一种蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法技术

本发明专利技术涉及一种蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法，以六边形网格覆盖所要研究的区域，从区域中心的网格开始，由内而外依次构建六边形网格节点上的信号，在对每个节点的信号建模时，使其与所处的六边形的其它节点符合空间相关特性；六边形内部信号与其所处的六边形端点上信号符合相关特性。该建模方式与无线通信的覆盖区域相匹配，可用于无线通信的阴影衰落建模，也可用于其它的具有类似空间相关特性的信号；该方法可满足相关系数为距离函数的二维相关信号，如阴影衰落，的空间相关性要求，具有精度高，复杂度低，实现简单的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法
本专利技术涉及一种蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法，属于无线通信技术及信号处理领域。
技术介绍
在无线通信过程中，发射机和接收机之间的通信环境决定信号传输阶段的衰减和畸变。信道模型模拟通信环境对信号传输的影响，在无线通信研究开发尤其是无线通信链路仿真和系统仿真过程中具有重要的作用，信道建模是无线通信研究过程中关键的步骤。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sA和sB，那么它们之间的相关系数可表示为其中，σA和σB分别表示sA和sB的均方差，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。
技术实现思路
为了解决类似阴影衰落的二维相关信号建模的技术问题，本专利技术提供一种蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法，该方法具有较低的实现复杂度，能满足信号二维相关特性。本专利技术设计了一种蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法，用于实现信号相关值为距离函数的二维相关信号的构建。所专利技术的方法包括如下步骤：步骤A.采用六边形网格对二维相关信号建模的目标区域进行覆盖，然后进入步骤B；步骤B.获得网格区域中心六边形上各个节点的二维相关信号值，使该六边形上各个节点的信号间满足相关性，然后进入步骤C；步骤C.以中心六边形的中心点为网格区域的中心位置，由内向外，依次对除中心六边形节点以外的节点,获得二维相关信号值，使每次所获得信号与其所属的六边形上已获信号间满足相关性，如此获得所有节点的二维相关信号值，然后进入步骤D；步骤D.根据所获网格区域中各个节点的二维相关信号值，分别针对网格区域中的各个六边形，以插值方法获得各六边形内部区域的二维相关信号值，进而获得网格区域中各个位置的二维相关信号值。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤B包括如下步骤：步骤B1.针对网格区域中心的六边形节点i，i＝{1,2,…,6}，生成统计独立同分布的初始随机变量xi(图3)，xi的均值和方差分别为建模目标区域相关信号的均值和方差，然后进入步骤B2；步骤B2.针对网格区域中心的六边形，构造相关矩阵C，该矩阵的元素为节点间相关信号的相关系数然后进入步骤B3；其中，σ表示建模目标区域信号的均方差，si表示中心六边形第i个节点的二维相关信号值，x*表示x的共轭，E(·)表示期望运算；步骤B3.针对网格区域的中心六边形，按如下公式计算节点i，i＝{1,2,…,6}，的相关信号：s＝Qx，然后进入步骤C，其中，s＝[s1,s2,…s6]t，x＝[x1,x2,…,x6]t，[·]t表示向量转置，Q是相关矩阵C的平方根即作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤C中，以中心六边形为起点，由内向外，依次对中心六边形以外的节点m计算相关信号值，其中m＝{7,8,…,M}，M表示建模区域六边形节点总的数目，所述步骤C包括如下：步骤C.1.，针对节点m产生与其它初始变量xj,j≠m,统计独立同分布的随机变量xm,且xm与所有已构造的相关变量独立；步骤C.2.针对节点m，获得对应所有节点n的加权系数αm,n和对应初始变量xm的加权系数αm，其中n∈Φm，Φm表示第m个节点所属正六边形上的已经获得二维相关信号值的节点集合；所述步骤C.2包括：步骤C.2.1.如果节点m和所有节点n，n∈Φm，所构成的相对位置图样及系数已存储，则取出对应该图样模式的加权系数αm,n和αm，然后进入C.3；否则进入C.2.2；，步骤C.2.2根据节点m和所有节点n，n∈Φm，的相互相对位置关系，构造加权系数αm,n和节点m及节点n间相关系数的方程，进而计算出加权系数αm,n；步骤C.2.3.根据信号归一化条件计算加权系数αm；步骤C.2.4.储存节点m和所有节点n的相对位置关系，加权系数αm,n和加权系数αm。步骤C.3.按如下公式：获得节点m的二维相关信号值sm；步骤C.4.根据建模节点顺序更新m，依次对后续的节点执行步骤C.1～C.3，获得所有节点的二维相关信号值然后进入步骤D；作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤D中，根据所获网格区域中各个节点的二维相关信号值，分别针对网格区域中的各个六边形，采用对六边形上节点的二维相关信号插值法，获得六边形内部区域的二维相关信号值，进而获得网格区域中各个位置的二维相关信号值。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述二维相关信号的相关系数是信号对应的位置间距离的函数，阴影衰落是符合所述的二维相关信号特征的一种信号。本专利技术所述一种蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法的应用系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术所设计的蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法与现有的乔里斯基分解法相比，大幅度降低了复杂度。采用乔里斯基分解法构建相关信号包括以下过程：(1)在建模区域散布建模的位置点，(2)产生和位置对应的独立随机信号，(3)根据相对位置构建相关矩阵，(4)用乔里斯基分解法求相关矩阵的平方根，(5)用平方根矩阵乘以独立随机信号得到相关信号。乔里斯基分解法需要计算相关矩阵的均方根，复杂度是点数的三次方，当建模区域的点数较多时，例如10000个点(100×100)，乔里斯基分解法需要巨大的存储量和计算量，工程上难以实现。应用本方法建模，只需要考虑待建模点与其所在的六边形端点的相关性，涉及的信号不超过7个，存储量和计算量都大大降低。本专利技术所设计的蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法与现有的线性滤波的方法相比，提高了精度。线性滤波的方法在一维空间能够很好地满足相关性，但是在二维空间的误差较大。本专利技术方法充分考虑了二维空间的相关性，比线性滤波方法有更高的精度。本专利技术所设计的蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法与现有的矩形扩展的方法相比，提高了精度。蜂窝是二维空间的最好的覆盖形式，蜂窝扩展比矩形扩展考虑了更多方向的信号相关性，具有更高的精度。附图说明图1是本专利技术蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法的流程示意图；图2是本专利技术中正六边形网格覆盖示意图；图3是本专利技术中针对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法，用于实现信号相关值为距离函数的二维相关信号的构建；其特征在于，包括如下步骤：步骤A.采用六边形网格对二维相关信号建模的目标区域进行覆盖，然后进入步骤B；步骤B.获得网格区域中心六边形上各个节点的二维相关信号值，使该六边形上各个节点的信号间满足相关性，然后进入步骤C；步骤C.以中心六边形的中心点为网格区域的中心位置，由内向外，依次对除中心六边形节点以外的节点,获得二维相关信号值，使每次所获得信号与其所属的六边形上已获信号间满足相关性，如此获得所有节点的二维相关信号值，然后进入步骤D；步骤D.根据所获网格区域中各个节点的二维相关信号值，分别针对网格区域中的各个六边形，以插值方法获得各六边形内部区域的二维相关信号值，进而获得网格区域中各个位置的二维相关信号值。

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法，用于实现信号相关值为距离函数的二维相关信号的构建；其特征在于，包括如下步骤：步骤A.采用六边形网格对二维相关信号建模的目标区域进行覆盖，然后进入步骤B；步骤B.获得网格区域中心六边形上各个节点的二维相关信号值，使该六边形上各个节点的信号间满足相关性，然后进入步骤C；步骤C.以中心六边形的中心点为网格区域的中心位置，由内向外，依次对除中心六边形节点以外的节点,获得二维相关信号值，使每次所获得信号与其所属的六边形上已获信号间满足相关性，如此获得所有节点的二维相关信号值，然后进入步骤D；步骤D.根据所获网格区域中各个节点的二维相关信号值，分别针对网格区域中的各个六边形，以插值方法获得各六边形内部区域的二维相关信号值，进而获得网格区域中各个位置的二维相关信号值。2.根据权利要求1所述一种蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法，其特征在于，所述步骤B包括如下步骤：步骤B1.针对网格区域中心的六边形节点i，i＝{1,2,…,6}，生成统计独立同分布的初始随机变量xi，xi的均值和方差分别为建模目标区域相关信号的均值和方差，然后进入步骤B2；步骤B2.针对网格区域中心的六边形，构造相关矩阵C，该矩阵的元素为节点间相关信号的相关系数然后进入步骤B3；其中，σ表示建模目标区域信号的均方差，si表示中心六边形上第i个节点的二维相关信号值，x*表示x的共轭，E(·)表示期望运算；步骤B3.针对网格区域的中心六边形，按如下公式计算节点i，i＝{1,2,…,6}，的相关信号：s＝Qx，然后进入步骤C，其中，s＝[s1,s2,…s6]t，x＝[x1,x2,…,x6]t，[·]t表示向量转置，Q是相关矩阵C的平方根即3.根据权利要求2所述一种蜂窝扩展方式的二维相关信号构建方法，其特征在于，以中心六边形为起点，由内向外，依次对...

【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