技术特征：
1.一种适用于全频段全场景的6g普适信道建模方法，其特征在于，所述的建模方法中，6g普适几何随机信道模型中发送端和接收端均采用大规模均匀线阵，模型为多跳传播，其中，为发送端天线阵列的第p个阵元，为接收端天线阵列的第q个阵元，发送端和接收端天线阵元间的距离为δ
t
(δ
r
)；为xy平面内发送端和接收端天线阵列的方位角，为发送端和接收端天线阵列的俯仰角；到的第n条传播路径，n＝1,2,3,...,n
qp
(t)，其中为第n条路径上靠近发送端的首跳簇，为靠近接收端的末跳簇，将两簇之间的传播路径建模为虚拟的链路；当首跳簇和末跳簇间的虚拟链路时延为零时，模型退化为单跳模型，此外，n
qp
(t)为时刻t时到的路径数量，在双簇模型中对应着n
qp
(t)个簇对，首跳簇和末跳簇一一对应，在单簇模型中对应着n
qp
(t)个簇；微观上，对第n条路径上的簇和进行分析，簇内存在m
n
(t)个散射体，表示中的第m个散射体，表示中的第m个散射体；从路径的角度来看，理解为到的第m个子径连接的散射体,理解为至的第m个子径连接的散射体；此外，和是时刻t时从至的第m个子径对应的方位离开角和俯仰离开角，和是时刻t时从至的第m个子径对应的方位到达角和俯仰到达角，此外，模型对发送端、接收端以及簇的运动情况分别建模，支持收发端及簇的任意速度和轨迹的三维运动，其中分别表示发送端、接收端，首跳簇以及末跳簇的运动速度，分别表示发送端，接收端，首跳簇以及末跳簇的运动方向的方位角，分别表示发送端，接收端，首跳簇以及末跳簇的运动方向的俯仰角；6g普适几何随机信道模型的信道矩阵表示为：h＝[pl
·
sh
·
bl
·
we
·
al]
1/2
·
h
s
其中，pl,sh,bl,we,al为大尺度衰落，pl为路径损耗，sh为阴影衰落，bl为阻挡效应，al为大气吸收损耗，we为天气影响损耗，h
s
为小尺度衰落。2.根据权利要求1所述的适用于全频段全场景的6g普适信道建模方法，其特征在于，所述小尺度衰落h
s
如下：其中，m
t
为发送端天线阵列中天线阵元数量，m
r
为接收端天线阵列中天线阵元数量，为时刻t时发送端天线阵元与接收天线阵元之间的信道冲激响应，表示为视距los分量与非视距nlos分量的叠加：其中，k
r
(t)为莱斯因子，和分别如下：
其中，{*}
t
表示转置，f
c
表示载波频率，和表示在不同频段上天线单元对应垂直极化和水平极化的方向图，为交叉极化功率比，μ表征联合极化不均衡，和是时刻t时从至的los路径对应的方位离开角以及俯仰离开角,和是时刻t时从至的los路径对应的方位到达角以及俯仰到达角，的los路径对应的方位到达角以及俯仰到达角，和是服从(0,2π]均匀分布的随机相位，ψ
l,m
＝108/f
c2
为法拉第旋转角，此处计算法拉第旋转角时f
c
的单位是ghz，是nlos条件下到的第n条路径中的第m个子径的功率，是在时刻t时los路径的时延，是在时刻t时los路径的时延，是在时刻t时发送端天线阵元与接收天线阵元间的矢量距离，c为光速。是在时刻t时与之间的第n条路经的第m个子径的时延，是在时刻t时与之间的第n条路经的第m个子径的功率，以上所有参数均为时变参数。3.根据权利要求1所述的适用于全频段全场景的6g普适信道建模方法，其特征在于，所述6g普适信道建模方法，在海洋通信信道场景中，模型分别将los径、粗糙的海洋表面和海面上空蒸发波导的多径传播这三个部分建模为和并使用功率系数，s1和s2控制对应部分随两船距离变化的消失和出现，即将计算公式中的nlos部分分为和两部分，其中s1+s2＝1，在工业物联网信道中将镜面反射分量和密集多径分量分别建模为和其中其中和的建模方法与相同，只是参数值和簇的分布不同。4.根据权利要求1所述的适用于全频段全场景的6g普适信道建模方法，其特征在于，所述6g普适信道建模方法，在可重构智能表面场景中，将信道分为发送端到可重构智能表面的子信道h
ti
，可重构智能表面到接收端的子信道h
ir
和发送端到接收端的子信道h
tr
，对三个子信道分别建模并引入相移对角矩阵φ实现对信道环境的智能调控，h
ir
,h
ti
和h
tr
与的计算方法与h
s
相同，只是参数值和簇的分布不同。
5.根据权利要求1所述的适用于全频段全场景的6g普适信道建模方法，其特征在于，所述6g普适信道建模方法，针对可见光频段信道建模时，一方面光信号波长极短，接收端尺寸通常为几百万个波长，不会发生几个波长上的信号快速衰落；另一方面由于可见光通信系统中led灯发出的是非相干光，光信号没有相位信息，在接收端的实数多径信号叠加后并不会引起快衰落，而表现为缓慢变化的阴影衰落，因此，虽然现在的可见光模型表示形式是多径叠加的信道冲激响应形式，其本质是建模了pl和sh的大尺度模型，所以h
s
＝0，p
h
,pv为led面阵的行和列数。6.根据权利要求1所述的适用于全频段全场景的6g普适信道建模方法，其特征在于，所述6g普适信道建模方法，在多链路场景中，假设基站数目为n
bs
，用户数为n
ms
，多链路信道模型的信道传输矩阵如下公式所示：每条链路对应的即为前述的单链路信道模型h。7.根据权利要求1所述的适用于全频段全场景的6g普适信道建模方法，其特征在于，所述6g普适信道建模方法，信道矩阵h生成详细分为以下步骤：s1、设置传播场景和传播条件，确定载波频率和天线类型、收发端布局以及收发端运动轨迹等；s2、生成路径损耗、阴影衰落、氧气吸收以及阻挡效应的大尺度衰落；本方法主要聚焦于小尺度衰落的建模，此部分计算可参考标准化信道模型或业界经典模型；s3、根据收发端位置和运动情况生成具有空间一致性的时延扩展、4个角度扩展的大尺度参数；除sh外，其余相关大尺度参数有时延扩展ds、方位到达角扩展asa、方位离开角扩展asd、俯仰到达角扩展esa、俯仰离开角扩展esd、莱斯因子k
r
和交叉极化比xpr，时延扩展ds的生成如下公式所示：其中，p＝(p
t
,p
r
)由收发端位置矢量组成，p
t
(t)＝(x
t
(t),y
t
(t),z
t
(t))和p
r
(t)＝(x
r
(t),y
r
(t),z
r
(t))分别表示t时刻发送端的坐标矢量和接收端的坐标矢量，其初始值根据仿真环境及要求生成；x
ds
(p)是用正弦波叠加法生成的服从均值为0、方差为1的空间一致性的正态分布变量，表示ds在f
c
频段的均值，表示ds在f
c
频段的方差。根据终端的高度h
ut
，的配置值可分为三种类型；对于陆地移动通信场景1.5m≤h
ut
≤22.5m，可以参考3gpp tr 38.901标准化文档中的表7.5-6中的值；对于无人机场景22.5m≤h
ut
≤300m，取值参考3gpp tr 36.777标准化文档中的表b1.2中的值；对于低轨卫星通信场景，取值参考3gpp tr 38.811标准化文档中的表6.7-2中的值，城市宏小区uma场景nlos条件下，载波频率介于2-4ghz情况下的计算如下
其他的大尺度参数的生成与时延扩展ds的生成过程相同，8个大尺度参数都生成后，乘以大尺度参数间的互相关矩阵可以得到具有空间一致性的全部大尺度参数在对数域的值，然后，需要将对数域的值转化到线性域，至此，信道的大尺度参数都可得到；s4、生成服从椭球高斯散射分布的散射体，并根据收发端和散射体的地理位置信息计算簇的时延、角度和功率，生成信道系数；s5、根据收发端运动和簇的生灭过程，进行大、小尺度参数的更新，生成新的信道系数，模型的空-时-频非平稳性主要体现在两个方面，一方面是空-时-频变化的参数，另一个方面是簇在空-时-频域的生灭过程，t时刻簇数量计算如下：n
qp
(t)＝n
surv
(t)+n
new
(t)其中，n
qp
(t)为簇的数量，n
surv
(t)为幸存簇的数目，由簇的生存概率p
surv
(δt,δr,δf)决定，n
new
(t)为新生簇的数目，服从均值为e[n
new
(t)]的泊松分布，定义λ
g
为簇的出生率、λ
r
为簇的结合率即灭亡率。8.根据权利要求7所述的适用于全频段全场景的6g普适信道建模方法，其特征在于，所述步骤s4具体为：步骤s401、使用椭球高斯散射分布，获取散射体的位置，即以为中心的第n个簇内的散射体服从标准差在三个坐标轴上分别为和的高斯分布，在获得散射体的位置后可将它们转换成球坐标，相对于第一根发送天线的位置和第一根接收天线的位置的第n个簇内的散射体的位置和可以表示为和其中，其中，和分别表示第n个簇第m个子径到x(x∈{t,r}，分别表示发送端和接收端)天线阵列的距离、方位角和俯仰角；步骤s402、初始时刻簇内子径时延计算，在多跳信道模型中，簇内子径的时延可通过计算，其中，表示和之间虚拟链路的时延，为t0时刻到之间的距离，为t0时刻到之间的距离。之间的距离。为首跳簇和末跳簇间的距离，τ
link
为服从指数分布的非负随机变量；步骤s403、在大规模天线阵中，簇内子径的功率会沿着时间轴和阵列轴变化，通常将其建模为随时间变化的对数正态过程和沿阵列变化的对数正态过程，非归一化的簇内子径功率为：
其中，ds为均方根时延扩展，z
n
是以db为单位的每簇阴影项，r
τ
为时延分布比例因子，ξ
n
(p,q)是一个二维空间对数正态过程，用于模拟天线阵列上平滑的功率变化；在大带宽场景下，需要考虑频域非平稳特性，所以我们在频域上将功率值乘以项，其中，是依赖于频率的常数因子，最后，通过将所有簇的功率归一化即可得到最终簇内子径的功率如果簇是新产生的，通过将替换成得到和之间第n簇内第m个子径的初始功率；步骤s404、对于幸存的簇，需要在不同的时刻更新簇内子径的功率、时延等小尺度参数，对于时刻t1处的轨迹段，即在簇生成后的下一个时刻,第p根发送天线的坐标为其中，初始时刻第p根发送天线的坐标通过计算，在t1时刻，第n个首跳簇中第m个散射体的坐标通过计算。在t1时刻，到的距离可以通过计算得到，同理可得到的距离t1时刻的簇内子径的时延利用前一时刻发送端、接收端和散射体的地理位置可以得到和9.根据权利要求7所述的适用于全频段全场景的6g普适信道建模方法，其特征在于，所述步骤s5中：为了更精确地建模簇的空-时-频演进过程，引入两种采样间隔，一种是时域采样间隔δt，频域采样间隔δf和空间域(阵列域)采样间隔δr，信道参数连续更新；另一种是的δt，δf和δr的整数倍，分别是δt
bd
，δf
bd
和δr
bd
，在这些采样点发生簇的生灭演进过程，发送端和接收端簇沿阵列轴和时间轴的生存概率：过程，发送端和接收端簇沿阵列轴和时间轴的生存概率：
其中，和分别表示发送和接收天线单元在阵列轴上以及时间轴上的位置差，和分别表示在阵列轴和时间轴依赖于场景的相关因子，发送端和接收端簇的联合生存概率为：新生簇的平均数量为：当研究大带宽时，在频率轴上也会存在簇的生灭过程，频率轴上簇的生存概率为：其中，f(δf
bd
)和可以通过信道测量决定，表示在频率轴依赖于场景的相关因子，综上所述，同时考虑空-时-频域簇的生灭过程时，簇的生存概率为：新生簇的平均数量为：超高速列车场景中，考虑真空管道超高速列车场景的波导效应和管道壁粗糙度对信道的影响，新生簇的平均数量为：生簇的平均数量为：其中，d
qp
(t)为t时刻收发端的直线距离，d为收发端的初始距离，ρ
s
为管道壁散射系数，ρ
s0
为粗糙度σ
h
＝0时的散射系数。
技术总结
本发明公开了一种适用于全频段全场景的6G普适信道建模方法。具体包括以下步骤：S1、设置传播场景和传播条件，确定载波频率、天线类型和收发端布局等；S2、生成路径损耗、阴影衰落以及阻挡效应等大尺度衰落；S3、生成具有空间一致性的大尺度参数；S4、生成服从椭球高斯散射分布的散射体位置，并根据收发端和散射体的位置计算簇的时延、角度和功率，生成信道系数；S5、根据收发端运动和簇的生灭过程，进行大、小尺度参数的更新，生成新的信道系数。本发明中公开的6G普适几何随机信道模型是目前业界唯一一个可以普遍适用于全频段、全覆盖场景和全应用场景的信道模型，对于6G信道模型标准化、6G共性理论技术研究及系统融合构建至关重要。6G共性理论技术研究及系统融合构建至关重要。6G共性理论技术研究及系统融合构建至关重要。
技术研发人员：王承祥 吕振
受保护的技术使用者：网络通信与安全紫金山实验室
技术研发日：2022.03.10
技术公布日：2022/6/7