一种多墙嵌入损耗模型的建立方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种多墙穿透损耗模型的建立方法及其应用，属于无线通信技术领域。通过利用两个独立的Gamma变量的乘积来描述两面墙存在或不存在情况下的接收功率。提出了一种闭合表达式来表示穿过两堵墙所引起的信号损耗的小尺度分布特性，解决了目前存在的多面墙所导致的信号波动更加复杂从而传统模型无法进行准确描述其特性的问题，使得能够对超密集小小区网络下无线信号的墙体嵌入损耗进行准确预测，从而更好的解决室内通信的覆盖空洞和增强用户的体验质量。

Establishment and Application of a Multi-wall Embedded Loss Model

The invention discloses a method for establishing a multi-wall penetration loss model and its application, which belongs to the field of wireless communication technology. The received power is described by the product of two independent Gamma variables in the presence or absence of two walls. A closed expression is proposed to represent the small-scale distribution characteristics of signal loss caused by crossing two walls, which solves the problem that the signal fluctuation caused by multi-wall is more complex and the traditional model can not accurately describe its characteristics, and makes it possible to accurately predict the wall embedding loss of wireless signals in ultra-dense small cell networks, thus better. Resolve the blank coverage of indoor communication and enhance the user's experience quality.

【技术实现步骤摘要】
一种多墙嵌入损耗模型的建立方法及其应用
本专利技术涉及一种多墙嵌入损耗模型的建立方法及其应用，属于无线通信

技术介绍
超密集小小区(ultra-densesmallcell,UDSC)是5G系统中的一个关键候选技术，它的主要目的是为了解决室内通信的覆盖空洞和增强用户的体验质量。UDSC的成功运用依赖于对室内信道的传播特点的全面研究。在室内场景下多面墙会导致明显的信号强度衰减。因此有必要探究在UDSC网络下的墙体嵌入损耗。近年来，研究人员进行了相当大量的关于墙体嵌入损耗的测量活动。总的来说，它们可以分成两类。第一类描述了电磁波穿透损耗与传输介质，频率，天线等参数的关系。第二类介绍了嵌入损耗的统计特性。但是上述研究都集中在单面墙、很少将多墙的影响纳入考虑之中。由多面墙所导致的信号波动更加复杂，一些传统的分布例如Rayleigh,Gamma分布很难建模这种特性。
技术实现思路
为了解决目前存在的多面墙所导致的信号波动更加复杂从而传统模型无法进行准确描述其特性问题，本专利技术提供了一种多墙嵌入损耗模型的建立方法及其应用。本专利技术的第一个目的在于提供一种Nakagami衰落信道下多墙嵌入损耗模型的建立方法，所述方法包括：(1)在Nakagami衰落信道下，定义无线信号在没有穿透过两堵内墙(或者穿透过两堵内墙)的情况下的接收功率为一个随机变量，且服从Gamma-Gamma随机分布；(2)根据(1)定义将无线信号穿过两堵室内墙的嵌入损耗的小尺度分布随机特性建模为两个独立但是不同参数的Gamma-Gamma变量的比值；(3)得出Nakagami衰落信道下多墙嵌入损耗模型的概率密度函数(PDF)和均值。可选的，所述(1)中，无线信号穿过单堵室内墙或者不穿过室内墙的情况下，无线信号的幅度服从Nakagami分布，从而无线信号的瞬时功率(用P表示)服从Gamma分布：Pfre_1～Gamma(m1,w1)，Pobs_1～Gamma(m2,w2)其中，Pfre_1表示无线信号在没有室内墙阻隔的情况下第一次测量时的瞬时功率，Pobs_1表示无线信号穿过单个室内墙的瞬时功率；相应的，用相同的方法定义无线信号穿过(或者没有穿过)情况下的瞬时功率：Pfre_2～Gamma(m3,w3)，Pobs_2～Gamma(m4,w4)其中，Pfre_2表示无线信号在没有室内墙阻隔的情况下第二次测量时的瞬时功率，Pobs_2表示无线信号穿过另一堵室内墙的瞬时功率；瞬时功率P的PDF给出如下：其中，mi和wi(i＝1,2,3,4)是Gamma分布的形状因子和尺度因子。这些参数与环境因素有关，可以从测量数据中提取。可选的，所述(2)包括：将随机变量Pfre_1和Pfre_2或者Pobs_1和Pobs_2的乘积描述为一个Gamma-Gamma分布随机变量；定义Y表示所述Gamma-Gamma随机变量；则Y1＝fre_1.Pfre_2Y2＝obs_1.Pobs_2Y的PDF为：其中，α和β为形状因子，下标i＝1表示没有两堵内墙阻隔的情况，i＝2表示存在两堵内墙的情况，Ω为随机变量Y的期望；Kv(·)是修正的第二类贝塞尔函数，Г(·)是Gamma函数；m1＝α1，w1＝1/α1；m3＝β1，w3＝Ω1/β；m2＝α2，w2＝1/α2；m4＝β2，w4＝Ω2/β2。可选的，所述(3)包括：定义无线信号穿过两堵室内墙的嵌入损耗为X，则所以随机变量X的PDF为：其中，λ＝1-α1-β1-α2-β2，μ＝α1-β1，v＝α2-β2，a＝2(α1β1x/Ω1)1/2，b＝2(α2β2/Ω2)1/2；F(·)是高斯超几何函数；Nakagami衰落信道下多墙嵌入损耗的均值为：可选的，所述方法还包括：采用K-S检验来衡量Nakagami衰落信道下，多墙嵌入损耗模型与实际测量数据之间的拟合程度。本专利技术的第二个目的在于提供上述Nakagami衰落信道下多墙穿透损耗模型的建立方法，以及建立的模型在无线通信
内的应用。本专利技术的第三个目的在于提供一种无线信号多墙嵌入损耗模型，所述模型采用上述Nakagami衰落信道下多墙嵌入损耗模型的建立方法建立。可选的，所述模型用于在室内通信中，描述无线信号穿透多堵墙所引起的信号波动的随机特性。可选的，所述模型用于预测室内通信中无线信号穿透多墙后的嵌入损耗。可选的，所述模型应用于室内超密集小小区网络中。可选的，所述模型采用K-S检验来衡量Nakagami衰落信道下，多墙嵌入损耗模型与实际测量数据之间的拟合程度。本专利技术有益效果是：通过利用两个独立的Gamma变量的乘积来描述在Nakagami信道下，无线信号在两面墙存在或不存在情况下的接收功率。提出了一种闭合表达式来表示穿过两堵墙所引起的信号损耗的小尺度分布特性，解决了目前存在的多面墙所导致的信号波动更加复杂从而传统模型无法进行准确描述其特性的问题，使得能够对超密集小小区网络下无线信号的墙体嵌入损耗进行准确秒速，从而更好的解决室内通信的覆盖空洞和增强用户的体验质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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是在4.95-5.05GHz下，所提出的模型，相应的对数正态分布和归一化测量数据的PDF。图2是在3.95-4.05GHz下，所提出的模型，相应的对数正态分布和归一化测量数据的PDF。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一：下面对本专利技术提出的Nakagami衰落信道下多墙嵌入损耗模型进行详细的描述：(1)在Nakagami衰落信道下，无线信号穿过单个墙(或没有墙存在)的情况下，信号的幅度服从Nakagami分布，从而无线信号的瞬时功率(用P表示)服从Gamma分布：Pfre_1～Gamma(m1，w1)，Pobs_1～Gamma(m2,w2)其中，Pfre_1表示无线信号在没有室内墙阻隔的情况下第一次测量时的瞬时功率，Pobs_1表示无线信号穿过单个室内墙的瞬时功率；相应的，用相同的方法定义无线信号穿过(或者没有穿过)情况下的瞬时功率：Pfre_2～Gamma(m3,w3)，Pobs_2～Gamma(m4,w4)其中，Pfre_2表示无线信号在没有室内墙阻隔的情况下第一次测量时的瞬时功率，Pobs_2表示无线信号穿过另一堵室内墙的瞬时功率；瞬时功率P的PDF给出如下：其中，mi和wi(i＝1,2,3,4)是Gamma分布的形状因子和尺度因子。这些参数与环境因素有关，可以从测量数据中提取。(2)将随机变量Pfre_1和Pfre_2(或者Pobs_1和Pobs_2)的乘积描述为一个Gamma-Gamma分布随机变量；则Y1＝fre_1.Pfre_2Y2＝Pobs_1.Pobs_2定义Y(Y≥0)表示一个Gamma-Gamma随机变量，则Y的PDF为：其中，α和β是形状因子，Ω为随机变量Y的期望；Kv(·)是修正的第二类贝塞尔函数，Г(·)是Gamma函数。需要注意的是，两个Gamma-Gamma分布函数相应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Nakagami衰落信道下多墙嵌入损耗模型的建立方法，其特征在于，所述方法包括：(1)在Nakagami衰落信道下，定义无线信号在没有穿透过两堵内墙或者穿透过两堵内墙的情况下的接收功率为一个随机变量，且服从Gamma‑Gamma随机分布；(2)根据(1)定义将无线信号穿过两堵室内墙的嵌入损耗的小尺度分布随机特性建模为两个独立但是不同参数的Gamma‑Gamma变量的比值；(3)得出Nakagami衰落信道下多墙嵌入损耗模型的概率密度函数PDF和均值。

【技术特征摘要】
1.一种Nakagami衰落信道下多墙嵌入损耗模型的建立方法，其特征在于，所述方法包括：(1)在Nakagami衰落信道下，定义无线信号在没有穿透过两堵内墙或者穿透过两堵内墙的情况下的接收功率为一个随机变量，且服从Gamma-Gamma随机分布；(2)根据(1)定义将无线信号穿过两堵室内墙的嵌入损耗的小尺度分布随机特性建模为两个独立但是不同参数的Gamma-Gamma变量的比值；(3)得出Nakagami衰落信道下多墙嵌入损耗模型的概率密度函数PDF和均值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(1)中，无线信号穿过单堵室内墙或者不穿过室内墙的情况下，无线信号的幅度服从Nakagami分布，从而无线信号的瞬时功率P服从Gamma分布：Pfre_1～Gamma(m1,w1)，Pobs_1～Gamma(m2,w2)其中，Pfre_1表示无线信号在没有室内墙阻隔的情况下第一次测量时的瞬时功率，Pobs_1表示无线信号穿过单个室内墙的瞬时功率；相应的，用相同的方法定义无线信号穿过或者没有穿过另一堵室内墙情况下的瞬时功率：Pfre_2～Gamma(m3,w3)，Pobs_2～Gamma(m4,w4)其中，Pfre_2表示无线信号在没有室内墙阻隔的情况下第二次测量时的瞬时功率，Pobs_2表示无线信号穿过另一堵室内墙的瞬时功率；瞬时功率P的PDF给出如下：其中，mi和wi(i＝1,2,3,4)是Gamma分布的形状因子和尺度因子；mi和wi从测量数据中提取。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述(2)包括：将随机变量Pfre_1和Pfre_2或者Pobs_1和Pobs_2的乘积描述为一个Gamma-Gamma分布随机变量；定义Y表示所述Gamma-Gamm...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正权，梁金鹏，刘洋，曹雪峰，李宝龙，吴琼，白天石，戴礼浩，赵小青，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32