CN110784853B - 一种车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法及系统 - Google Patents

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CN110784853B CN201911053539.2A CN201911053539A CN110784853B CN 110784853 B CN110784853 B CN 110784853B CN 201911053539 A CN201911053539 A CN 201911053539A CN 110784853 B CN110784853 B CN 110784853B
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Abstract

本发明提供一种车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法及系统，方法包括：将路测散射体等效为垂直面构建半椭球体通道模型，分别计算发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量；基于位置矢量，计算得到路测散射体等效的垂直面产生的散射区域；根据所述半椭球体通道模型的全部散射区域和路测散射体等效的垂直面产生的散射区域，计算得到半椭球体散射区域。本发明建立了车辆到车辆的大规模天线的三维不规则的信道模型，同时考虑了大规模天线均匀平面阵和路测散射体的影响，基于球面波阵面假设，给出发射端和接收端之间的几何关系受散射区域的不同边界约束的信道建模。

Description

一种车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法及系统
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法及系统。
背景技术
车辆到车辆(V2V)通信网络中采用第五代(5G)移动通信中的大规模天线(MassiveMIMO)技术，可以满足不断增长的交通通信的需求。因此，研究Massvie MIMO V2V信道的传播特性在理论和实践方面都很重要。
大规模天线阵列Massive MIMO具有一些独特的特性，如球面波阵面假设和空间非平稳性，V2V基于几何的随机信道模型(geometry based stochastic models,GBSM)主要可分为两类：常规形状(regular shaped)GBSM(RS-GBSM)(例如，双环，球体，椭圆，圆柱体，以及它们的组合)和不规则形状(irregular-shaped)GBSMs(IS-GBSMs)。虽然常规形状RS-GBSM提供了简单V2V信道分析方法，但与现实场景不一致，导致建立的信道模型不精确甚至无效。V2V电波传播受移动散射体(例如，行人，自行车和汽车)和固定散射体(例如建筑物)的相互作用，信道的分析非常复杂，因此主要关注不规则形状IS-GBSM。
传统的V2V信道模型没有考虑大规模天线的特性，都是二维的(2-D)通道模型，即假设波传播仅在方位角平面上。即使提出了用于V2V的三维不规则形状半椭球模型，但采用的是定向均匀线性阵列(uniform linear array，ULA)，并且没有考虑路侧散射体的影响。
发明内容
为克服上述现有问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法、系统、电子设备和存储介质。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法，包括：
将路测散射体等效为垂直面构建半椭球体通道模型，所述半椭球体通道模型为车辆到车辆的大规模天线信道模型；
分别计算发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量；
基于发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，计算得到路测散射体等效的垂直面产生的散射区域；
根据所述半椭球体通道模型的全部散射区域和路测散射体等效的垂直面产生的散射区域，计算得到半椭球体散射区域。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
进一步的，所述发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量表示为：
Akl T＝(rkl,ξkl,θkl)；
Auv R＝(ruv,ξuv,θuv)；
其中，
Figure BDA0002255927200000021
表示发射端的第k行、第l列的天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，
Figure BDA0002255927200000022
表示接收端的u行、第v列的天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，rkl、ξkl和θkl分别代表
Figure BDA0002255927200000023
在半椭球体坐标系中的范数、方位角和仰角，
Figure BDA0002255927200000024
表示发射端的第k行、第l列的天线单元，ruv、ξuv和θuv分别代表从
Figure BDA0002255927200000025
在半椭球体坐标系中的范数、方位角和仰角,
Figure BDA0002255927200000026
表示接收端的第u行、第v列的天线单元；
通过如下公式计算得到rkl、ξkl、θkl和ruv、ξuv和θuv：
Figure BDA0002255927200000031
其中，发射端由接收端的旋转角度α，β，γ得到，发射端和接收端每个天线单元之间的相对旋转关系由旋转矩阵R(α,β,γ)计算得到，δT为发射端的天线阵列中的每两个天线单元之间的间距，δR为接收端的天线阵列中的每两个天线单元之间的间距。
进一步的，所述路测散射体等效的垂直面为两个，相应的，所述路测散射体等效的垂直面产生的散射区域为两个。
进一步的，所述基于发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，计算得到路测散射体等效的垂直面产生的散射区域包括：
将路测散射体等效的垂直面产生的两个散射区域分别表示为S1和S2，则散射区域S1和散射区域S2表示为：
S1:
Figure BDA0002255927200000032
S2:
Figure BDA0002255927200000033
其中，
Figure BDA0002255927200000034
和
Figure BDA0002255927200000035
分别表示散射区域S1的方位角和仰角的范围，
Figure BDA0002255927200000036
和
Figure BDA0002255927200000037
分别表示散射区域S2的方位角和仰角的范围，
Figure BDA0002255927200000038
表示
Figure BDA0002255927200000039
经过散射区域S1或散射区域S2中的第m个散射体的方位角，
Figure BDA00022559272000000310
表示
Figure BDA00022559272000000311
经过散射区域S1或散射区域S2中的第m个散射体的仰角。
进一步的，通过如下方式计算散射区域S1的方位角
Figure BDA00022559272000000312
和仰角
Figure BDA00022559272000000313
Figure BDA00022559272000000314
其中，
Figure BDA00022559272000000315
Figure BDA0002255927200000041
其中，W1为两辆车辆所在位置的两边街道的其中与散射区域S1对应的一边街道的宽度，半椭球通道模型的三维半长轴分别表示为a，b和c，发射端的第一天线单元和接收端的第一天线单元相交于半椭球体的焦点处，所述焦点与半椭球体的中心的距离为2f。
进一步的，通过如下方式计算散射区域S2的方位角
Figure BDA0002255927200000042
和仰角
Figure BDA0002255927200000043
Figure BDA0002255927200000044
其中，
Figure BDA0002255927200000045
Figure BDA0002255927200000046
其中，W1为两辆车辆所在位置的两边街道的其中与散射区域S1对应的一边街道的宽度，半椭球通道模型的三维半长轴分别表示为a，b和c，发射端的第一天线单元和接收端的第一天线单元相交于半椭球体的焦点处，所述焦点与半椭球体的中心的距离为2f。
进一步的，所述根据所述半椭球体通道模型的全部散射区域和路测散射体等效的垂直面产生的散射区域，得到半椭球体散射区域包括：
S3→(S-S1-S2)；
S3:
Figure BDA0002255927200000047
其中，S1和S2为路测散射体等效的垂直面产生的两个散射区域，S为全部散射区域，S3为剩余的不规则的半椭球体散射区域，散射区域S3的方位角的范围为[-π,π]，仰角的范围为[-π/2,π/2]，
Figure BDA0002255927200000048
为
Figure BDA0002255927200000049
经过散射区域S3中的第m个散射体的方位角，[-π,π]和
Figure BDA0002255927200000051
分别表示散射区域S3的方位角和仰角的范围。
进一步的，通过如下公式计算得到
Figure BDA0002255927200000052
Figure BDA0002255927200000053
其中，X1＝b2rklcosθklcosξkl，
Figure BDA0002255927200000054
Figure BDA0002255927200000055
其中，atan表示反正切，sec表示正割。
进一步的，还包括计算发射端的第k行、第l列的天线单元
Figure BDA0002255927200000056
到不同散射区域中的第m个散射体的距离：
Figure BDA0002255927200000057
其中，
Figure BDA0002255927200000058
Figure BDA0002255927200000059
Figure BDA00022559272000000510
其中，
Figure BDA00022559272000000511
根据本发明实施例第二方面提供一种车辆到车辆的大规模天线信道模型建立系统，包括：
构建模块，用于将路测散射体等效为垂直面构建半椭球体通道模型，所述半椭球体通道模型为车辆到车辆的大规模天线信道模型；
第一计算模块，用于分别计算发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量；
第二计算模块，用于基于发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，计算得到路测散射体等效的垂直面产生的散射区域；
第三计算模块，用于根据所述半椭球体通道模型的全部散射区域和路测散射体等效的垂直面产生的散射区域，计算得到半椭球体散射区域。
根据本发明实施例的第三个方面，还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器调用所述程序指令能够执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法。
根据本发明实施例的第四个方面，还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法。
本发明实施例提供一种车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法、系统、电子设备及存储介质，该方法通过建立了车辆到车辆的大规模天线的三维不规则的信道模型，同时考虑了大规模天线均匀平面阵和路测散射体的影响，基于球面波阵面假设，给出发射端和接收端之间的几何关系受散射区域的不同边界约束的信道建模。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法整体流程示意图；
图2为本发明实施例提供的建立的半椭球体信道模型的整体结构示意图；
图3为本发明实施例的车辆到车辆的大规模天线信道模型建立系统连接框图；
图4为本发明实施例提供的电子设备整体结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在本发明的一个实施例中提供一种车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法，图1为本发明实施例提供的信道模型建立方法整体流程示意图，该信道模型建立方法包括：
将路测散射体等效为垂直面构建半椭球体通道模型，所述半椭球体通道模型为车辆到车辆的大规模天线信道模型；
分别计算发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量；
基于发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，计算得到路测散射体等效的垂直面产生的散射区域；
根据所述半椭球体通道模型的全部散射区域和路测散射体等效的垂直面产生的散射区域，计算得到半椭球体散射区域。
可以理解的是，车辆到车辆(V2V)通信网络中采用第五代移动通信中的大规模天线(Massive MIMO)技术，对于Massvie MIMO V2V信道的传播特性在理论和实践方面都很重要。传统的V2V信道模型没有考虑大规模天线的特性，都是二维的(2-D)通道模型；即使提出了三维通道模型，也没有考虑路测散射体的影响。
本发明实施例提出了一种V2V的三维不规则形状半椭球模型，对路测散射体进行了充分的考虑，形成的是不规则的通信信道模型。具体为，将路测散射体等效为垂直面构建半椭球体通道模型，并计算出路测散射体等效的垂直面产生的散射区域，最终根据半椭球体通道模型的全部散射区域和路测散射体等效的垂直面产生的散射区域，得到半椭球体散射区域。
本发明实施例通过建立车辆到车辆的大规模天线的三维不规则的信道模型，同时考虑了大规模天线均匀平面阵和路测散射体的影响，基于球面波阵面假设，给出发射端和接收端之间的几何关系受散射区域的不同边界约束的信道建模。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中，所述发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量表示为：
Akl T＝(rkl,ξkl,θkl)；
Auv R＝(ruv,ξuv,θuv)；
其中，
Figure BDA0002255927200000081
表示发射端的第k行、第l列的天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，
Figure BDA0002255927200000082
表示接收端的u行、第v列的天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，rkl、ξkl和θkl分别代表
Figure BDA0002255927200000083
在半椭球体坐标系中的范数、方位角和仰角，
Figure BDA0002255927200000084
表示发射端的第k行、第l列的天线单元，ruv、ξuv和θuv分别代表从
Figure BDA0002255927200000085
在半椭球体坐标系中的范数、方位角和仰角,
Figure BDA0002255927200000091
表示接收端的第u行、第v列的天线单元；
通过如下公式计算得到rkl、ξkl、θkl和ruv、ξuv和θuv：
Figure BDA0002255927200000092
其中，发射端由接收端的旋转角度α，β，γ得到，发射端和接收端每个天线单元之间的相对旋转关系由旋转矩阵R(α,β,γ)计算得到，δT为发射端的天线阵列中的每两个天线单元之间的间距，δR为接收端的天线阵列中的每两个天线单元之间的间距。
可以理解的是，参见图2，为将路侧建筑物等散射体建模为垂直面构建3D半椭球体的车辆到车辆大规模天线信道环境。将半椭球通道模型的三维半长轴分别表示为a，b和c。发送端(MT)配置了MT(K行，L列)UPA天线阵列，天线阵列中的两个相邻天线单元之间的间距为δT。接收端(MR)配置了MR(U行，V列)UPA天线阵列，天线阵列中的两个相邻的天线单元之间的间距为δR。其中，发射端为两辆车辆中的其中一辆，接收端为两辆车辆中的另外一辆，发射端MT的天线阵列中的第一个天线单元和接收端MR的天线阵列中的第一天线单元的交点位于半椭球体的焦点处，该焦点到半椭球体中心的距离为2f。
构建了半椭球体信道模型后，发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量可以根据每一个天线单元的范数、方位角和仰角进行表示。
在上述各实施例的基础上，本发明实施例中，所述路测散射体等效的垂直面为两个，相应的，所述路测散射体等效的垂直面产生的散射区域为两个。
在上述各实施例的基础上，本发明实施例中，所述基于发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，计算得到路测散射体等效的垂直面产生的散射区域包括：
将路测散射体等效的垂直面产生的两个散射区域分别表示为S1和S2，则散射区域S1和散射区域S2表示为：
S1:
Figure BDA0002255927200000101
S2:
Figure BDA0002255927200000102
其中，
Figure BDA0002255927200000103
和
Figure BDA0002255927200000104
分别表示散射区域S1的方位角和仰角的范围，
Figure BDA0002255927200000105
和
Figure BDA0002255927200000106
分别表示散射区域S2的方位角和仰角的范围，
Figure BDA0002255927200000107
表示
Figure BDA0002255927200000108
经过散射区域S1或散射区域S2中的第m个散射体的方位角，
Figure BDA0002255927200000109
表示
Figure BDA00022559272000001010
经过散射区域S1或散射区域S2中的第m个散射体的仰角。
可以理解的是，参见图2，路测散射体等效的垂直面产生的散射区域可以等效为两个，两个散射区域可以表示为S1和S2，其中，散射区域S1角度范围可根据发射端的每一个天线单元经过每一个散射体m的方位角和仰角之间，散射区域S2角度范围可根据接收端的每一个天线单元经过每一个散射体m的方位角和仰角之间。
在上述各实施例的基础上，本发明实施例中，通过如下方式计算散射区域S1的方位角
Figure BDA00022559272000001011
和仰角
Figure BDA00022559272000001012
Figure BDA00022559272000001013
其中，
Figure BDA00022559272000001014
Figure BDA00022559272000001015
同样的，通过如下方式计算散射区域S2的方位角
Figure BDA00022559272000001016
和仰角
Figure BDA00022559272000001017
Figure BDA0002255927200000111
其中，
Figure BDA0002255927200000112
Figure BDA0002255927200000113
其中，W1和W2分别表示两辆车辆的右边和左边街道的宽度，半椭球通道模型的三维半长轴分别表示为a，b和c，发射端的第一天线单元和接收端的第一天线单元相交于半椭球体的焦点处，所述焦点与半椭球体的中心的距离为2f。
其中，为了标注方便，将
Figure BDA0002255927200000114
和
Figure BDA0002255927200000115
位置标注为T和R，TT′垂直于x-y平面，即T′为T在x-y平面的投影。
为了描述所提模型，引入了一些参考线，其中部分是相互垂直的。包括：
DF⊥MM′，其中MM′为S1平面与半椭球表面在x-y平面的交点；
T′G⊥MM′，G为T′在MM′上的投影；
T′E⊥DF，其中F为D在MM′上的投影，E为DF上的一点，使得T′E⊥DF；
HH′⊥MM′，其中H为x-z平面与S1平面与半椭球表面相交线的相交点，H′为H在MM′上的投影；
QQ′⊥MM′，Q′为任一水平角在水平面上与MM′的焦点，Q为对应最大垂直角的位置；
I为QQ′上的一点，使得，TI⊥QQ′。
类似的、相对称的：
LL′⊥NN′,其中L为x-z平面与S2平面与半椭球表面相交线的相交点，L′为L在NN′上的投影；
PP′⊥NN′，P′为任一水平角在水平面上与NN′的焦点，P为对应最大垂直角的位置；
J为PP′上的一点，使得，TJ⊥PP′。
此外，K是S3上的散射体，K'为K对应的散射体最小垂直角沿着椭球面交于水平面的位置。
在上述各实施例的基础上，本发明实施例中，所述根据所述半椭球体通道模型的全部散射区域和路测散射体等效的垂直面产生的散射区域，得到半椭球体散射区域包括：
S3→(S-S1-S2)；
S3:
Figure BDA0002255927200000121
其中，S1和S2为路测散射体等效的垂直面产生的两个散射区域，S为全部散射区域，S3为剩余的不规则的半椭球体散射区域，散射区域S3的方位角的范围为[-π,π]，仰角的范围为[-π/2,π/2]，
Figure BDA0002255927200000122
为
Figure BDA0002255927200000123
经过散射区域S3中的第m个散射体的方位角，[-π,π]和
Figure BDA0002255927200000124
分别表示散射区域S3的方位角和仰角的范围。
可以理解的是，前述实施例对散射区域S1和散射区域S2的方位角和仰角进行了计算，则最终得到的不规则的半椭球体散射区域S3为(S-S1-S2)，其中，S为全部散射区域，该得到的半椭球体散射区域S3考虑了路测散射体的影响。
在上述各实施例的基础上，本发明实施例中，通过如下公式计算得到
Figure BDA0002255927200000125
Figure BDA0002255927200000126
其中，X1＝b2rklcosθklcosξkl，
Figure BDA0002255927200000127
Figure BDA0002255927200000128
其中，atan表示反正切，sec表示正割。
在上述各实施例的基础上，本发明实施例中，还包括：
计算发射端的第k行、第l列的天线单元
Figure BDA0002255927200000131
到不同散射区域中的第m个散射体的距离：
Figure BDA0002255927200000132
其中，
Figure BDA0002255927200000133
Figure BDA0002255927200000134
Figure BDA0002255927200000135
其中，
Figure BDA0002255927200000136
可以理解的是，前述实施例构建半椭球体信道模型，可以根据构建的半椭球体信道模型计算发射端的第k行、第l列的天线单元
Figure BDA0002255927200000137
到不同散射区域中的第m个散射体的距离。
在本发明的另一个实施例中提供一种车辆到车辆的大规模天线信道模型建立系统，该系统用于实现前述各实施例中的方法。因此，在前述车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法的各实施例中的描述和定义，可以用于本发明实施例中各个执行模块的理解。图3为本发明实施例提供的系统整体结构示意图，该装置包括构建模块31、第一计算模块32、第二计算模块33和第三计算模块34。
可以理解的是，本发明实施例提供的车辆到车辆的大规模天线信道建立系统与前述各实施例提供的车辆到车辆的大规模天线信道建立方法相对应，提供的车辆到车辆的大规模天线信道建立系统的相关技术特征可参考前述各实施例提供的车辆到车辆的大规模天线信道建立方法的相关技术特征，在此不再赘述。
图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)01、通信接口(Communications Interface)02、存储器(memory)03和通信总线04，其中，处理器01，通信接口02，存储器03通过通信总线04完成相互间的通信。处理器01可以调用存储器03中的逻辑指令，以执行如下方法：
将路测散射体等效为垂直面构建半椭球体通道模型，所述半椭球体通道模型为车辆到车辆的大规模天线信道模型；
分别计算发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量；
基于发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，计算得到路测散射体等效的垂直面产生的散射区域；
根据所述半椭球体通道模型的全部散射区域和路测散射体等效的垂直面产生的散射区域，计算得到半椭球体散射区域。
此外，上述的存储器03中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：
将路测散射体等效为垂直面构建半椭球体通道模型，所述半椭球体通道模型为车辆到车辆的大规模天线信道模型；
分别计算发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量；
基于发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，计算得到路测散射体等效的垂直面产生的散射区域；
根据所述半椭球体通道模型的全部散射区域和路测散射体等效的垂直面产生的散射区域，计算得到半椭球体散射区域。
本发明实施例提供的一种车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法、系统、电子设备及存储介质，该方法通过建立了车辆到车辆的大规模天线的三维不规则的信道模型，同时考虑了大规模天线均匀平面阵和路测散射体的影响，基于球面波阵面假设，给出发射端和接收端之间的几何关系受散射区域的不同边界约束的信道建模。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种车辆到车辆的大规模天线信道模型建立方法，其特征在于，包括：
将路测散射体等效为垂直面构建半椭球体通道模型，所述半椭球体通道模型为车辆到车辆的大规模天线信道模型；
分别计算发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量；
基于发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，计算得到路测散射体等效的垂直面产生的散射区域；
根据所述半椭球体通道模型的全部散射区域和路测散射体等效的垂直面产生的散射区域，计算得到半椭球体散射区域。
2.根据权利要求1所述的信道模型建立方法，其特征在于，所述发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量表示为：
Akl T＝(rkl,ξkl,θkl)；
Auv R＝(ruv,ξuv,θuv)；
其中，
Figure FDA0004101018660000011
表示发射端的第k行、第l列的天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，
Figure FDA0004101018660000012
表示接收端的u行、第v列的天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，rkl、ξkl和θkl分别代表
Figure FDA0004101018660000013
在半椭球体坐标系中的范数、方位角和仰角，
Figure FDA0004101018660000014
表示发射端的第k行、第l列的天线单元，ruv、ξuv和θuv分别代表从
Figure FDA0004101018660000015
在半椭球体坐标系中的范数、方位角和仰角,
Figure FDA0004101018660000016
表示接收端的第u行、第v列的天线单元；
通过如下公式计算得到rkl、ξkl、θkl和ruv、ξuv和θuv：
Figure FDA0004101018660000017
其中，发射端由接收端的旋转角度α，β，γ得到，发射端和接收端每个天线单元之间的相对旋转关系由旋转矩阵R(α,β,γ)计算得到，δT为发射端的天线阵列中的每两个天线单元之间的间距，δR为接收端的天线阵列中的每两个天线单元之间的间距。
3.根据权利要求1所述的信道模型建立方法，其特征在于，所述路测散射体等效的垂直面为两个，相应的，所述路测散射体等效的垂直面产生的散射区域为两个。
4.根据权利要求3所述的信道模型建立方法，其特征在于，所述基于发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，计算得到路测散射体等效的垂直面产生的散射区域包括：
将路测散射体等效的垂直面产生的两个散射区域分别表示为S1和S2，则散射区域S1和散射区域S2表示为：
Figure FDA0004101018660000021
其中，
Figure FDA0004101018660000028
和
Figure FDA0004101018660000029
分别表示散射区域S1的方位角和仰角的范围，
Figure FDA00041010186600000211
和
Figure FDA00041010186600000210
分别表示散射区域S2的方位角和仰角的范围，
Figure FDA0004101018660000022
表示
Figure FDA0004101018660000023
经过散射区域S1或散射区域S2中的第m个散射体的仰角，
Figure FDA0004101018660000024
表示
Figure FDA0004101018660000025
经过散射区域S1或散射区域S2中的第m个散射体的方位角。
5.根据权利要求4所述的信道模型建立方法，其特征在于，通过如下方式计算散射区域S1的方位角
Figure FDA0004101018660000027
和仰角
Figure FDA0004101018660000026
Figure FDA0004101018660000031
其中，
Figure FDA0004101018660000032
Figure FDA0004101018660000033
Figure FDA0004101018660000034
其中，rkl和θkl分别代表
Figure FDA0004101018660000035
在半椭球体坐标系中的范数和仰角，
Figure FDA0004101018660000036
表示发射端的第k行、第l列的天线单元，W1为两辆车辆所在位置的两边街道的其中与散射区域S1对应的一边街道的宽度，半椭球通道模型的三维半长轴分别表示为a，b和c，发射端的第一天线单元和接收端的第一天线单元相交于半椭球体的焦点处，所述焦点与半椭球体的中心的距离为2f。
6.根据权利要求4所述的信道模型建立方法，其特征在于，通过如下方式计算散射区域S2的方位角
Figure FDA0004101018660000037
和仰角
Figure FDA00041010186600000312
Figure FDA0004101018660000038
其中，
Figure FDA0004101018660000039
Figure FDA00041010186600000310
Figure FDA00041010186600000311
其中，rkl和θkl分别代表
Figure FDA0004101018660000041
在半椭球体坐标系中的范数和仰角，
Figure FDA0004101018660000042
表示发射端的第k行、第l列的天线单元，W2为两辆车辆所在位置的两边街道的其中与散射区域S2对应的一边街道的宽度，半椭球通道模型的三维半长轴分别表示为a，b和c，发射端的第一天线单元和接收端的第一天线单元相交于半椭球体的焦点处，所述焦点与半椭球体的中心的距离为2f。
7.根据权利要求4所述的信道模型建立方法，其特征在于，所述根据所述半椭球体通道模型的全部散射区域和路测散射体等效的垂直面产生的散射区域，得到半椭球体散射区域包括：
S3→(S-S1-S2)；
示： 
Figure FDA0004101018660000043
其中，S1和S2为路测散射体等效的垂直面产生的两个散射区域，S为全部散射区域，S3为剩余的不规则的半椭球体散射区域，散射区域S3的方位角的范围为[-π,π]，仰角的范围为[-π/2,π/2]，
Figure FDA0004101018660000044
为
Figure FDA0004101018660000045
经过散射区域S3中的第m个散射体的仰角，[-π,π]和[θt5,π/2]分别表示散射区域S3的方位角和仰角的范围。
8.根据权利要求7所述的信道模型建立方法，其特征在于，通过如下公式计算得到
Figure FDA0004101018660000046
Figure FDA0004101018660000047
其中，X1＝b2rklcosθklcosξkl，
Figure FDA0004101018660000048
Figure FDA0004101018660000049
其中，atan表示反正切，sec表示正割，rkl、ξkl和θkl分别代表
Figure FDA00041010186600000410
在半椭球体坐标系中的范数、方位角和仰角，
Figure FDA00041010186600000411
表示发射端的第k行、第l列的天线单元，半椭球通道模型的三维半长轴分别表示为a，b和
c，发射端的第一天线单元和接收端的第一天线单元相交于半椭球体的焦点处，所述焦点与半椭球体的中心的距离为2f。
9.根据权利要求1-8任一项所述的信道模型建立方法，其特征在于，还包括计算发射端的第k行、第l列的天线单元
Figure FDA0004101018660000051
到不同散射区域中的第m个散射体的距离：
Figure FDA0004101018660000052
其中，
Figure FDA0004101018660000053
Figure FDA0004101018660000054
Figure FDA0004101018660000055
其中，
Figure FDA0004101018660000056
其中，
Figure FDA0004101018660000057
表示发射端的第k行、第l列的天线单元
Figure FDA0004101018660000058
到不同散射区域中的第m个散射体的距离，
Figure FDA0004101018660000059
表示发射端的第k行、第l列的天线单元，W1为两辆车辆所在位置的两边街道的其中与散射区域S1对应的一边街道的宽度，W2为两辆车辆所在位置的两边街道的其中与散射区域S2对应的一边街道的宽度，
Figure FDA00041010186600000510
S1和S2为路测散射体等效的垂直面产生的两个散射区域，S为全部散射区域，S3为剩余的不规则的半椭球体散射区域，半椭球通道模型的三维半长轴分别表示为a，b和c，发射端的第一天线单元和接收端的第一天线单元相交于半椭球体的焦点处，所述焦点与半椭球体的中心的距离为2f，rkl、ξkl和θkl分别代表
Figure FDA0004101018660000061
在半椭球体坐标系中的范数、方位角和仰角。
10.一种车辆到车辆的大规模天线信道模型建立系统，其特征在于，包括：
构建模块，用于将路测散射体等效为垂直面构建半椭球体通道模型，所述半椭球体通道模型为车辆到车辆的大规模天线信道模型；
第一计算模块，用于分别计算发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量；
第二计算模块，用于基于发射端和接收端配置的天线阵列中的每一个天线单元在半椭球体坐标系中的位置矢量，计算得到路测散射体等效的垂直面产生的散射区域；
第三计算模块，用于根据所述半椭球体通道模型的全部散射区域和路测散射体等效的垂直面产生的散射区域，计算得到半椭球体散射区域。
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