CN113014342A - 一种信道模拟器构建方法及装置 - Google Patents

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CN113014342A CN202110198392.7A CN202110198392A CN113014342A CN 113014342 A CN113014342 A CN 113014342A CN 202110198392 A CN202110198392 A CN 202110198392A CN 113014342 A CN113014342 A CN 113014342A
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Abstract

本发明实施例提供了一种信道模拟器构建方法及装置。方案如下：根据目标角度功率谱，计算子径角度；针对每一子径角度，确定该子径角度的可选角度域；针对每一可选角度域，确定每一可选角度域的候选角度集合；基于目标角度功率谱，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数；针对每一候选角度集合，基于空间相关性系数，从该候选角度集合中选取最优角度，并将最优角度更新到最优角度集合中；以最优角度集合为目标角度集合，构建信道模拟器。通过本发明实施例提供的技术方案，有效提高了确定出的每一子径角度的准确性，从而提高了构建得到的信道模拟器的准确性，以及利用构建得到的信道模拟器进行信道仿真的仿真结果的准确性。

Description

一种信道模拟器构建方法及装置
技术领域
本发明涉无线通信技术领域，特别是涉及一种信道模拟器构建方法及装置。
背景技术
随着多单元天线系统，如多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，massive，MIMO)系统的不断发展，在足够丰富的散射环境中，通过在发射侧和接收侧使用多单元天线阵列，可以大大提高信道容量。为了将多单元天线系统应用到实际生产生活中，信道仿真过程必不可少。其中，基于正弦波之和(Sum of sinusoid，SOS)的SOS信道模拟器被广泛应用于信道仿真过程。
SOS信道模拟器中的一种特殊的信道模拟器，即SOC(sum of cisoids，SOC)信道模拟器对于在广义散射条件下使用分集、多载波或大规模多入多出(massive MIMO)技术的宽带移动通信系统的性能分析具有重要意义。为了充分发挥SOC信道模拟器的内在优势，使得SOC信道模拟器的统计特性与参考模型的统计特性精确匹配，必须正确的确定出SOC信道模拟器各个子径的子径参数，如子径角度。
目前，在确定SOC信道模拟器中每一子径的子径参数时，常用的方式为等功率策略。也就是在SOC信道模拟器的每一子径的功率值相等的情况下，通过对目标角度功率谱进行对称采样，确定多个子径角度。从而将每一子径角度分配给每一子径，并基于每一子径的子径角度、功率和相位等构建SOC信道模拟器。
在上述子径角度确定过程中，由于在目标角度功率谱上进行对称采样，这使得子径角度的确定过程可能会引入子径的簇内相关性(intra-cluster correlation)，从而打破各个子径间独立同分布的前提，影响确定出的子径角度的准确性，从而影响构建得到的信道模拟器的准确性以及利用构建得到的信道模拟器进行信道仿真的仿真结果的准确性。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种信道模拟器构建方法及装置，以提高信道模拟器中每一子径的子径角度的准确性，从而提高构建得到的信道模拟器的准确性，以及利用该信道模拟器进行信道仿真的仿真结果的准确性。具体技术方案如下：
本发明实施例提供了一种信道模拟器构建方法，所述方法包括：
获取待仿真信道中信号的目标角度功率谱；
根据所述目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度；
针对每一子径角度，根据预设功率变化值，确定该子径角度对应的可选角度域；
针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度，得到每一可选角度域对应的候选角度集合；
基于所述目标角度功率谱，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，所述天线对为基站端中的天线对或用户设备端中的天线对；
针对每一候选角度集合，基于所述空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，并将选取出的最优角度更新到所述第二预设数量对应的最优角度集合中；
以所述最优角度集合为目标角度集合，基于所述目标角度集合，构建信道模拟器。
本发明实施例还提供了一种信道模拟器构建装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取待仿真信道中信号的目标角度功率谱；
第一计算模块，用于根据所述目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度；
第一确定模块，用于针对每一子径角度，根据预设功率变化值，确定该子径角度对应的可选角度域；
第二确定模块，用于针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度，得到每一可选角度域对应的候选角度集合；
第二计算模块，用于基于所述目标角度功率谱，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，所述天线对为基站端中的天线对或用户设备端中的天线对；
第一选取模块，用于针对每一候选角度集合，基于所述空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，并将选取出的最优角度更新到所述第二预设数量对应的最优角度集合中；
构建模块，用于以所述最优角度集合为目标角度集合，基于所述目标角度集合，构建信道模拟器。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一所述的信道模拟器构建方法步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一所述的信道模拟器构建方法步骤。
本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一所述的信道模拟器构建方法。
本发明实施例有益效果：
本发明实施例提供的信道模拟器构建方法及装置，可以根据待仿真信道中信号的目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度，从而确定出每一子径角度对应的可选角度域，以及每一可选角度域在同一第二预设数量下包括的各候选角度，即得到每一可选角度域对应的候选角度集合，从而针对每一候选角度集合，基于每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，从该候选角度集合中选取出最优角度更新到最优角度集合中，并以最优角度集合为目标角度集合，构建信道模拟器。相比于相关技术，在通过等功率策略确定多个子径角度后，进一步确定每一子径角度对应的候选角度集合，从而基于天线间的空间相关性系数，从候选角度集合中选取出最优角度，充分考虑了天线间的空间相关性系数，这在保证各个子径间独立分布的同时，降低了相关技术中对称采样所引入的冗余，以及时域在某些情况下发生突变的可能性，有效提高了确定出的每一子径角度的准确性，从而提高了基于该子径角度构建得到的信道模拟器的准确性，以及利用构建得到的信道模拟器进行信道仿真的仿真结果的准确性。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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实施例。
图1为本发明实施例提供的信道模拟器构建方法的第一种流程示意图；
图2为本发明实施例提供的信道模拟器构建方法的第二种流程示意图；
图3为本发明实施例提供的信道模拟器构建方法的第三种流程示意图；
图4为本发明实施例提供的信道模拟器构建装置的一种结构示意图；
图5为本发明实施例提供的电子设备的一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
相关技术中采用等功率策略，确定用于构建信道模拟器的每一子径的子径角度。为便于理解，下面以用于信道仿真的子径的数量为M，目标角度功率谱为目标方位角功率谱(Power Azimuth Spectrum，PAS)，记为P(φ)，以及目标仰角功率谱(Power ElevationSpectrum，PES)，记为P(θ)为例对三维SOC信道模拟器的构建进行说明。其中，P(φ)和P(θ)中心角分别为φ*和θ*。
针对上述目标方位角功率谱，即上述P(φ)，由于等功率策略中采用对称采样，因此，将P(φ)平移至φ*关于0°对称，并利用以下公式计算第一个子径的方位角φ1：
Figure BDA0002947063260000041
其中，∫dφ为对φ的积分操作，
Figure BDA0002947063260000042
为任一子径的功率值。
基于φ1，利用以下公式，计算正角度方向上(即大于0°的方向上)各子径所对应的方位角φm：
Figure BDA0002947063260000043
由于等功率策略中采用对称采样，因此，根据上述φm，可以计算负角度方向上(即小于0°的方向上)各子径所对应的方位角φ-m
φ-m＝-φm，m∈[1，2，...，M/2]
考虑到实际应用场景中，多径传输时发生的反射、散射等情况，接收天线所接收到的信号的角度会展宽。因此，在计算得到的M个子径所对应的方位角后，将M个方位角进行角度扩展，并将角度扩展后的M个方位角平移至φ*，得到M个子径在方向角维度的子径角度。
在本发明实施例中，由于上述先将P(φ)平移至φ*关于0°对称，因此上述在进行角度扩展后，需要将角度扩展后的每一方位角从0°平移回φ*。
针对上述目标仰角功率谱，即上述P(θ)，由于等功率策略中采用对称采样，因此，将P(θ)平移至θ*关于0°对称，并利用以下公式计算第一个子径的仰角θ1：
Figure BDA0002947063260000044
其中，∫ dθ为对θ的积分操作。
基于θ1，利用以下公式，计算正角度方向上各子径所对应的仰角θm：
Figure BDA0002947063260000051
由于等功率策略中采用对称采样，因此，根据上述θm，可以计算负角度方向上各子径所对应的仰角θ-m
θ-m＝-θm，m∈[1，2，...，M/2]
考虑到实际应用场景中，多径传输时发生的反射、散射等情况，接收天线所接收到的信号的角度会展宽。因此，在计算得到的M个子径所对应的仰角后，将M个仰角进行角度扩展，并将角度扩展后的M个仰角平移至θ*，得到M个子径在仰角维度的子径角度。
通过上述方式，可以确定M个方位角以及M个仰角。针对M个子径中的每一子径，可以将M个方位角和M个仰角随机匹配，作为该子径的三维角度组合，从而基于该三维角度组合，构建三维SOC信号模拟器。
上述子径角度确定过程中，由于对称采样可能引入子径的簇内相关性，这影响了确定出的每一子径的子径角度的准确性，从而影响基于子径角度所构建得到的信道模拟器的准确性以及利用该信道模拟器进行信道仿真的仿真结果的准确性。为了解决相关技术中确定出的信道模拟器中每一子径对应的参数的准确性较差的问题，本发明实施例提供了一种信道模拟器构建方法。该方法可以应用与任一电子设备，如服务器等。在此，对该电子设备不作具体限定。
如图1所示，图1为本发明实施例提供的信道模拟器构建方法的第一种流程示意图。具体包括以下步骤。
步骤S101，获取待仿真信道中信号的目标角度功率谱。
步骤S102，根据目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度。
步骤S103，针对每一子径角度，根据预设功率变化值，确定该子径角度对应的可选角度域。
步骤S104，针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度，得到每一可选角度域对应的候选角度集合。
步骤S105，基于目标角度功率谱，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，天线对为基站端中的天线对或用户设备端中的天线对。
步骤S106，针对每一候选角度集合，基于空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，并将选取出的最优角度更新到第二预设数量对应的最优角度集合中。
步骤S107，以最优角度集合为目标角度集合，基于目标角度集合，构建信道模拟器。
通过本发明实施例提供的方法，可以根据待仿真信道中信号的目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度，从而确定出每一子径角度对应的可选角度域，以及每一可选角度域在同一第二预设数量下包括的各候选角度，即得到每一可选角度域对应的候选角度集合，从而针对每一候选角度集合，基于每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，从该候选角度集合中选取出最优角度更新到最优角度集合中，并以最优角度集合为目标角度集合，构建信道模拟器。相比于相关技术，在通过等功率策略确定多个子径角度后，进一步确定每一子径角度对应的候选角度集合，从而基于天线间的空间相关性系数，从候选角度集合中选取出最优角度，充分考虑了天线间的空间相关性系数，这在保证各个子径间独立分布的同时，降低了相关技术中对称采样所引入的冗余，以及时域在某些情况下发生突变的可能性，有效提高了确定出的每一子径角度的准确性，从而提高了基于该子径角度构建得到的信道模拟器的准确性，以及利用构建得到的信道模拟器进行信道仿真的仿真结果的准确性。
下面通过具体的实施例，对本发明实施例进行说明。为便于描述，下面以电子设备为执行主体进行说明，并不起任何限定作用。
针对上述步骤S101，即获取待仿真信道中信号的目标角度功率谱。
上述信号可以为发送天线发送的信号，也可以为接收天线所接收到的信号。
在本发明实施例中，根据具体需求的不同，采用上述图1所示的方法构建得到的信道模拟器可以为二维信道模拟器，也可以为三维信道模拟器。因此，上述目标角度功率谱可以为目标方位角功率谱和/或目标仰角功率谱。
上述二维信道模拟器和三维信道模拟器均属于SOC信道模拟器。
一个可选的实施例中，上述步骤S101，获取待仿真信道中信号的目标角度功率谱可以表示为：电子设备获取待仿真信道中信号的目标方位角功率谱。
另一个可选的实施例中，上述步骤S101，获取待仿真信道中信号的目标角度功率谱可以表示为：电子设备获取待仿真信道中信号的目标仰角功率谱。
再一个可选的实施例中，上述步骤S101，获取待仿真信道中信号的目标角度功率谱可以表示为：电子设备获取待仿真信道中信号对应的目标方位角功率谱和目标仰角功率谱。
关于上述目标方位角功率谱和目标仰角功率谱的获取方式在此不作具体说明。
在本发明实施例中，由于构建得到的信道模拟器可以为二维信道模拟器，也可以为三维信道模拟器，为便于理解，下面仅以三维信道模拟器的构建为例进行说明，也就是以上述目标角度功率谱为目标方位角功率谱和目标仰角功率谱进行说明。关于二维信道模拟器的构建可参照三维信道模拟器的构建方式，在此不作具体说明。
针对上述步骤S102，即根据目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度。
在本步骤中，电子设备可以根据上述目标角度功率谱，以及构建得到的信道模拟器中进行信道仿真的待仿真信道中子径的数量，即上述第一预设数量，计算得到每一子径对应的子径角度。
以目标角度功率谱为上述目标方位角功率谱和目标仰角功率谱，第一预设数量为M为例进行说明，电子设备通过步骤S102可以计算得到M个在方位角维度上的子径角度，即M个方位角，以及M个在仰角维度上的子径角度，即M个仰角。关于步骤S102中每一子径的子径角度的计算过程可参照相关技术中子径角度的计算过程，在此不作具体说明。
上述第一预设数量为构建得到的信道模拟器中包括的子径的总数量。上述第一预设数量可以根据实际应用场景或用户需求等进行设定。在此，对上述第一预设数量不作具体限定。
在本发明实施例中，在计算得到上述子径角度的同时，电子设备还可以计算得到每一子径对应的功率值，即上述第一预设数量为M时，每一子径的功率值为
Figure BDA0002947063260000071
针对上述步骤S103，即针对每一子径角度，根据预设功率变化值，确定该子径角度对应的可选角度域。
在本步骤中，针对上述每一子径角度，电子设备可以根据预设功率变化值，分别确定该子径角度对应的最小值和最大值，从而确定该子径角度对应的可选角度域。也就是将该子径角度的最小值确定为该子径角度对应可选角度域的左边界值，将该子径角度的最大值确定为该子径角度对应可选角度域的右边界值。
一个可选的实施例中，上述步骤S103，针对每一子径角度，根据预设功率变化值，确定该子径角度对应的可选角度域，具体可以表示为：
针对每一子径角度，电子设备可以利用以下公式，计算该子径角度对应的可选角度域：
Figure BDA0002947063260000072
Figure BDA0002947063260000073
其中，m为第一预设数量个子径中的第m个子径，Ωm为第m个子径的子径角度，
Figure BDA0002947063260000074
为第m个子径的可选角度域的左边界值，
Figure BDA0002947063260000075
为第m个子径的可选角度域的右边界值，P(Ω)为目标角度功率谱，PV为预设功率变化值，
Figure BDA0002947063260000081
为对P(Ω)在区间
Figure BDA0002947063260000082
的积分操作，
Figure BDA0002947063260000083
为对P(Ω)在区间
Figure BDA0002947063260000084
的积分操作。
上述第m个子径对应的可选角度域可以表示为：
Figure BDA0002947063260000085
在本发明实施例中，由于上述子径角度可以为方位角维度所对应的方位角，也可以为仰角维度所对应的仰角。因此，上述在确定每一子径角度对应的可选角度域时，针对不同维度的子径角度，上述计算公式中的P(Ω)也有所不同。也就是当子径角度为方位角维度所对应的方位角时，上述计算公式中的P(Ω)为上述目标方位角功率谱。当上述子径角度仰角维度所对应的仰角时，上述计算公式中的P(Ω)为上述目标仰角功率谱。
上述预设功率变化值(即power variation，PV)可以通过多次实验确定，也可以是用户根据经验设定的。在此，对上述功率变化值不作具体限定。
在本发明实施例中，通过上述可选角度域的计算公式，电子设备可以基于上述步骤S102计算得到的每一子径角度，确定每一子径角度对应的可选角度域，并且，每一子径角度对应的可选角度域均是基于上述预设功率变化值进行计算的，这有效的控制了每一子径角度对应的可选角度域的取值范围，从而提高了后期确定得到的可选角度域包括的候选角度，以及最优角度的准确性。
针对上述步骤S104，即针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度，得到每一可选角度域对应的候选角度集合。
在本步骤中，用户可以预先设定每一子径对应的可选角度域中包括的候选角度的数量，即上述第二预设数量。针对每一可选角度域，电子设备可以根据该可选角度域的边界值，即上述左边界值
Figure BDA0002947063260000089
或者上述右边界值
Figure BDA00029470632600000810
计算该可选角度域中包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度的大小，得到每一可选角度域对应的候选集合。
一个可选的实施例中，上述步骤S104，针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度，具体可以表示为：
针对每一可选角度域，电子设备利用以下公式，计算该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度：
Figure BDA0002947063260000086
其中，
Figure BDA0002947063260000087
为第m个子径对应可选角度域中的第n个候选角度，
Figure BDA0002947063260000088
为第m个子径的可选角度域的左边界值，δm为第m个子径对应可选角度域的大小，N为第二预设数量，n为第n个候选角度，γm为预设偏移量。
在本发明实施例中，通过上述候选角度的计算公式，电子设备可以在每一子径对应的可选角度域中，等间隔采样得到上述第二预设数量个候选角度，提高了确定出的每一可选角度域中包括的候选角度的准确性。另外，上述候选角度的计算公式中引入了预设偏移量，这可以有效打破正角度方向上的子径角度所对应的可选角度域，与负角度方向上子径角度所对应的可选角度域间的对称性，也就是打破计算得到每一子径对应可选角度域中包括的各候选角度间的簇内空间相关性，进一步提高了确定出的每一可选角度域中包括的候选角度的准确性。
上述实施例仅示出了电子设备根据每一可选角度域的左边界值，计算每一可选角度域中包括的各候选角度的方式，除此以外，电子设备还可以根据每一可选角度域的右边界值，计算每一可选角度域中包括的各候选角度，具体可参照上述候选角度的计算公式进行适当调整，在此不作具体说明。
针对上述步骤S105，即基于目标角度功率谱，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，天线对为基站端中的天线对或用户设备端中的天线对。
在本步骤中，在MIMO系统中无论是基站(Base Station，BS)端的天线，还是用户设备(Mobile Station，MS)端的天线，每两个天线间的空间相关性可以对子径的子径角度产生影响。因此，电子设备可以基于上述目标角度功率谱，即基于上述目标方位角功率谱和/或目标仰角功率谱，计算基站端中的每一天线对以及用户设备端中的每一天线对中包括的两个天线的空间相关性系数。该空间相关性系数用于表示某一天线对中两个天线间的空间相关性。
一个可选的实施例中，上述步骤S105，基于目标角度功率谱，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，具体可以表示为：
电子设备利用以下公式，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数：
Figure BDA0002947063260000091
其中，u为第u个天线，v为第v个天线，i为包括天线u和天线v的第i个天线对，ρl(i)为第u个天线和第v个天线间的空间相关性系数，函数exp为以e为底的指数函数，j为虚数单位，π为圆周率，λ为信号波长，
Figure BDA0002947063260000092
为天线u的位置矢量，
Figure BDA0002947063260000093
为天线v的位置矢量，Ω为子径角度，
Figure BDA0002947063260000094
为子径角度的单位矢量，P(Ω)为目标角度功率谱，∮dΩ为对Ω的围道积分操作。
上述天线u和天线v在同一天线对中，即上述天线对i中。
通过上述空间相关性系数的计算公式，电子设备可以计算得到的空间相关性系数，便于后期根据候选角度集合中每一候选角度对应子径产生的空间相关性残差，从候选角度集合中选取出最优角度，从而提高选取出的最优角度的准确性。
针对上述步骤S106，即针对每一候选角度集合，基于空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，并将选取出的最优角度更新到第二预设数量对应的最优角度集合中。
一个可选的实施例中，上述步骤S106中的针对每一候选角度集合，基于空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，具体可以表示为：
针对每一候选角度集合，电子设备可以将该候选角度集合中使空间相关性残差向量的二阶范数最小的候选角度，确定为该候选角度集合的最优角度。
上述空间相关性残差向量是根据空间相关性系数以及从第二预设数量所对应候选角度集合中选择出的每一候选角度的贡献值确定的，贡献值是根据子径的功率值和子径关于所有天线对的传输系数确定的。
在本发明实施例中，上述上述贡献值除了受到上述传输系数的影响以外，还可以受到上述空间相关性系数的影响。例如，在相同功率的传输系数下，空间相关性系数不同，角度所对应的贡献值的大小也不同。关于上述贡献值可参见下文描述，在此不作具体说明。
一个可选的实施例中，上述针对每一候选角度集合，将该候选角度集合中使空间相关性残差向量的二阶范数最小的候选角度，确定为该候选角度集合的最优角度，具体可以表示为：
针对每一候选角度集合，利用以下公式，确定该候选角度集合中的最优角度：
Figure BDA0002947063260000101
其中，
Figure BDA0002947063260000102
为候选角度集合中的最优角度，arg表示将
Figure BDA0002947063260000103
噪作得到的最小θ′确定为
Figure BDA0002947063260000104
Figure BDA0002947063260000105
为最小值操作，θ′为候选角度集合中的任一候选角度，
Figure BDA0002947063260000106
为二阶范数的平方操作，m为第m次迭代，Rm为第m次迭代中的空间相关性残差向量，表示为
Figure BDA0002947063260000107
ρ为包含所有空间相关性系数的向量，p*为功率值，l为第l次从候选角度集合中选择最优角度，
Figure BDA0002947063260000108
为第l次从候选角度集合中选择出的最优角度，
Figure BDA0002947063260000109
为
Figure BDA00029470632600001010
对应子径关于所有天线对的传输系数向量，F(θ′)为候选角度θ′关于所有天线对的传输系数向量，i为所有天线对中的第i个天线对，第l个从候选角度集合中选择出的最优角度对应子径关于第i个天线对的传输系数表示为
Figure BDA00029470632600001011
exp为以e为底的指数函数，j为虚数单位，π为圆周率，λ为信号波长，
Figure BDA00029470632600001012
为第i个天线对中的天线u的位置矢量，
Figure BDA00029470632600001013
为第i个天线对中的天线v的位置矢量，
Figure BDA00029470632600001014
为
Figure BDA00029470632600001015
的单位矢量。
在本发明实施例中，上述候选角度集合与上述步骤S102计算得到的子径角度一一对应，每一次迭代过程从每一子径角度对应的候选角度集合包括的第二预设数量个候选角度中，选取出一个最优角度更新到该第二预设数量对应的最优角度集合中。也就是在第m次迭代时，最优角度集合中至少包括m-1个最优角度。
上述Rm在初次迭代时，也就是上述最优角度集合中未包括有最优角度时，Rm＝ρ。上述
Figure BDA0002947063260000111
为上述贡献值。
针对上述步骤S107，即以最优角度集合为目标角度集合，基于目标角度集合，构建信道模拟器。
在本步骤中，电子设备可以将上述第二预设数量对应的最优角度集合作为目标角度集合，并基于该最优角度集合中包括的最优角度，构建二维信号模拟器或三维信道模拟器。
一个可选的实施例中，当上述目标角度功率谱为目标方位角功率谱时，上述步骤S107中的基于目标角度集合，构建信道模拟器，具体可以表示为：
电子设备基于目标角度集合中每一子径对应的方位角，构建二维信道模型。
在本发明实施例中，当上述目标角度功率谱为目标方位角功率谱时，上述步骤S102中计算得到的子径角度为上述方位角维度对应的方位角。因此，上述候选角度集合和上述最优角度集合中的每一候选角度同样为方位角维度对应的方位角。
另一个可选的实施例中，当上述目标角度功率谱为目标仰角功率谱时，上述步骤S107中的基于目标角度集合，构建信道模拟器，具体可以表示为：
电子设备基于目标角度集合中每一子径对应的仰角，构建二维信道模型。
在本发明实施例中，当上述目标角度功率谱为目标仰角功率谱时，上述步骤S102中计算得到的子径角度为上述仰角维度对应的仰角。因此，上述候选角度集合和上述最优角度集合中的每一候选角度同样为仰角维度对应的仰角。
再一个可选的实施例中，当上述目标角度功率谱为目标方位角功率谱和目标仰角功率谱时，上述步骤S107中的基于目标角度集合，构建信道模拟器，具体可以包括以下步骤。
步骤一，按照预设角度组合顺序，对目标角度集合中每一子径对应的方位角以及仰角进行组合，得到三维角度组合。
在本发明实施例中，当上述目标角度功率谱为目标方位角功率谱和目标仰角功率谱时，上述最优角度集合中将包括方位角维度上的候选角度和仰角维度上的候选角度。另外，方位角维度上的候选角度的数量与仰角维度上的候选角度的数量可以相等，也可以不相等。下面均以方位角维度上的候选角度的数量与仰角维度上的候选角度的数量相等的情况为例进行说明的，并不起任何限定作用。
为便于理解，仍以第一预设数量为M进行举例说明。由于待仿真信道中包括的子径数量为M，因此，上述步骤S102将得到M个方位角以及M个仰角，即2M个子径角度。通过上述步骤S103-步骤S106，最优角度集合中将包括2M个最优角度，即M个方位角维度上的最优角度和M个仰角维度上的最优角度。电子设备可以对M个方位角维度上的最优角度和M个仰角维度上的最优角度进行组合，得到M个三维角度组合。也就是M个方位角维度上的最优角度以及M个仰角维度上的最优角度分配给上述M个子径，得到每一子径对应的三维子径角度。
一个可选的实施例中，电子设备可以对上述目标角度集合中每一子径对应的方位角进行随机匹配，得到三维角度组合。
以第一预设数量为3，目标角度集合中包括3个方位角，即A1-A3，和3个仰角，即B1-B3为例进行说明。电子设备可以将A1、A2、A3与B1、B2、B3进行随机匹配，如电子设备可以将A1和B3作为的三维角度组合1分配给子径1，将A2与B1作为的三维角度组合2分配给子径2，将A3和B2作为的三维角度组合3分配给子径3。
另一个可选的实施例中，电子设备可以按照预设顺序，对上述目标角度集合中每一子径对应的方位角进行顺序匹配，得到三维角度组合
仍以上述A1-A3，B1-B3和子径1-子径3为例进行说明。电子设备将A1和B1、A2和B2以及A3和B3作为三个三维角度组合分别分配给子径1、子径2和子径3。
一个可选的实施例中，考虑到实际应用场景中，多径传输时发生的反射、散射等情况对信道的角度的影响。在确定上述最优角度集合后，电子设备可以对该候选角度集合中的每一最优角度进行角度扩展，从而将角度扩展后的最优候选角度集合作为上述目标角度集合。
在本发明实施例中，上述角度扩展可以在得到候选角度集合之后，构建信道模拟器之前的执行，在此，对上述角度扩展的执行时间不作具体限定。
在本发明实施例中，簇角度扩展可以用来衡量子径角度分布的集中程度，具体可以计算为子径角度的标准差。由于当簇角度扩展较小时，上述随机匹配的方式在时空相关性方面具有良好的匹配性，并且由于中心极限定理，上述等功率策略可以使得构建得到的信道模拟器中待仿真信道的包络概率密度函数(Probability density function，PDF)与理论值高度拟合。然而，当簇角度扩展较大时，上述随机匹配的方式表现出了显著的随机性和非遍历性，这将导致每次仿真结果存在较大的差异，并且仿真结果的可重复性较差，为信道仿真过程引入了不确定性因素。相比于上述随机匹配的方式，上述顺序匹配的方式可以有效克服随机匹配方式的随机性，使得待仿真信道在任何角度扩展条件下都是可以遍历的，从而提高构建得到的信道模拟器的准确性以及利用该信道模拟器进行信道仿真的仿真结果的准确性。
上述在对目标角度集合中的方位角和仰角进行匹配组合时，可以根据具体应用场景等选择匹配组合的方式，在此，对上述目标角度集合中的方位角和仰角进行匹配组合方式的方式不作具体限定。
步骤二，基于三维角度组合，构建三维信道模拟器。
一个可选的实施例中，上述构建得到的三维信道模拟器可以表示为：
Figure BDA0002947063260000131
其中，hu，s(t)为三维信道模拟器，pm为第m个子径的功率值，θm为待仿真信道中第m个子径的多普勒频移，t为时间，MS为用户设备端，
Figure BDA0002947063260000132
为基于MS端的目标角度功率谱所确定的三维角度组合，
Figure BDA0002947063260000133
为MS端天线u的位置矢量，BS为基站端，
Figure BDA0002947063260000134
为根据BS端的目标角度功率谱所确定的三维角度组合，
Figure BDA0002947063260000135
为BS端天线s的位置矢量，Φm为待仿真信道中第m个子径在[0，2π]均匀分布的随机变量。
一个可选的是实施例中，在上述步骤S107之后，也就是构建得到上述信道模拟器后，电子设备可以利用该信道模拟器进行信道仿真。在此，对信道仿真的过程不作具体说明。
一个可选的实施例中，根据图1所示的方法，本发明实施例还提供了一种信道模拟器构建方法。如图2所示，图2为本发明实施例提供的信道模拟器构建方法的第二种流程示意图。该方法包括以下步骤。
步骤S201，获取待仿真信道中信号的目标角度功率谱。
步骤S202，根据目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度。
步骤S203，针对每一子径角度，根据预设功率变化值，确定该子径角度对应的可选角度域。
步骤S204，针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度，得到每一可选角度域对应的候选角度集合。
步骤S205，基于目标角度功率谱，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，天线对为基站端中的天线对或用户设备端中的天线对。
步骤S206，针对每一候选角度集合，基于空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，并将选取出的最优角度更新到第二预设数量对应的最优角度集合中。
上述步骤S201-步骤S206与上述步骤S101-步骤S106相同。
步骤S207，在得到最优角度集合之后，计算最优角度集合中所有最优角度所对应的第一空间相关性残差值。
在本步骤中，电子设备可以根据上述空间相关性系数、最优角度集合中每一最优角度对应的功率值，以及最优角度集合中每一最优角度对应子径关于所有天线对的传输系数，计算最优角度集合中所有最优角度所对应的第一空间相关性残差值。
一个可选的实施例中，电子设备可以利用以下公式，计算得到最优角度集合中所有最优角度所对应的第一空间相关性残差值：
Figure BDA0002947063260000141
其中，R为第一空间相关性残差值，m为上述最优角度集合中包括的最优角度的数量，l为最优角度集合中的第l个最优角度。
步骤S208，针对最优角度集合中的每一最优角度，计算该最优角度对应候选角度集合中每一目标候选角度与最优角度集合中其他最优角度所对应的第二空间相关性残差值，目标候选角度为对应候选角度集合中除选取出的最优角度以外的候选角度。
为便于理解，现假设上述最优角度集合中包括3个最优角度，候选角度集合中包括10个候选角度，即上述第二预设数量为10，以最优角度集合中的一个最优角度，即角度1，该最优角度所对应的候选角度集合，即集合1为例进行说明。
电子设备在通过上述步骤S206将角度1确定为集合1中最优角度，并将角度1更新到最优角度集合中。在得到最优角度集合后，电子设备可以针对集合1中的每一目标候选角度，即集合1中除角度1以外的其他9个候选角度中的每一候选角度，计算该目标候选角度与最优角度集合中的其他最优角度，即最优角度集合中除角度1以外的其他2个最优角度，所对应的第二空间相关性残差值。关于第二空间相关性残差值的计算方式可参照上述第一空间相关性残差值的计算方式，在此不作具体说明。
步骤S209，针对最优角度集合中的每一最优角度，若该最优角度对应的候选角度集合中存在第二空间相关性残差值小于第一空间相关性残差值的目标候选角度，则将最小第二空间相关性残差值所对应的目标候选角度更新为最优角度集合中的最优角度。
在本步骤中，电子设备可以将上述第一空间相关性残差值与上述每一第二空间相关性残差值进行比较。当最优角度集合中的某一最优角度所对应的候选角度集合中存在第二空间相关性残差值小于第一空间相关性残差值的目标候选角度时，也就是最优角度所对应的候选角度集合中存在可以进一步降低空间相关性残差值的候选角度，此时，电子设备可以将该候选角度集合中与最小的第二空间相关性残差值所对应的目标候选角度更新为最优角度集合中的最优角度。也就是将最优角度集合中的最优角度更新为该最优角度对应候选角度集合中最小的第二空间相关性残差值所对应的目标候选角度。
为便于理解，仍以上述角度1和集合1为例进行说明。当集合1中存在某一目标候选角度，如角度2，与上述最优角度集合中的其他最优角度所对应的第二空间相关性残差值，小于角度1与最优角度集合中其他最优候选所对应的第一空间相关性残差值。此时，电子设备可以将最优角度集合中的角度1更新为角度2。
一个可选的实施例中，当上述最优角度集合中某一最优角度对应的候选角度集合中不存在第二空间相关性残差值小于第一空间相关性残差值的目标候选角度时，电子设备将不会对上述最优角度集合中的该最优角度进行更新操作。
一个可选的实施例中，在每一次对上述最优角度集合中的最优角度进行更新后，由于最优角度集合中包括的最优角度发生变化，此时，为了之后对最优角度集合中其他最优角度更新的准确性，电子设备需要重新计算上述第一空间相关性残差值，即重新执行上述步骤S207，或者电子设备可以将更新到最优角度集合中的目标候选角度所对应的第二空间相关性残差值作为上述最优角度集合中所有最优角度所对应的第一空间相关性残差值，并重新针对最优角度集合中的其他最优角度执行上述步骤S208。
在本发明实施例中，由于上述最优角度集合中的部分最优角度的影响，可能导致从其他候选角度集合中选取的最优角度所构成的最优角度集合的空间相关性残差最小化受到影响。因此，在确定上述最优角度集合中的最优角度后，电子设备通过上述步骤S207-步骤S209所示的回溯验证过程，对该最优角度集合中的每一最优角度进行回溯验证，从而使得最优角度集合中每一最优角度所对应的空间相关性残差最小化，降低确定出的最优角度集合局部最优的可能性，提高确定出的最优角度集合的准确性，从而提高构建得到的信道模拟器的准确性。
步骤S210，以最优角度集合为目标角度集合，基于目标角度集合，构建信道模拟器。
上述步骤S210与上述步骤S107相同。
一个可选的实施例中，根据图1所示的方法，本发明实施例还提供了一种信道模拟器构建方法。如图3所示，图3为本发明实施例提供的信道模拟器构建方法的第三种流程示意图。该方法包括以下步骤。
步骤S301，获取待仿真信道中信号的目标角度功率谱。
步骤S302，根据目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度。
步骤S303，针对每一子径角度，根据预设功率变化值，确定该子径角度对应的可选角度域。
步骤S304，针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度，得到每一可选角度域对应的候选角度集合。
步骤S305，基于目标角度功率谱，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，天线对为基站端中的天线对或用户设备端中的天线对。
步骤S306，针对每一候选角度集合，基于空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，并将选取出的最优角度更新到第二预设数量对应的最优角度集合中。
上述步骤S301-步骤S306与上述步骤S101-步骤S106相同。
步骤S307，针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括预设候选角度数量范围内每一第三预设数量个候选角度时的每一候选角度，得到每一第三预设数量下每一可选角度域对应的候选角度集合。
在本发明实施例中，用户可以针对上述步骤S303所确定的可选角度域，设置该可选角度域中包括的候选角度的数量范围，即上述预设候选角度数量范围。
一个可选的实施例中，上述第二预设数量可以在上述预设候选角度数量范围内。也就是上述第二预设数量可以为预设候选角度数量范围中包括的任一数值，并不起任何限定作用。上述第三预设数量为预设候选角度数量范围内除上述第二预设数量以外的任一数值。
上述预设候选角度数量范围可以根据用户经验或者试验数据等进行设定，在此不作具体说明。
在本发明实施例中，电子设备可以根据上述预设候选角度数量范围内包括的每一数值，即上述第二预设数量和每一第三预设数量，基于每一可选角度域的边界值，确定在每一预设数量下每一可选角度域对应的候选角度集合。也就是每一可选角度域在包括不同数量个候选角度时所对应的候选角度集合。
为便于理解，以上述预设候选角度数量范围为[N′，N*]为例进行说明。其中，N′为每一可选角度域所包括候选角度数量的最小值，N*为每一可选角度域所包括候选角度数量的最大值。
现假设上述[N′，N*]中所包括的整数只有N′和N*，针对步骤S302计算得到的每一子径角度对应的可选角度域，电子设备可以分别计算该子径角度对应的可选角度域在包括N′个候选角度时，该可选角度域中各候选角度的大小，得到在N′下每一可选角度域所对应候选角度集合；以及计算该子径角度对应的可选角度域在包括N*个候选角度时，该可选角度域中各候选角度的大小，得到在N*下每一可选角度域所对应候选角度集合。
上述第三预设数量下每一可选角度域对应的候选角度集合的确定过程，可参照上述第二预设数量下每一可选角度域对应的候选角度集合的确定过程，在此不作具体说明。
在本发明实施例中，上述步骤S307可以与上述步骤S304同时执行，也可以在上述步骤S304之后执行。图3仅以步骤S307在步骤S306后执行为例进行的说明，并不起限定作用。
步骤S308，针对同一第三预设数量下的每一候选角度集合，基于空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，得到每一第三预设数量下第一预设数量个子径的最优角度集合。
为便于理解，以上述预设候选角度数量范围为3-20为例，上述第二预设数量为3，第一预设数量为M为例进行说明。
通过上述步骤S307，电子设备可以得到每一第三预设数量下每一可选角度域对应的候选角度集合。也就是电子设备可以得到在候选角度集合包括4个候选角度的情况下，M个子径对应的候选角度集合，以及在候选角度集合包括5个候选角度的情况下，M个子径对应的候选角度集合，以此类推，得到6-20中每一数值下M个子径对应的候选角度集合。也就是得到与4-20中每一数值对应的16M个候选角度集合。
此时，电子设备可以针对同一数值下的M个候选角度集合，从每一候选角度集合中选取出M个最优角度，得到该数值下M个子径对应的最优角度集合。以数量4为例，电子设备可以针对包括4个候选角度的M个候选角度集合的每一候选角度集合，从该候选角度集合中选取出一个最优角度，得到可选角度域在包括4个候选角度的情况下，各子径对应的最优角度集合。以此类推，电子设备可以得到16个最优角度集合。
上述第三预设数量下第一预设数量个子径的最优角度集合的确定过程，可参照上述第二预设数量所对应的最优角度集合的确定过程，在此不作具体说明。
在本发明实施例中，针对每一子径角度对应的可选角度域，在执行上述步骤S307后，该可选角度域存在多个与其对应的候选角度集合，即第二预设数量下以及每一第三预设数量下对应的候选角度集合。因此，在执行上述步骤S308时，将得到多个最优角度集合，即第二预设数量所对应的最优角度集合，以及每一第三预设数量所对应的最优角度集合。通过上述步骤S308，确定出的最优角度集合的数量与上述预设候选角度数量范围内包括的整数的数量相同。
一个可选的实施例中，针对执行上述步骤S306所得到的第二预设数量对应的最优角度集合以及执行上述步骤S308所得到的每一第三预设数量对应最优角度集合中的每一最优角度集合，电子设备可以对该最优角度集合中包括的每一最优角度进行上述回溯验证过程，具体可参照上述步骤S207-步骤S209所示的回溯验证过程，在此不作具体说明。
步骤S309，将最小化最大空间相关性误差的最优候选角度数量所对应的最优角度集合，确定为目标角度集合。
在本步骤中，由于在执行上述步骤S308后，电子设备可以确定出多个最优角度集合，即上述执行上述步骤S306后得到的第二预设数量所对应的最优角度集合，以及上述步骤S308执行后得到的每一第三预设数量对应的最优角度集合。因此，电子设备可以根据空间相关性误差，确定出最小化最大空间相关性误差所对应的最优候选角度数量，从而将该最优候选角度数量所对应的最优角度集合确定为目标角度集合。
上述空间相关性误差是根据每一天线对所对应的空间相关性系数确定的。上述最优候选角度数量可以为上述预设候选角度数量范围中的任一数值。
一个可选的实施例中，电子设备可以利用以下公式，确定上述最优候选角度数量：
Figure BDA0002947063260000181
其中，Nopt为可选角度域的最优候选角度数量，
Figure BDA0002947063260000182
为最小值操作，
Figure BDA0002947063260000183
为最大值操作，N*为预设候选角度数量范围内的任一值，i为天线对中的第i个天线对，ρi为第i个天线对的目标空间相关性系数，
Figure BDA0002947063260000184
为N*所对应的最优角度集合所生成的关于第i个天线对的空间相关性系数，
Figure BDA0002947063260000185
m为最优角度集合中的第m个最优角度，M为最优角度集合中包括的最优角度的数量，i为第i个天线对，
Figure BDA0002947063260000186
为第i个天线对的空间相关性系数，p*为功率值，exp为以e为底的指数函数，j为虚数单位，π为圆周率，λ为信号波长，
Figure BDA0002947063260000187
为第i个天线对中天线u的位置矢量，
Figure BDA0002947063260000188
为第i个天线对中天线v的位置矢量，
Figure BDA0002947063260000189
为最优角度集合中第m个最优角度的单位矢量。
在本发明实施例中，上述目标空间相关性系数根据具体应用场景、用户需求等进行设定，在此不作具体限定。
为便于理解，仍以上述预设候选角度数量范围为3-20为例，对上述目标角度集合的确定进行说明。
通过上述步骤S308，电子设备可以得到17个最优角度集合，每一最优角度集合分别与3-20中的数值一一对应。此时，电子设备可以利用上述Nopt的计算公式，确定出最小化最大空间相关性误差所对应的候选角度数量，该候选角度数量可以为3-20中的任一数值。电子设备可以将该候选角度数量所对应的最优角度集合确定为上述目标角度集合。例如，确定出的候选角度数量为5，也就是最优角度集合中的每一最优角度均是从包括5个候选角度的候选角度集合中选取出的，电子设备可以将与5所对应的最优角度集合确定为目标角度集合。
在本发明实施例中，通过上述预设候选角度数量范围，使得每一可选角度域中候选角度的数量不是唯一的，从而增加了最优角度集合的数量，也就是增加了构建信道模拟器所用的目标角度集合的选择性，并通过空间相关性误差，将多个最优角度集合中最小化最大空间相关性误差的最优候选角度数量所对应的最优角度集合，确定为目标角度集合，这将有效提高基于该目标角度集合所构建得到的信道模拟器的准确性。
步骤S310，基于目标角度集合，构建信道模拟器。
上述步骤S310和步骤S107相同。
基于同一种发明构思，根据上述本发明实施例提供的信道模拟器构建方法，本发明实施例还提供了一种信道模拟器的构建装置。如图4所示，图4为本发明实施例提供的信道模拟器构建装置的一种结构示意图。该装置包括以下模块。
获取模块401，用于获取待仿真信道中信号的目标角度功率谱；
第一计算模块402，用于根据目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度；
第一确定模块403，用于针对每一子径角度，根据预设功率变化值，确定该子径角度对应的可选角度域；
第二确定模块404，用于针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度，得到每一可选角度域对应的候选角度集合；
第二计算模块405，用于基于目标角度功率谱，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，天线对为基站端中的天线对或用户设备端中的天线对；
第一选取模块406，用于针对每一候选角度集合，基于空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，并将选取出的最优角度更新到第二预设数量对应的最优角度集合中；
构建模块407，用于以最优角度集合为目标角度集合，基于目标角度集合，构建信道模拟器。
可选的，上述目标角度功率谱为目标方位角功率谱和/或目标仰角功率谱；
上述构建模块407，具体可以用于若目标角度功率谱为目标方位角功率谱或目标仰角功率谱，则基于目标角度集合中每一子径对应的方位角或仰角，构建二维信道模型；
若目标角度功率谱为目标方位角功率谱和目标仰角功率谱，则按照预设角度组合顺序，对目标角度集合中每一子径对应的方位角以及仰角进行组合，得到三维角度组合；并基于三维角度组合，构建三维信道模拟器。
可选的，上述第一选取模块406，具体可以用于针对每一候选角度集合，将该候选角度集合中使空间相关性残差向量的二阶范数最小的候选角度，确定为该候选角度集合的最优角度；空间相关性残差向量是根据空间相关性系数以及从第二预设数量所对应候选角度集合中选择出的每一候选角度的贡献值确定的，贡献值是根据子径的功率值和子径关于所有天线对的传输系数确定的。
可选的，上述第一选取模块406，具体可以用于针对每一候选角度集合，利用以下公式，确定该候选角度集合中的最优角度：
Figure BDA0002947063260000201
其中，
Figure BDA0002947063260000202
为候选角度集合中的最优角度，arg表示将
Figure BDA0002947063260000203
操作得到的最小θ′确定为
Figure BDA0002947063260000204
Figure BDA0002947063260000205
为最小值操作，θ′为候选角度集合中的任一候选角度，
Figure BDA0002947063260000206
为二阶范数的平方操作，m为第m次迭代，Rm为第m次迭代中的空间相关性残差向量，表示为
Figure BDA0002947063260000207
ρ为包含所有空间相关性系数的向量，p*为功率值，l为第l次从候选角度集合中选择最优角度，
Figure BDA0002947063260000208
为第l次从候选角度集合中选择出的最优角度，
Figure BDA0002947063260000209
为
Figure BDA00029470632600002010
对应子径关于所有天线对的传输系数向量，F(θ′)为候选角度θ′关于所有天线对的传输系数向量，i为所有天线对中的第i个天线对，第l个从候选角度集合中选择出的最优角度对应子径关于第i个天线对的传输系数表示为
Figure BDA00029470632600002011
exp为以e为底的指数函数，j为虚数单位，π为圆周率，λ为信号波长，
Figure BDA00029470632600002012
为第i个天线对中的天线u的位置矢量，
Figure BDA00029470632600002013
为第i个天线对中的天线v的位置矢量，
Figure BDA00029470632600002014
为
Figure BDA00029470632600002015
的单位矢量。
可选的，上述信道模拟器构建装置还可以包括：
第三计算模块，用于在得到最优角度集合之后，计算最优角度集合中所有最优角度所对应的第一空间相关性残差值；
第四计算模块，用于针对最优角度集合中的每一最优角度，计算该最优角度对应候选角度集合中每一目标候选角度与最优角度集合中其他最优角度所对应的第二空间相关性残差值，目标候选角度为对应候选角度集合中除选取出的最优角度以外的候选角度；
更新模块，用于针对最优角度集合中的每一最优角度，若该最优角度对应的候选角度集合中存在第二空间相关性残差值小于第一空间相关性残差值的目标候选角度，则将最小第二空间相关性残差值所对应的目标候选角度更新为最优角度集合中的最优角度。
可选的，上述第二预设数量在预设候选角度数量范围内；
上述信道模拟器构建装置还可以包括：
第三确定模块，用于针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括预设候选角度数量范围内每一第三预设数量个候选角度时的每一候选角度，得到每一第三预设数量下每一可选角度域对应的候选角度集合；
第二选取模块，用于针对同一第三预设数量下的每一候选角度集合，基于空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，得到每一第三预设数量下第一预设数量个子径的最优角度集合；
第四确定模块，用于将最小化最大空间相关性误差的最优候选角度数量所对应的最优角度集合，确定为目标角度集合，执行基于目标角度集合，构建信道模拟器的步骤；其中，空间相关性误差是根据每一天线对所对应的空间相关性系数确定的。
可选的，上述最优候选角度数量可以利用以下公式确定：
Figure BDA0002947063260000211
其中，Nopt为可选角度域的最优候选角度数量，
Figure BDA0002947063260000212
为最小值操作，
Figure BDA0002947063260000213
为最大值操作，N*为预设候选角度数量范围内的任一值，i为天线对中的第i个天线对，ρi为第i个天线对的目标空间相关性系数，
Figure BDA0002947063260000214
为N*所对应的最优角度集合所生成的关于第i个天线对的空间相关性系数，
Figure BDA0002947063260000215
m为最优角度集合中的第m个最优角度，M为最优角度集合中包括的最优角度的数量，i为第i个天线对，
Figure BDA0002947063260000216
为第i个天线对的空间相关性系数，p*为功率值，exp为以e为底的指数函数，j为虚数单位，π为圆周率，λ为信号波长，
Figure BDA0002947063260000217
为第i个天线对中天线u的位置矢量，
Figure BDA0002947063260000218
为第i个天线对中天线v的位置矢量，
Figure BDA0002947063260000219
为最优角度集合中第m个最优角度的单位矢量。
可选的，上述第一确定模块403，具体可以用于针对每一子径角度，利用以下公式，计算该子径角度对应的可选角度域：
Figure BDA00029470632600002110
Figure BDA00029470632600002111
其中，m为第一预设数量个子径中的第m个子径，Ωm为第m个子径的子径角度，
Figure BDA00029470632600002112
为第m个子径的可选角度域的左边界值，
Figure BDA00029470632600002113
为第m个子径的可选角度域的右边界值，P(Ω)为目标角度功率谱，PV为预设功率变化值，
Figure BDA00029470632600002114
为对P(Ω)在区间
Figure BDA00029470632600002115
的积分操作，
Figure BDA00029470632600002116
为对P(Ω)在区间
Figure BDA00029470632600002117
的积分操作；
上述第二确定模块404，具体可以用于针对每一可选角度域，利用以下公式，计算该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度：
Figure BDA0002947063260000221
其中，
Figure BDA0002947063260000222
为第m个子径对应可选角度域中的第n个候选角度，
Figure BDA0002947063260000223
为第m个子径的可选角度域的左边界值，δm为第m个子径对应可选角度域的大小，N为第二预设数量，n为第n个候选角度，γm为预设偏移量。
可选的，上述第二计算模块405，具体可以用于利用以下公式，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数：
Figure BDA0002947063260000224
其中，u为第u个天线，v为第v个天线，i为包括天线u和天线v的第i个天线对，ρl(i)为第u个天线和第v个天线间的空间相关性系数，函数exp为以e为底的指数函数，j为虚数单位，π为圆周率，λ为信号波长，
Figure BDA0002947063260000225
为天线u的位置矢量，
Figure BDA0002947063260000226
为天线v的位置矢量，Ω为子径角度，
Figure BDA0002947063260000227
为子径角度的单位矢量，P(Ω)为目标角度功率谱，∮dΩ为对Ω的围道积分操作。
通过本发明实施例提供的装置，可以根据待仿真信道中信号的目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度，从而确定出每一子径角度对应的可选角度域，以及每一可选角度域在同一第二预设数量下包括的各候选角度，即得到每一可选角度域对应的候选角度集合，从而针对每一候选角度集合，基于每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，从该候选角度集合中选取出最优角度更新到最优角度集合中，并以最优角度集合为目标角度集合，构建信道模拟器。相比于相关技术，在通过等功率策略确定多个子径角度后，进一步确定每一子径角度对应的候选角度集合，从而基于天线间的空间相关性系数，从候选角度集合中选取出最优角度，充分考虑了天线间的空间相关性系数，这在保证各个子径间独立分布的同时，降低了相关技术中对称采样所引入的冗余，以及时域在某些情况下发生突变的可能性，有效提高了确定出的每一子径角度的准确性，从而提高了基于该子径角度构建得到的信道模拟器的准确性，以及利用构建得到的信道模拟器进行信道仿真的仿真结果的准确性。
基于同一种发明构思，根据上述本发明实施例提供的信道模拟器构建方法，本发明实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，包括处理器501、通信接口502、存储器503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信，
存储器503，用于存放计算机程序；
处理器501，用于执行存储器503上所存放的程序时，实现如下步骤：
获取待仿真信道中信号的目标角度功率谱；
根据目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度；
针对每一子径角度，根据预设功率变化值，确定该子径角度对应的可选角度域；
针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度，得到每一可选角度域对应的候选角度集合；
基于目标角度功率谱，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，天线对为基站端中的天线对或用户设备端中的天线对；
针对每一候选角度集合，基于空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，并将选取出的最优角度更新到第二预设数量对应的最优角度集合中；
以最优角度集合为目标角度集合，基于目标角度集合，构建信道模拟器。
通过本发明实施例提供的电子设备，可以根据待仿真信道中信号的目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度，从而确定出每一子径角度对应的可选角度域，以及每一可选角度域在同一第二预设数量下包括的各候选角度，即得到每一可选角度域对应的候选角度集合，从而针对每一候选角度集合，基于每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，从该候选角度集合中选取出最优角度更新到最优角度集合中，并以最优角度集合为目标角度集合，构建信道模拟器。相比于相关技术，在通过等功率策略确定多个子径角度后，进一步确定每一子径角度对应的候选角度集合，从而基于天线间的空间相关性系数，从候选角度集合中选取出最优角度，充分考虑了天线间的空间相关性系数，这在保证各个子径间独立分布的同时，降低了相关技术中对称采样所引入的冗余，以及时域在某些情况下发生突变的可能性，有效提高了确定出的每一子径角度的准确性，从而提高了基于该子径角度构建得到的信道模拟器的准确性，以及利用构建得到的信道模拟器进行信道仿真的仿真结果的准确性。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，还可以是专用处理器，包括网络处理器(Network Processor，NP)，数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)等。
基于同一种发明构思，根据上述本发明实施例提供的信道模拟器构建方法，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一信道模拟器构建方法的步骤。
基于同一种发明构思，根据上述本发明实施例提供的信道模拟器构建方法，本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一信道模拟器构建方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序的形式实现。所述计算机程序包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备、计算机可读存储介质、计算机程序等实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种信道模拟器构建方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待仿真信道中信号的目标角度功率谱；
根据所述目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度；
针对每一子径角度，根据预设功率变化值，确定该子径角度对应的可选角度域；
针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度，得到每一可选角度域对应的候选角度集合；
基于所述目标角度功率谱，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，所述天线对为基站端中的天线对或用户设备端中的天线对；
针对每一候选角度集合，基于所述空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，并将选取出的最优角度更新到所述第二预设数量对应的最优角度集合中；
以所述最优角度集合为目标角度集合，基于所述目标角度集合，构建信道模拟器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标角度功率谱为目标方位角功率谱和/或目标仰角功率谱；
所述基于所述目标角度集合，构建信道模拟器的步骤，包括：
若所述目标角度功率谱为所述目标方位角功率谱或所述目标仰角功率谱，则基于所述目标角度集合中每一子径对应的方位角或仰角，构建二维信道模型；
若所述目标角度功率谱为所述目标方位角功率谱和所述目标仰角功率谱，则按照预设角度组合顺序，对所述目标角度集合中每一子径对应的方位角以及仰角进行组合，得到三维角度组合；并基于所述三维角度组合，构建三维信道模拟器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对每一候选角度集合，基于所述空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度的步骤，包括：
针对每一候选角度集合，将该候选角度集合中使空间相关性残差向量的二阶范数最小的候选角度，确定为该候选角度集合的最优角度；所述空间相关性残差向量是根据所述空间相关性系数以及从所述第二预设数量所对应候选角度集合中选择出的每一候选角度的贡献值确定的，所述贡献值是根据子径的功率值和子径关于所有天线对的传输系数确定的。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述针对每一候选角度集合，将该候选角度集合中使空间相关性残差向量的二阶范数最小的候选角度，确定为该候选角度集合的最优角度的步骤，包括：
针对每一候选角度集合，利用以下公式，确定该候选角度集合中的最优角度：
Figure FDA0002947063250000021
其中，
Figure FDA0002947063250000022
为候选角度集合中的最优角度，arg表示将
Figure FDA0002947063250000023
操作得到的最小θ′确定为
Figure FDA0002947063250000024
Figure FDA0002947063250000025
为最小值操作，θ′为候选角度集合中的任一候选角度，
Figure FDA0002947063250000026
为二阶范数的平方操作，m为第m次迭代，Rm为第m次迭代中的空间相关性残差向量，表示为
Figure FDA0002947063250000027
ρ为包含所有空间相关性系数的向量，p*为所述功率值，l为第l次从候选角度集合中选择最优角度，
Figure FDA0002947063250000028
为第l次从候选角度集合中选择出的最优角度，
Figure FDA0002947063250000029
为
Figure FDA00029470632500000210
对应子径关于所有天线对的传输系数向量，F(θ′)为候选角度θ′关于所有天线对的传输系数向量，i为所有天线对中的第i个天线对，第l个从所述候选角度集合中选择出的最优角度对应子径关于第i个天线对的传输系数表示为
Figure FDA00029470632500000211
exp为以e为底的指数函数，j为虚数单位，π为圆周率，λ为信号波长，
Figure FDA00029470632500000212
为第i个天线对中的天线u的位置矢量，
Figure FDA00029470632500000213
为第i个天线对中的天线v的位置矢量，
Figure FDA00029470632500000214
为
Figure FDA00029470632500000215
的单位矢量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在得到所述最优角度集合之后，还包括：
计算所述最优角度集合中所有最优角度所对应的第一空间相关性残差值；
针对所述最优角度集合中的每一最优角度，计算该最优角度对应候选角度集合中每一目标候选角度与所述最优角度集合中其他最优角度所对应的第二空间相关性残差值，所述目标候选角度为对应候选角度集合中除选取出的最优角度以外的候选角度；
针对所述最优角度集合中的每一最优角度，若该最优角度对应的候选角度集合中存在所述第二空间相关性残差值小于所述第一空间相关性残差值的目标候选角度，则将最小第二空间相关性残差值所对应的目标候选角度更新为所述最优角度集合中的最优角度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二预设数量在预设候选角度数量范围内；
在基于所述目标角度集合，构建信道模拟器之前，还包括：
针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括所述预设候选角度数量范围内每一第三预设数量个候选角度时的每一候选角度，得到每一第三预设数量下每一可选角度域对应的候选角度集合；
针对同一第三预设数量下的每一候选角度集合，基于所述空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，得到每一第三预设数量下所述第一预设数量个子径的最优角度集合；
将最小化最大空间相关性误差的最优候选角度数量所对应的最优角度集合，确定为所述目标角度集合，执行所述基于所述目标角度集合，构建信道模拟器的步骤；其中，所述空间相关性误差是根据每一天线对所对应的空间相关性系数确定的。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述最优候选角度数量利用以下公式确定：
Figure FDA0002947063250000031
其中，Nopt为可选角度域的最优候选角度数量，
Figure FDA0002947063250000032
为最小值操作，
Figure FDA0002947063250000033
为最大值操作，N*为所述预设候选角度数量范围内的任一值，i为天线对中的第i个天线对，ρi为第i个天线对的目标空间相关性系数，
Figure FDA0002947063250000034
为N*所对应的最优角度集合所生成的关于第i个天线对的空间相关性系数，
Figure FDA0002947063250000035
m为最优角度集合中的第m个最优角度，M为最优角度集合中包括的最优角度的数量，i为第i个天线对，
Figure FDA0002947063250000036
为第i个天线对的空间相关性系数，p*为所述功率值，exp为以e为底的指数函数，j为虚数单位，π为圆周率，λ为信号波长，
Figure FDA0002947063250000037
为第i个天线对中天线u的位置矢量，
Figure FDA0002947063250000038
为第i个天线对中天线v的位置矢量，
Figure FDA0002947063250000039
为最优角度集合中第m个最优角度的单位矢量。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对每一子径角度，根据预设功率变化值，确定该子径角度对应的可选角度域的步骤，包括：
针对每一子径角度，利用以下公式，计算该子径角度对应的可选角度域：
Figure FDA00029470632500000310
Figure FDA00029470632500000311
其中，m为所述第一预设数量个子径中的第m个子径，Ωm为第m个子径的子径角度，
Figure FDA00029470632500000312
为第m个子径的可选角度域的左边界值，
Figure FDA00029470632500000313
为第m个子径的可选角度域的右边界值，P(Ω)为所述目标角度功率谱，PV为所述预设功率变化值，
Figure FDA00029470632500000314
为对P(Ω)在区间
Figure FDA00029470632500000315
的积分操作，
Figure FDA00029470632500000316
为对P(Ω)在区间
Figure FDA00029470632500000317
的积分操作；
所述针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度的步骤，包括：
针对每一可选角度域，利用以下公式，计算该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度：
Figure FDA00029470632500000318
其中，
Figure FDA0002947063250000041
为第m个子径对应可选角度域中的第n个候选角度，
Figure FDA0002947063250000042
为第m个子径的可选角度域的左边界值，δm为第m个子径对应可选角度域的大小，N为所述第二预设数量，n为第n个候选角度，γm为预设偏移量。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标角度功率谱，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数的步骤，包括：
利用以下公式，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数：
Figure FDA0002947063250000043
其中，u为第u个天线，v为第v个天线，i为包括天线u和天线v的第i个天线对，ρl(i)为第u个天线和第v个天线间的空间相关性系数，函数exp为以e为底的指数函数，j为虚数单位，π为圆周率，λ为信号波长，
Figure FDA0002947063250000044
为天线u的位置矢量，
Figure FDA0002947063250000045
为天线v的位置矢量，Ω为子径角度，
Figure FDA0002947063250000046
为子径角度的单位矢量，P(Ω)为所述目标角度功率谱，∮dΩ为对Ω的围道积分操作。
10.一种信道模拟器构建装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取待仿真信道中信号的目标角度功率谱；
第一计算模块，用于根据所述目标角度功率谱，计算待仿真信道中第一预设数量个子径在功率值相等的情况下每一子径的子径角度；
第一确定模块，用于针对每一子径角度，根据预设功率变化值，确定该子径角度对应的可选角度域；
第二确定模块，用于针对每一可选角度域，根据该可选角度域的边界值，确定该可选角度域在包括第二预设数量个候选角度时的每一候选角度，得到每一可选角度域对应的候选角度集合；
第二计算模块，用于基于所述目标角度功率谱，计算每一天线对所包括的两个天线间的空间相关性系数，所述天线对为基站端中的天线对或用户设备端中的天线对；
第一选取模块，用于针对每一候选角度集合，基于所述空间相关性系数，从该候选角度集合包括的候选角度中选取最优角度，并将选取出的最优角度更新到所述第二预设数量对应的最优角度集合中；
构建模块，用于以所述最优角度集合为目标角度集合，基于所述目标角度集合，构建信道模拟器。
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