对基站实体做初始化操作外，还要对一些没有配置的内容做随机初始化。例如，场景中的各个用户实体的位置、移动速度、移动方向都可通过随机的方式予以初始化。
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在确定用户实体的初始位置以后，场景初始化模块就可以知道某一用户实体在哪
一个基站实体的服务范围内，从而为用户实体与基站实体间的相互关系进行初始化操作。
在初始化过程中，由用户实体的初始位置可以知道其周围的基站有哪些，根据这一信息更
新用户实体的监听基站索引信息，还可以知道用户实体由哪个基站提供服务，根据这一信
息更新用户实体的服务基站信息。在得到监听基站索引信息和服务基站信息后，还可以根
据这些信息更新对应位置的基站实体的基站负载信息和服务用户索引信息。 从上述的初始化过程可以看出，本发明在构建场景时可以根据需要设置基站的数
目、用户的数目，同时，在配置每个基站的特性参数和每个用户的特性参数时，由于采用了
与仿真运行相分离的数据操作，所以能够根据不同的需求进行设置，比如设置不同的基站
天线数目模拟MIMO场景、不同的基站发射功率模拟不同的接收信号强度、不同的基站覆盖
范围模拟不同的大尺度衰落、不同的基站扇区数目模拟基站的频率资源的重用效应、不同
的基站频率资源模拟不同的资源调度情况、不同的基站初始负载情况模拟不同的切换目标
基站场景等，再比如设置不同的用户初始化位置使用户集中在某个或者某几个基站、设置
不同的用户运动轨迹来模拟不同的多普勒效应、设置不同的用户天线数目来模拟MIMO场
景等，从而大大增加了场景的灵活性和通用性。 本发明所构建的场景会随着时间的改变而发生变化，例如，场景中的用户实体的位置很可能会发生移动，用户实体所属的基站实体也可能会因为用户实体所在位置的变动而发生改变。因此，在一定的时间周期后，需要对场景进行更新。场景的更新主要由场景更新模块实现。 参考图4，场景更新模块获取当前的时刻信息，然后遍历场景中的所有用户实体，对每一个用户实体做如下操作根据移动速度、移动方向、当前时刻来计算该用户实体的当前位置；在得到用户实体的当前位置后，就可以更新当前用户实体的用户位置信息和监听基站索引信息；如果用户实体的服务基站也发生了变化，则更新相关的基站实体中的负载信息，同时更新用户实体的监听基站索引信息。在上述操作中，之所以要更新监听基站索引信息是因为随着用户的移动，用户周围的可以感知的基站可能会发生变化。另外，在改变服务基站后，原来的服务基站会转变为一个监听基站，因此也需要对用户实体的监听基站索引信息加以更新。 在仿真环境中，用户实体与基站实体之间通过物理信道进行通信，物理信道的建立需要相应的链路信息，因此，在场景构建时还要由链路采样模块来采集场景中所有有效链路的链路信息。参考图5，链路采样模块遍历场景中的所有32个用户实体，对每一个用户实体做如下操作获取监听基站索引信息；由监听基站索引信息得到监听基站的位置信息，由监听基站的位置信息计算用户实体与监听基站间链路的长度、角度等信息；调用物理信道模块来获取当前用户与服务基站的链路以及当前用户与所有监听基站的链路的即时信道响应。链路采样模块所采集的链路信息可用来对基站发射增益、阴影衰落、路径损耗进行计算，也能够用来构建平坦的或者频率选择性的、快衰落或者慢衰落的物理信道。
物理信道模块在产生信道响应时，首先要获取当前物理信道的类型和链路采样模块所产生的链路信息，然后根据物理信道的类型调用对应的物理信道函数以产生即时信道响应。在前文中已经提到，本发明的物理信道模块对现有技术中几种典型的信道模型都提供支持，例如，瑞利信道的产生使用的是jakes模型，莱斯信道是在瑞利信道的基础上增加了零频分量，TU模型是在瑞利模型的基础上构建了 9条瑞利衰落特性的多径信道，SCME信
道则采用的是3GPP的模型。在产生即时信道响应时，包括了以下步骤 步骤1、遍历链路； 步骤2、遍历当前链路下的发射天线； 步骤3、遍历当前发射天线对应下的接收天线； 步骤4、获取即时信道响应； 步骤5、如果接收天线遍历完，则转到步骤6，否则，转到步骤3 ;
步骤6、如果发射天线遍历完，则转到步骤7，否则，转到步骤2 ;
步骤7、如果链路遍历完，则结束，否则，转到步骤1。 以上是对本发明的多基站多用户仿真场景构建系统以及相应构建方法的说明。从上述说明可以看出，本发明可以根据需要创建特定的场景，不局限于某一种场景的创建，具有良好的通用性和扩展性。本发明的多基站多用户仿真场景构建系统可以应用在仿真系统中。 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
一种多基站多用户仿真场景的构建系统，其特征在于，包括用于维护基站实体的基站实体维护模块、用于维护用户实体的用户实体维护模块、用于对场景做初始化操作的场景初始化模块、用于对场景进行更新的场景更新模块、用于采样链路数据的链路采样模块以及用于提供多类型物理信道响应的物理信道模块；其中，所述的基站实体维护模块和用户实体维护模块根据场景的配置信息创建指定数目的基站实体与用户实体；所述的场景初始化模块根据场景的配置信息初始化所述基站实体与用户实体中的信息，随机初始化包括用户实体运动速度、运动方向、位置在内的内容，并对所述基站实体与用户实体间的关系进行初始化；所述的场景更新模块在一定的时间周期后，根据用户实体位置的实时变化更新所述基站实体与用户实体中的信息；所述的链路采样模块采集有效链路的链路信息，并由物理信道模块生成各个有效链路的即时信道响应。
2. 根据权利要求1所述的多基站多用户仿真场景的构建系统，其特征在于，所述的基站实体中包括有与基站有关的信息，包括物理信息和功能信息；其中，所述的物理信息包括扇区信息、服务用户索引信息、覆盖范围信息、基站位置信息；所述的功能信息包括基站频率资源信息、负载信息、基站天线配置信息、基站发射功率信息、基站索引。
3. 根据权利要求1所述的多基站多用户仿真场景的构建系统，其特征在于，所述的用户实体包括有与用户有关的信息，包括用户索引信息、用户监听基站索引信息、服务基站信息、用户位置信息、用户移动轨迹信息、用户负载信息、用户天线配置信息。
4. 一种多基站多用户仿真场景的构建方法，包括步骤1)、根据所要构建场景的内容配置信息；步骤2)、创建指定数目的基站实体；步骤3)、创建指定数目的用户实体；步骤4)、根据步骤1)所得到的配置信息初始化所述基站实体与用户实体中的信息，随机初始化包括用户实体运动速度、运动方向、位置在内的内容，并对所述基站实体与用户实体间的关系进行初始化。
5. 根据权利要求4所述的多基站多用户仿真场景的构建方法，其特征在于，还包括场景更新步骤，包括步骤5)、判断当前时刻是否到达了更新周期，在到达更新周期后，根据用户实体位置的实时变化更新所述基站实体与用户实体中的信息，然后执行下一步；否则，直接执行下一止少；步骤6)、采集各个用户实体与基站间有效链路的链路信息，生成各个有效链路的即时信道响应。
6. 根据权利要求5所述的多基站多用户仿真场景的构建方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，所述的配置信息包括基站与用户的数目、基站所在的位置、基站的覆盖范围、用户的天线数目、各个基站内的物理信息和功能信息、各个用户中的用户负载信息、用户天线配置信息。
7. 根据权利要求5所述的多基站多用户仿真场景的构建方法，其特征在于，在所述的步骤4)中，根据配置信息初始化所述基站实体中的信息包括对基站实体中的扇区信息、覆盖范围信息、基站位置信息、基站频率资源信息、基站天线配置信息、基站发射功率信息、基站索引进行初始化。
8. 根据权利要求5所述的多基站多用户仿真场景的构建方法，其特征在于，在所述的步骤4)中，根据配置信息初始化所述用户实体中的信息包括对用户实体中的用户负载信息、用户天线配置信息予以初始化。
9. 根据权利要求5所述的多基站多用户仿真场景的构建方法，其特征在于，在所述的步骤4)中，对所述基站实体与用户实体间的关系进行初始化包括根据用户实体的初始位置初始化用户实体的监听基站索引信息以及服务基站信息，并根据所述监听基站索引信息和服务基站信息初始化对应基站实体的基站负载信息和服务用户索引信息。
10. 根据权利要求5所述的多基站多用户仿真场景的构建方法，其特征在于，所述的步骤5)包括步骤5-l)、计算场景中的一个用户实体的当前位置；步骤5-2)、根据用户实体的当前位置更新用户实体中的用户位置信息和监听基站索引信息；步骤5-3)、判断用户实体所在的服务基站是否发生了变化，若已经发生变化，更新对应基站实体中的负载信息，同时更新用户实体的监听基站索引信息，然后执行下一步；否则，直接执行下一步；步骤5-4)、对场景中的其他用户实体重新执行步骤5-1)-步骤5-3)，直到场景中的所有用户实体都已经得到处理。
11. 根据权利要求5所述的多基站多用户仿真场景的构建方法，其特征在于，所述的步骤6)包括步骤6-1)、获取一个用户实体的监听基站索引信息；步骤6-2)、由监听基站索引信息得到监听基站的位置信息，计算用户实体与监听基站间链路的长度、角度信息；步骤6-3)、计算当前用户与服务基站的链路以及当前用户与所有监听基站的链路的即时信道响应。
全文摘要
本发明提供一种多基站多用户仿真场景的构建系统，包括用于维护基站实体的基站实体维护模块、用于维护用户实体的用户实体维护模块、用于对场景做初始化操作的场景初始化模块、用于对场景进行更新的场景更新模块、用于采样链路数据的链路采样模块以及用于提供多类型物理信道响应的物理信道模块；其中，基站实体维护模块和用户实体维护模块根据场景的配置信息创建指定数目的基站实体与用户实体；场景初始化模块根据场景的配置信息初始化基站实体与用户实体中的信息；场景更新模块在一定的时间周期后，根据用户实体位置的实时变化更新基站实体与用户实体中的信息；链路采样模块采集有效链路的链路信息，并由物理信道模块生成各个有效链路的即时信道响应。
文档编号H04W88/08GK101778415SQ20101010227
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者关娜, 孙刚, 李玉凤, 田霖, 石晶林, 金鑫, 黄伊 申请人:中国科学院计算技术研究所