信道仿真儀的輸入數(shù)據(jù)矢量計算方法、裝置及信道仿真儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種信道仿真儀的輸入數(shù)據(jù)矢量計算 方法、裝置及信道仿真儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通信技術(shù)的發(fā)展，用戶對無線通信的要求越來越高，為了滿足用戶的需求，通 常會采用大規(guī)模MIMO(Multi-i噸utMulti-ou化ut，多輸入多輸出）通信系統(tǒng)，通過增加天 線的數(shù)量來增加可用信道。
[0003] 信道仿真儀(又稱信道模擬器)位于發(fā)射信號和接收信號之間，其上設(shè)置有多個射 頻端口，一部分射頻端口作為輸入端口，用于連接ΜΙΜΟ通信系統(tǒng)的發(fā)射天線，一部分射頻端 口作為輸出端口，用于連接ΜΙΜΟ通信系統(tǒng)的接收天線，信道仿真儀通過輸入端口接收發(fā)射 天線發(fā)出的輸入數(shù)據(jù)，來模擬ΜΙΜΟ通信系統(tǒng)的真實(shí)信道，實(shí)際即為對輸入數(shù)據(jù)的卷積處理。 但隨著ΜΙΜΟ通信系統(tǒng)中天線數(shù)量的增加，在模擬真實(shí)信道時，需要用到更多的射頻端口，運(yùn) 將會導(dǎo)致信道仿真儀在對輸入數(shù)據(jù)的計算過程中，數(shù)據(jù)計算量呈倍數(shù)增長。
[0004] 舉例而言:假設(shè)ΜΙΜΟ通信系統(tǒng)中基站天線的數(shù)量為Μ，用戶天線的數(shù)量為N，w單路 徑為例，第i個基站天線與第j個用戶天線之間的關(guān)系用假設(shè)信道系數(shù)來表示，則得到MX N個假設(shè)信道系數(shù)組成Μ X N階的假設(shè)信道矩陣
[0005]
[0006] 其中，h；二（Wn, h^n 。.，h；vin)T表示第η個用戶天線和Μ個基站天線之間 的假設(shè)信道向量，η = 1，2···，Ν。
[0007] 在對信道進(jìn)行模擬時，每一個基站天線對應(yīng)一個輸入端口，每一個用戶天線對應(yīng) 一個輸出端口，則信道仿真儀用到的輸入端口的數(shù)量為Μ，輸出端口的數(shù)量為Ν。
[0008] 首先，對假設(shè)信道矩陣!f進(jìn)行復(fù)雜計算(該計算為現(xiàn)有技術(shù))得到信道矩陣
[0009]
[001 0]其中，hm = (hln，h2n，…，hMn)嗦示Μ個輸入端口和第η個輸出端口之間的信道向量，η = 1，2..·，Ν;
[0011] 根據(jù)假設(shè)信道矩陣護(hù)計算信道矩陣Η的公式為：
[0012]
[001引其中，hmn為第m個輸入端口之間和第η個輸出端口的信道系數(shù);t為時間；P為第m個 基站天線到第η個用戶天線的鏈路功率;OSF為對數(shù)陰影衰落系數(shù);C為第m個基站天線到第η 個用戶天線的鏈路中散射體簇的索引，C為散射體簇的個數(shù);Θαοο為發(fā)射信號的離開角(AoD， angle of d邱a;rture);目A0A為發(fā)射信號的到達(dá)角（AoA，angle of arrivalhGBS(目A0D)為基站 天線增益;GmS(0AOA)為用戶天線增益;k=23lA，A為波長;dBS為基站天線間距，單位是米;dMS 為用戶天線間距，用戶單天線時令它等于0;Φ為均勻分布的隨機(jī)相位；II v||為用戶移動速 度向量的幅度;θν為用戶移動速度向量的相位。
[0014] 其次，信道仿真儀實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)矢量的卷積處理的方法為y = H%+z，其中，妒為信 道矩陣Η的共輛轉(zhuǎn)置，x=(Xl，X2…，XM)τ表示輸入數(shù)據(jù)矢量，y=(yl，y2…，yN)%輸出數(shù)據(jù)矢 量，Ζ = (Ζ1，Ζ2···，ΖΝ)%加性高斯白噪聲采樣矢量。
[0015] 第η個輸出端口的信號可W表示式
如果存在多個路 徑，則第η個輸出端口的信號可W表示為J
其中，Ρ表 示路徑，Νρ表示路徑的數(shù)量。
[0016] 從上述公式可W看出，在多路徑的情況下，數(shù)據(jù)計算量的復(fù)雜度至少為ΜΧΝρ，如 此巨大的計算量嚴(yán)重影響了信道仿真儀的運(yùn)算速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種信道仿真儀的輸入數(shù)據(jù)矢量計算方法、裝置及 信道仿真儀，W降低信道仿真儀在計算過程中的數(shù)據(jù)計算量。
[0018] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種信道仿真儀的輸入數(shù)據(jù)矢量計算方 法，所述方法包括：
[0019] 當(dāng)獲得輸入數(shù)據(jù)矢量時，對信道仿真儀的信道矩陣中的與預(yù)設(shè)的低秩全相關(guān)矩陣 的秩的數(shù)量相同的信道向量和所述輸入數(shù)據(jù)矢量進(jìn)行卷積，得到卷積項(xiàng);其中，所述低秩全 相關(guān)矩陣為:對用于描述信道空間統(tǒng)計特征的信道全相關(guān)矩陣進(jìn)行降秩處理所得的矩陣， 所述信道全相關(guān)矩陣為:根據(jù)信道仿真儀的信道矩陣中的信道向量計算所得的矩陣；
[0020] 對所述信道矩陣中的與所述低秩全相關(guān)矩陣的秩的數(shù)量相同的信道向量之外的 信道向量建立高斯分布模型，并和所述信道仿真儀的輸入數(shù)據(jù)矢量進(jìn)行卷積，得到加性高 斯白噪聲項(xiàng);其中，所述高斯分布模型服從均值為0，方差為1的復(fù)高斯分布；
[0021] 對所述卷積項(xiàng)和所述加性高斯白噪聲項(xiàng)進(jìn)行求和處理，得到與所述輸入數(shù)據(jù)矢量 相對應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)矢量。
[0022] 較佳的，所述根據(jù)信道仿真儀的信道矩陣中的信道向量計算所得矩陣的計算公式 為：
[0023]
癢中，R為信道全相關(guān)矩陣，Ε為期望 運(yùn)算符，h為信道仿真儀輸入端口和輸出端口之間的信道向量。
[0024] 較佳的，所述對用于描述信道空間統(tǒng)計特征的信道全相關(guān)矩陣進(jìn)行降秩處理，包 括：
[0025] 對所述信道全相關(guān)矩陣進(jìn)行奇異值分解SVD處理，得到截斷SVD分解矩陣W及截斷 SVD分解矩陣的秩；
[0026] 根據(jù)預(yù)設(shè)約束條件對所述截斷SVD分解矩陣進(jìn)行最優(yōu)矩陣選擇處理，得到低秩全 相關(guān)矩陣和所述低秩全相關(guān)矩陣的秩；
[0027] 其中，所述預(yù)設(shè)約束條件為:條件一、所述最優(yōu)矩陣的秩小于所述截斷SVD分解矩 陣的秩;條件二、所述最優(yōu)矩陣的秩小于輸入端口的數(shù)量;條件Ξ、所述最優(yōu)矩陣與所述信 道全相關(guān)矩陣的二范數(shù)最小。
[0028] 較佳的，所述輸出數(shù)據(jù)矢量的計算公式為：
[0029]
[0030] 其中，P為路徑，Np為路徑的數(shù)量，no為高斯分布模型，hmn為第m個輸入端口與第η個 輸出端口之間的信道系數(shù)，L為所述低秩全相關(guān)矩陣的秩，xm為第m個輸入端口對應(yīng)的輸入 數(shù)據(jù)
對卷積項(xiàng)，Σ??：=：ι^+1 n〇 Xm為加性高斯白噪聲項(xiàng)。
[0031] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種信道仿真儀的輸入數(shù)據(jù)矢量計算裝置，包括：
[0032] 卷積項(xiàng)計算模塊，用于當(dāng)獲得輸入數(shù)據(jù)矢量時，對信道仿真儀的信道矩陣中的與 所述低秩全相關(guān)矩陣的秩的數(shù)量相同的信道向量和所述輸入數(shù)據(jù)矢量進(jìn)行卷積，得到卷積 項(xiàng);其中，所述低秩全相關(guān)矩陣為:通過低秩全相關(guān)矩陣處理模塊對用于描述信道空間統(tǒng)計 特征的信道全相關(guān)矩陣進(jìn)行降秩處理所得的矩陣，所述信道全相關(guān)矩陣為:通過信道全相 關(guān)矩陣生成模塊根據(jù)信道仿真儀的信道矩陣中的信道向量計算所得矩陣；
[0033] 加性高斯白噪聲項(xiàng)計算模塊，用于對所述信道矩陣中的與所述低秩全相關(guān)矩陣的 秩的數(shù)量相同的信道向量之外的信道向量建立高斯分布模型，并和所述信道仿真儀的輸入 數(shù)據(jù)矢量進(jìn)行卷積，得到加性高斯白噪聲項(xiàng);其中，所述高斯分布模型服從均值為0,方差為 1的復(fù)高斯分布；
[0034] 求和處理模塊，用于對所述卷積項(xiàng)和所述加性高斯白噪聲項(xiàng)進(jìn)行求和處理，得到 與所述輸入數(shù)據(jù)矢量相對應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)矢量。
[0035] 較佳的，所述根據(jù)信道仿真儀的信道矩陣中的信道向量計算所得矩陣的計算公式 為：
[0036]
岸中，R為信道全相關(guān)矩陣，E為期望 運(yùn)算符，h為信道仿真儀輸入端口和輸出端口之間的信道向量。
[0037] 較佳的，所述低秩全相關(guān)矩陣處理模塊，包括：
[0038] SVD處理單元，用于對所述信道全相關(guān)矩陣進(jìn)行奇異值分解SVD處理，得到截斷SVD 分解矩陣W及截斷SVD分解矩陣的秩；
[0039] 低秩全相關(guān)矩陣獲取單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)約束條件對所述截斷SVD分解矩陣進(jìn)行 最優(yōu)矩陣選擇處理，得到低秩全相關(guān)矩陣和所述低秩全相關(guān)矩陣的秩；
[0040] 其中，所述預(yù)設(shè)約束條件為:條件一、所述最優(yōu)矩陣的秩小于所述截斷SVD分解矩 陣的秩;條件二、所述最優(yōu)矩陣的秩小于輸入端口的數(shù)量;條件Ξ、所述最優(yōu)矩陣與所述信 道全相關(guān)矩陣的二范數(shù)最小。
[0041 ]較佳的，所述輸出數(shù)據(jù)矢量的計算公式為：
[0042]
[004引其中，Ρ為路徑，Νρ為路徑的數(shù)量，no為高斯分布模型，hmn為第m個輸入端口與第η個 輸出端口之間的信道系數(shù)，L為所述低秩全相關(guān)矩陣的秩，Xm為第m個輸入端口對應(yīng)的輸入 數(shù)據(jù)
為卷積項(xiàng)，Σ?^+1 n0 Xm為加性高斯白噪聲項(xiàng)。
[0044] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種信道仿真儀，包括多個天線接口和如前所述的信道仿