1.一种基于非均匀散射体分布的统计信道建模方法,基于改进的信道模型实现,其特征在于:所述改进的信道模型包括基站和移动台,所有散射体分布在以移动台为圆心的圆形散射区域内,基站和移动台均落在散射体分布的区域内,且所有散射体与移动台和基站在同一平面上,其中有效散射体为入射不被阻挡的散射体,且一个有效散射体只产生一条反射路径;
建模方法具体包括如下步骤:
步骤一:令移动台为坐标原点建立直角坐标系,基站和移动台到散射体的距离分别为rb和rm,基站与散射体的连线和x轴的夹角为θb,移动台与散射体的连线和x轴的夹角为θs;
步骤二:定义距离移动台rs处的散射体成为有效散射体的概率为: 其中,L=λ0τ0,计算圆内总的有效散射体数为 φ为MS的到达角度;
步骤三:对累积概率密度分布 的自变量rs求一阶导数得到等效散射体分布密度函数:
R为圆形散射区域半径,r为接收端MS到散射体的距离,бG为散射体高斯分布的参数因G子,N为函数的归一化因子;
步骤四:对移动台散射体的分布函数 通过雅可比转换式得到波达信号AOA/TOA联合概率密度函数:D为发射端BS与接收端MS之间的距离,τ为传输路径的时延;
步骤五:对AOA/TOA联合概率密度函数中的τ积分得到基站端的波达信号AOA边缘概率密度函数:其中,
步骤六:首先计算扇形散射区域的加权总面积为
γ表示结合角度,ρ表示MS到散射边界的距离;
将有效散射区域ΔBEM加权面积除扇形散射区域的加权总面积,再对自变量φ求一阶导数,得到MS的波达信号AOA概率密函数;
步骤七:计算有效散射区域的加权面积与整体散射体区域的概率比F1(τ),对其自变量τ求一阶导数得到移动台的波达信号TOA概率密度函数;
步骤八:计算多普勒频移的概率密度函数:
φv为接收端MS的移动方向,f为多普勒频率,fm为最大的多普勒频偏;
步骤九:MIMO阵列天线的空间衰落相关函数定义为:m为发射端的第m个天线阵元,n为接收端的第n个天线阵元,am(*):发射端第m个天线阵元的导向矢量,an(*)为接收端第n个天线阵元的导向矢量, 是入射信号在竖直平面上的夹角;
步骤十:通过下式计算信道容量:
其中,INr为Nr维单位矩阵和P/σ2为信道信噪比SNR。
2.根据权利要求1所述的基于非均匀散射体分布的统计信道建模方法,其特征在于:对于空间相关的MIMO信道,信道矩阵H表示为:其中,Rr为接收端的阵元间相关矩阵,Rt为发射端阵元间相关矩阵,上标T表示矩阵的转置和上标H表示矩阵的共轭转置,Hw为信道的复高斯随机变量。
3.根据权利要求1或2所述的基于非均匀散射体分布的统计信道建模方法,其特征在于:所述的步骤六中有效散射区域ΔBEM加权面积和移动台的波达信号AOA概率密函数具体通过如下步骤计算:步骤六-1,当0≤φ≤γ时,有效散射区域ΔBEM加权面积为此时,移动台的波达信号AOA概率密函数为
步骤六-2,当γ≤φ≤π时,有效散射区域ΔBEM加权面积为此时,移动台的波达信号AOA概率密函数为
。
4.根据权利要求1或2所述的基于非均匀散射体分布的统计信道建模方法,其特征在于:所述步骤七中,计算移动台的波达信号TOA概率密度函数具体包括如下步骤:步骤七-1,当D/c≤τ≤(d+R)/c时,有效散射区域的加权面积与整体散射体区域的概率比为其中, d为散射边界两点的距离;
F1(τ)对自变量τ求一阶导数得到移动台的波达信号TOA概率密度函数:步骤七-2,当(d+R)/c≤τ≤(D+2R)/c时,有效散射区域的加权面积与整体散射体区域的概率比为F1(τ)对自变量τ求一阶导数得到移动台的波达信号的TOA概率密度函数:步骤七-3,当τ>(D+2R)/c时,MS的波达信号的TOA概率密度函数为:f3(τ)=0。
5.一种信道模型的参数匹配方法,具体包括如下步骤:步骤(1):通过权利要求1~4中任意一项基于非均匀散射体分布的统计信道建模方法建立改进的信道模型,设置不同的空间信道参数,数值仿真信道容量,进行仿真实验,选取得到最大信道容量范围时的散射体分布参数L和σG、以及相应的空间信道参数建立数据库;
步骤(2):测出信道的基本参数,所述信道符合改进的信道模型,根据参数、通过基于非均匀散射体分布的统计信道建模方法计算MS的波达信号AOA概率密函数,利用matlab数据拟合,寻找出最优的散射体分布参数L和σG;
步骤(3):将步骤(2)中matlab数据拟合所得到的散射体分布参数L和σG调入到步骤(1)建立的数据库中,获得合适的主瓣宽度α取值范围;
步骤(4):将步骤(2)中得到的主瓣宽度α取值范围中取若干个值代入到matlab中,对信道容量进行数值仿真计算,分析出可以获得最大信道容量最佳的主瓣宽度α;
步骤(5):基站BS根据步骤(4)获得的主瓣宽度α设置定向天线的夹角。