CN113206716A - 正交信道矩阵的建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线信道建模技术领域；目前常用的正交信道都是针对单基站或者单终端进行正交信道建模，缺乏针对多基站或者多终端实现任意维度的正交信道。本发明提出了正交信道矩阵的建模方法，实现天线较少一端的正交信道建模方法，即可以实现基站侧或者终端侧的信道正交，其拥有实现简便，原理简单，可以无限扩展的优势；生成任意指定维度的正交信道矩阵建模方法，即基于三角坐标系的正交原理，可以实现任意维度的正交建模。

Description

正交信道矩阵的建模方法

技术领域

本发明属于无线信道建模技术领域，具体涉及正交信道矩阵的建模方法。

背景技术

在MIMO无线信道建模中，正交信道是一种十分特殊的信道模型。MIMO通信***由于衰落信道的存在会影响其信道容量，但是正交信道作为一种理论上存在的信道模型，可以帮助MIMO通信***达到信道容量峰值，该值可以作为后续衰落信道容量测试的上界去指导后续的***优化与无线信道测试，所以其是信道仿真测试的关键一环。目前常用的正交信道都是针对单基站或者单终端进行正交信道建模，缺乏针对多基站或者多终端实现任意维度的正交信道。

因此,现阶段需设计正交信道矩阵的建模方法,来解决以上问题。

发明内容

本发明目的在于提供正交信道矩阵的建模方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，如：目前常用的正交信道都是针对单基站或者单终端进行正交信道建模，缺乏针对多基站或者多终端实现任意维度的正交信道。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

正交信道矩阵的建模方法，包括以下步骤：

把多基站或者多终端的天线对应看成一个基站或者一个终端，实现天线较少一端的正交信道建模；

定义基础方阵为：

拼接方阵为：

假设需要生成M×N的正交信道矩阵，

当M＞N时，

(1)首先计算M×M的正交信道矩阵，假设M＝2^q，q∈[1,+∞)，且q为正整数，假设p∈[1,q]，且p_i是向量p中的一个元素，i∈[1,2,…,N]，可知p_N＝q；

(2)如果p_i＜q，则生成

的正交信道矩阵，则

其中B(1,1)表示拼接方阵B中第一行第一列的元素；

(3)如果p_i+1≤q，则运行步骤(2)；如果p_i+1＞q，则

为M×M的正交信道矩阵；

(4)对

进行截取，得到M×N正交信道矩阵；

当M≤N时，同理执行步骤(1)-(4)。

进一步的，步骤S1中，假设需要生成M×N的正交信道矩阵时，M和N需要满足以下条件：

如果M＞N，则M必须满足2的整数次幂，N为任意整数；

如果M≤N，则N必须满足2的整数次幂，M为任意整数。

进一步的，当M为4,、N为3时，首先生成4×4的正交信道矩阵：

对4×4矩阵进行裁剪，得到4×3的信道矩阵；

进一步的，当需要生成任意指定维度的正交信道矩阵时具体步骤如下；

步骤(1)指定需要正交的维度C和积分区间离散的个数C′；

步骤(2)在向量[cos x,sin x,cos 2x,sin 2x,…cos nx,sin nx…]中随机选取C个元素c(x)＝[c₁(x),c₂(x),…,c_C(x)]^T；

步骤(3)对[-π,π]进行C′均等分，得到向量：

d＝[-π,-π+Δc′,-π+2Δc′,…,π-Δc′]，

步骤(4)把d中的元素逐一带入到c(x)中即可得到指定正交维度的正交信道矩阵M×N。

进一步的，在步骤(4)的基础上还包括步骤(5)，即

对生成的正交信道矩阵进行检查以避免M×N中出现重复的行或者列。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

本方案的一个创新点在于，完成天线较少一端的正交信道建模，可以实现基站侧或者终端侧的信道正交，其拥有实现简便，原理简单，可以无限扩展的优势；并且，基于三角坐标系的正交原理，可以实现任意维度的正交建模。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的实现天线较少一端的正交信道建模方法步骤示意图。

图2是本发明具体实施方式的生成任意指定维度的正交信道矩阵建模方法步骤示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1-2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1所示，因此提出正交信道矩阵的建模方法，包括以下步骤：

把多基站或者多终端的天线对应看成一个基站或者一个终端，实现天线较少一端的正交信道建模；

定义基础方阵为：

拼接方阵为：

假设需要生成M×N的正交信道矩阵，

当M＞N时，

(1)首先计算M×M的正交信道矩阵，假设M＝2^q，q∈[1,+∞)，且q为正整数，假设p∈[1,q]，且p_i是向量p中的一个元素，i∈[1,2,…,N]，可知p_N＝q；

(2)如果p_i＜q，则生成

的正交信道矩阵，则

其中B(1,1)表示拼接方阵B中第一行第一列的元素；

(3)如果p_i+1≤q，则运行步骤(2)；如果p_i+1＞q，则

为M×M的正交信道矩阵；

(4)对

进行截取，得到M×N正交信道矩阵；

当M≤N时，同理执行步骤(1)-(4)。

进一步的，步骤S1中，假设需要生成M×N的正交信道矩阵时，M和N需要满足以下条件：

如果M＞N，则M必须满足2的整数次幂，N为任意整数；

如果M≤N，则N必须满足2的整数次幂，M为任意整数。

进一步的，当M为4,、N为3时，首先生成4×4的正交信道矩阵：

对4×4矩阵进行裁剪，得到4×3的信道矩阵；

同理，如果需要8×8的信道矩阵，则可以利用上述方法对S₂分别乘以拼接方阵B中的元素得到。同时，合理选择基矩阵A和拼接方阵B，可以实现生成正交信道矩阵的多样性。

该方法可以实现天线较少一端的正交信道建模，且实现简单，由于是迭代生成，支持天线的无限扩展。在某些特殊的场景中，会用到任意维度的正交信道模型，假如存在32×8MIMO信道模型，使用上述方法只能生成8个正交的link(每一个基站天线到一个终端天线的逻辑连接称为一个link)，如果需要32个link是正交的，则需要使用下述方法。即；

根据三角函数的正交定理：

组成三角级数的函数系1，cos x,sin x,cos 2x,sin 2x,…,cos nx,sin nx,…在[-π,π]上正交，即其中任意两个不同的函数之积在[-π,π]上的积分等于0：

上述公式中，m＝[0,1,2,…]，n＝[0,1,2,…]。

根据上述公式，如果生成M×N的正交信道矩阵(M,N均为正整数)，对需要正交的维度C，(C是M或者N)，在向量[cos x,sin x,cos 2x,sin 2x,…cos nx,sin nx…]中随机选取C个元素，同时用另一个维度C′(C′是M或者N)对[-π,π]进行均分，即积分进行离散化，则积分结果可以满足：

∑cos nx sin mxdx≈0，m≠n；

∑sin nx sin mxdx≈0，m≠n；

∑cos nx cos mxdx≈0，m≠n

且离散化的越大，正交的结果越精确。

如图2所示，当需要生成任意指定维度的正交信道矩阵时具体步骤如下；

步骤(1)指定需要正交的维度C和积分区间离散的个数C′；

步骤(2)在向量[cos x,sin x,cos 2x,sin 2x,…cos nx,sin nx…]中随机选取C个元素c(x)＝[c₁(x),c₂(x),…,c_C(x)]^T；

步骤(3)对[-π,π]进行C′均等分，得到向量：

d＝[-π,-π+Δc′,-π+2Δc′,…,π-Δc′]，

步骤(4)把d中的元素逐一带入到c(x)中即可得到指定正交维度的正交信道矩阵M×N。

进一步的，在步骤(4)的基础上还包括步骤(5)，即

对生成的正交信道矩阵进行检查以避免M×N中出现重复的行或者列。也就是说，由于正弦函数与余弦函数的周期性，需要对生成的正交信道矩阵进行检查以避免M×N中出现重复的行或者列；如果出现重复，则回到(2)继续生成即可，或者通过指定向量[cos x,sin x,cos 2x,sin 2x,…cosnx,sinnx…]中的n为较大的素数来规避这一问题。

其中，生成的系数是实数，如果需要正交的复数冲击响应，上述方法可以轻松的扩展到复数集，因为

即复指数函数集在一个周期内的积分也是正交的。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.正交信道矩阵的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

把多基站或者多终端的天线对应看成一个基站或者一个终端，实现天线较少一端的正交信道建模；

定义基础方阵为：

拼接方阵为：

假设需要生成M×N的正交信道矩阵，

当M＞N时，

(1)首先计算M×M的正交信道矩阵，假设M＝2^q，q∈[1,+∞)，且q为正整数；假设p∈[1,q]，且p_i是向量p中的一个元素，i∈[1,2,…,N]，可知p_N＝q；

(2)如果p_i＜q，则生成

的正交信道矩阵

其中B(1,1)表示拼接方阵B中第一行第一列的元素；

(3)如果p_i+1≤q，则运行步骤(2)；如果p_i+1＞q，则

为M×M的正交信道矩阵；

(4)对

进行截取，得到M×N的正交信道矩阵；

当M≤N时，同理执行步骤(1)-(4)。

2.如权利要求1所述的正交信道矩阵的建模方法，其特征在于，步骤S1中，假设需要生成M×N的正交信道矩阵时，M和N需要满足以下条件：

如果M＞N，则M必须满足2的整数次幂，N为任意整数；

如果M≤N，则N必须满足2的整数次幂，M为任意整数。

3.如权利要求2所述的正交信道矩阵的建模方法，其特征在于，当M为4,N为3时，首先生成4×4的正交信道矩阵：

对4×4矩阵进行裁剪，得到4×3的信道矩阵；

4.如权利要求1-3任一项所述的正交信道矩阵的建模方法，其特征在于，当需要生成任意指定维度的正交信道矩阵时具体步骤如下；

步骤(1)指定需要正交的维度C和积分区间离散的个数C′；

步骤(2)在向量[cosx,sinx,cos2x,sin2x,…cosnx,sinnx…]中随机选取C个元素c(x)＝[c₁(x),c₂(x),…,c_C(x)]^T；

步骤(3)对[-π,π]进行C′均等分，得到向量：

d＝[-π,-π+Δc′,-π+2Δc′,…,π-Δc′]，

步骤(4)把d中的元素逐一带入到c(x)中即可得到指定正交维度的正交信道矩阵M×N。

5.如权利要求4所述的正交信道矩阵的建模方法，其特征在于，在步骤(4)的基础上还包括步骤(5)，即

对生成的正交信道矩阵进行检查以避免M×N中出现重复的行或者列。

Images