无线通信信道阴影衰落插值方法技术

本发明专利技术公开了一种无线通信信道阴影衰落插值方法，具体包括：区域网格化，网格端点位置阴影衰落变量获取，网格内部插值。其中，用于覆盖选定区域的网格为正多边形，网格端点位置的阴影衰落可通过测量或其它现有的建模方法获取，网格内部插值与正多边形端点变量符合阴影衰落相关特性，该插值方法具有精度高，复杂度低，实现简单的特点。

A shadow fading interpolation method for wireless communication channels

The invention discloses a shadow fading interpolation method for wireless communication channel, which includes: area grid, mesh endpoint location shadow fading variable acquisition, and internal interpolation of grid. Among them, the grid used to cover the selected area is a positive polygon, and the shadow fading of the endpoint position of the grid can be obtained by measurement or other existing modeling methods. The internal interpolation of the grid and the endpoint variables of the normal polygon are in accordance with the shadow fading correlation characteristics. The interpolation method has high accuracy, low complexity and simple realization.

【技术实现步骤摘要】
无线通信信道阴影衰落插值方法
本专利技术涉及一种无线通信信道阴影衰落插值方法，属于无线通信

技术介绍
在无线通信系统中，从信号发射端到接收端之间的信道状态直接影响接收信号的质量，因而通信系统性能与无线信道具有密切关系。信道反应在通信过程中环境对信号传输的影响。信道建模和信道参数估计在无线通信研究开发过程中具有至关重要的作用。无线通信的信道由路径损耗、阴影衰落和小尺度衰落来表征。路径损耗是信号发射端到接收端之间距离的函数，可表示为参考距离损耗与相对距离的指数运算之和，其中指数一般为2～4之间的实数。阴影衰落由信号传输过程中的障碍物遮挡引起，衰落强度一般可表示为对数正态分布。小尺度衰落由信号的多径传输引起，多个随机信号叠加使信号的幅度呈现瑞利分布。从同一个发射端到两个不同位置的接收端，在与障碍物尺度相当的空间范围，信号的阴影衰落具有关联性，这种相关为阴影衰落的自相关。从不同发射端到同一接收端的信号阴影衰落之间的相关称为阴影衰落的互相关。本专利技术涉及阴影衰落自相关。描述阴影衰落自相关的模型有很多种，其中最常用的是指数衰减的相关模型。如果A、B两点之间的距离为d，这两点的阴影衰落值用dB表示分别为xA和xB，那么它们之间的相关系数可表示为：其中，σA和σA分别表示xA和xB的均方根，d0为阴影衰落相关距离。在对某一区域的阴影衰落进行建模时，为了满足阴影衰落的相关性，可以采用乔里斯基分解方法或者滤波的方法。首先对区域进行网格划分，产生和网格节点数相对应的统计独立同分布的高斯变量，然后对变量进行加权获得各端点的阴影衰落值。为了获得加权系数，首先根据距离关系构建网格节点间的阴影衰落相关矩阵，然后用乔里斯基分解方法求相关矩阵的平方根。当节点个数较多时，该方法由于复杂度过高而难于实现。滤波的方法根据节点间的相关系数构造一阶或多阶滤波器。滤波的方法在一维空间比较有效，但是在二维空间误差较大。在获得网格节点的阴影衰落后，网格内部的阴影衰落可通过插值方法得到，现有的方法包括线性插值及取最近节点的数值。本专利技术提供一种插值方法具有较低的复杂度且满足二维相关特性。
技术实现思路
针对空间相关的阴影衰落，本专利技术公开了一种可用于无线通信信道阴影衰落建模及信道阴影衰落估计的插值方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了无线通信信道阴影衰落插值方法，采用正多边形网格对建模区域进行划分，得到正多边形端点相互相关构成的循环移位矩阵，利用循环位移矩阵的特性，计算阴影衰落插值。进一步的，本专利技术具体包括以下步骤：S1.区域网格化：用正多边形网格覆盖选定的区域；S2.获取网格端点位置阴影衰落变量；S3.通过变换域方法对网格内阴影衰落插值。进一步的，步骤S3具体包括以下步骤：S3-1.对于正N边形，端点i∈{0,1,…,N-1}和j∈{0,1,…,N-1}之间的距离为d(i-j)mod(N)，其中mod(x)表示对x取模运算；S3-2.正N边形端点的阴影衰落变量可表示为向量x＝[x0,x1,…xN-1]；S3-3.对应随距离指数衰减的阴影衰落相关，设阴影衰落的相关距离为d0，正N边形端点i和端点(i+k)mod(N)，k∈{0,1,…,N-1}，的阴影衰落变量的相关系数可表示为向量S3-4.设网格内一点p到正N边形端点i的距离为ri，i＝0,1,…,N-1，计算S3-5.设F为长度为N的傅立叶变换矩阵，F-1为长度为N的傅立叶逆变换矩阵，计算d＝Fc及D＝diag(1./d)，其中diag(x)表示以向量x为对角线构造的对角矩阵，./表示除以每个元素；S3-6.计算S3-7.计算S3-8.网格内点p的阴影衰落插值计算其中yp是与xi，i＝0,1,…,N-1统计独立的N(0,σ)随机变量。进一步的，步骤2具体包括：在对步骤S1中的区域的阴影衰落进行建模，先产生和正多边形网格端点数目相同的统计独立同分布N(0,σ)的随机变量，σ为阴影衰落方差，采用乔里斯基分解方法或滤波的方法得到网格端点位置阴影衰落变量。进一步的，步骤2对于阴影衰落估计，网格端点位置阴影衰落变量通过测量得到。有益效果：本专利技术与现有技术相比，本专利技术通过区域网格化，网格端点位置阴影衰落变量获取及网格内部插值，覆盖选定区域的网格为正多边形，网格内部插值采用变换域方法，插值结果与相邻正多边形端点变量符合阴影衰落相关特性。该方法具有精度高、复杂度低及实现简单的特点，对某个通信区域的任意位置进行阴影衰落建模或阴影衰落估计，可采用本专利技术方法。附图说明图1为实施例正六边形网格覆盖示意图；图2为实施例正六边形端点阴影衰落变量示意图；图3为实施例正方形网格线性插值阴影衰落结果的方差示意图；图4为实施例插值结果与所属网格端点阴影衰落变量的相关示意图；图5为线性插值结果与所属网格端点阴影衰落变量的相关示意图；图6为本实施例方法插值结果与网格端点阴影衰落变量的相关示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术方案设计作进一步的描述。本专利技术采用正多边形网格对建模区域进行划分，正多边形的端点具有循环对称的特点，端点之间的距离也具有循环对称性，阴影衰落相关是距离的函数，因此正多边形端点之间的阴影相关也是循环对称的，端点相互相关构成的相关矩阵是循环移位矩阵。利用循环矩阵的特性，使计算复杂度大为降低。本实施例采用边长为d的正六边形，参见图2，端点0到端点i,i＝0,1,…,5之间的距离为0,d,2d,d；同样的端点j到端点(j+i)mod(6)，i＝0,1,…,5，之间的距离也是0,d,2d,d。对应随距离指数衰减的阴影衰落相关，0,d,2d,d对应的相关系数为因此，边长为d的正六边形端点变量x＝[x0,x1,…x5]的阴影相关E{x'x}构成循环位移矩阵：根据步骤S3-7和S3-8，加权系数向量对于循环移位矩阵Ψ具有特性：F·Ψ·F-1＝diag(Fc)；因此，以上的矩阵求逆可以采用以下方法计算：Ψ-1＝F-1·diag(1./(Fc))·F。本实施例比直接求逆要容易得多，计算复杂度由点数的三次方下降为线性。本专利技术方法使内插点满足变量方差归一化的要求，并且与所属网格的多边形端点间完全符合阴影衰落的二维相关性，比已有的线性插值具有更好的精度。根据步骤3的g)和h)，使用本专利技术方法构造的插值满足变量方差归一化的要求。图3是网格节点间距为0.4d0时使用线性插值得到的变量的方差，可见此结果不能完全满足变量方差归一化的要求。图4是使用本专利技术方法得到的插值结果与所属网格端点阴影衰落变量的相关，仿真实验结果和理论的相关曲线完全吻合。图5是使用线性插值方法在网格节点间距为0.4d0时得到的结果。根据图4和图5的对比可以看到本专利技术方法比线性插值方法有更高的精度。图6是使用本专利技术方法的插值结果与所属网格及其它网格端点阴影衰落变量的相关，可以看到插值结果与其它网格端点也能很好符合相关的特性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.无线通信信道阴影衰落插值方法，其特征在于：采用正多边形网格对建模区域进行划分，得到正多边形端点相互相关构成的循环移位矩阵，利用循环位移矩阵的特性，计算阴影衰落插值。

【技术特征摘要】
1.无线通信信道阴影衰落插值方法，其特征在于：采用正多边形网格对建模区域进行划分，得到正多边形端点相互相关构成的循环移位矩阵，利用循环位移矩阵的特性，计算阴影衰落插值。2.根据权利要求1所述的无线通信信道阴影衰落插值方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.区域网格化：用正多边形网格覆盖选定的区域；S2.获取网格端点位置阴影衰落变量；S3.通过变换域方法对网格内阴影衰落插值。3.根据权利要求2所述的无线通信信道阴影衰落插值方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括以下步骤：S3-1.对于正N边形，端点i∈{0,1,…,N-1}和j∈{0,1,…,N-1}之间的距离为d(i-j)mod(N)，其中mod(x)表示对x取模运算；S3-2.正N边形端点的阴影衰落变量可表示为向量x＝[x0,x1,…xN-1]；S3-3.对应随距离指数衰减的阴影衰落相关，设阴影衰落的相关距离为d0，正N边形端点i和端点(i+k)mod(N)，k∈{0,1,…,N-1}，的阴影...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴炳洋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32