一种复杂传播环境的多径分量聚簇性能评估的方法技术

本发明专利技术提供一种复杂传播环境的多径分量聚簇性能评估的方法，包括以下步骤：计算簇群的平均标准差stedv作为样本点属于领域点的阈值；根据领域点的计算，计算簇间密度inter‑cluster density；计算整体数据集的方差σ(S)和每个簇的方差σ(v

【技术实现步骤摘要】
一种复杂传播环境的多径分量聚簇性能评估的方法
本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种复杂传播环境的多径分量聚簇性能评估的方法。
技术介绍
如今，随着生产制造机器化的迅速发展，生产效率得到了空前的提高，但对于无线网络而言，带来的是越来越复杂的传播环境，例如设备越来越多样化的变电站。国家电网“泛在电力物联网”是推进“三型两网”建设的重要内容和关键环节，其中变电站是电力系统的一个重要组成部分。智能变电站与无线网络密切相关，无线网络的质量直接决定了智能变电站的智能化程度，其中，无线网络的质量与多径分量的聚簇有着直接的联系。因此，在变电站复杂传播环境下如何解决信号中多径分量的聚簇是推进智能变电站建设的关键问题。在无线通信中，无线信道的传播特性研究是建立无线通信系统的基础，所以研究其传播特性才能进一步优化无线通信系统的性能。当由发射天线产生的信号到达同一个散射区后，会产生一组具有类似特征的多径信号，称为一个簇。数据分析技术在无线信道上的应用，是信道建模一个重要的环节，其中一个典型的例子就是多径分量的聚簇。聚簇将具有相似特征的多径分量归为一个簇。对于聚簇后的结果，其集群内的相关性强，不同集群之间的相关性弱。因此，提出一种与信道中多径分量分布特性相对应的聚簇性能评估方法是信道建模的必不可少的一步。聚簇算法性能评估方法两个重要的指标是簇间分离度和簇内紧凑度。目前，常用的聚簇算法K-means和聚类结果评估指标Calinski-Harabaszindex(CH)、Davies-Bouldinindex(DB)、Silhouetteindex(SI)等都是基于距离计算的。然而，由于缺乏足够的统计参数，仅从距离上无法充分反映多径信号分布的真实规律。虽然S_Dbw通过簇内方差intra-clustervariance来衡量簇内紧凑度，但是仅用方差不能反映多径信号的分布特性，因为方差本质上还是从距离考虑的。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种复杂传播环境的多径分量聚簇性能评估的方法，解决现有技术中聚簇算法性能评估指标无法合理评价多径分量聚簇结果的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种复杂传播环境的多径分量聚簇性能评估的方法，包括：将一个数据集划分为多个簇，计算该多个簇的平均标准差，将该平均标准差作为属于领域点阈值的样本点；基于平均标准差，计算簇间密度；计算数据集的方差和每个簇的方差；基于数据集的方差和每个簇的方差，计算簇内方差；通过Graham扫描方法计算每个簇边缘的外围点；通过格林公式计算该每个簇边缘的外围点所构成的多边形的面积；基于该每个簇边缘的外围点所构成的多边形的面积，计算簇内密度；基于簇内方差、簇间密度和簇内密度，计算聚簇性能评估指标。优选地，将一个数据集划分为多个簇，计算该多个簇的平均标准差，将该平均标准差作为属于领域点阈值的样本点具体包括：通过计算平均标准差；式中，c为数据集中簇的数量，vi是第i个簇的中心，||X||＝(XTX)1/2，X是一个向量。优选地，基于平均标准差，计算簇间密度具体包括：通过计算簇间密度；式中，c为数据集中簇的数量，vi是第i个簇的中心，vj是第j个簇的中心，uij是vi与vj连线形成线段的中心；式(2)中的de(u)定义如下：式中，nij是第i个簇与第j个簇合并后的样本点的数量；式(3)中的f(x,u)定义为：式中，f(x,u)为，若点x和点u的距离小于阈值stedv，则f(x,u)＝1。优选地，计算数据集的方差和每个簇的方差具体包括：通过计算数据集的方差；式中，是数据集第P维度的均值，均值的定义为通过计算每个簇的方差。优选地，基于数据集的方差和每个簇的方差，计算簇内方差具体包括：通过计算簇内方差。优选地，通过Graham扫描方法计算每个簇边缘的外围点具体包括：寻找y轴最小的点，若y轴的数值相等，则获取x轴数值最小的点，作为第一参考点；计算第一参考点与其它点的极角，根据极角将该其它点进行升序排列，获得第二参考点；将第一参考点与第二参考点依次连线迭代，判断每次新连线的点是否满足多边形的定义，若不满足则舍弃。优选地，判断每次新连线的点是否满足多边形的定义具体包括：计算第一参考点与任意两个第二参考点组成线段的叉乘，若该叉乘为正值侧满足多边形的定义。优选地，通过格林公式计算该每个簇边缘的外围点所构成的多边形的面积具体包括：基于格林公式定义每个簇边缘的外围点所构成的多边形的面积式中，D'表示由函数P(x,y)和Q(x,y)的光滑曲线构成的闭合区域，且有一阶连续偏导数，L为区域D'的边界曲线，取正方向；令P＝0，Q＝x，获得S＝∫∫D′dσ＝∮Lxdy(10)；设第i个点Pi的坐标为(xi,yi)，设第i+1个点Pi+1的坐标为(xi+1,yi+1)，获得线段的参数式将线段的参数式代入式(10)，获得基于式(12)获得每个簇边缘的外围点所构成的多边形的面积优选地，基于每个簇边缘的外围点所构成的多边形的面积，计算簇内密度具体包括：通过计算簇内密度；式中，n(vi)表示的是第i个簇中样本点的数量，ar(vi)表示的是第i个簇外围点所构成多边形区域的面积，其中ar(vi)的定义为a(vi)是第i个簇外围点的数量。优选地，基于簇内方差、簇间密度和簇内密度，计算聚簇性能评估指标具体包括：通过计算聚簇性能评估指标。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术提供的一种复杂传播环境的多径分量聚簇性能评估的方法，包括以下步骤：计算簇群的平均标准差stedv作为样本点属于领域点的阈值；根据领域点的计算，计算簇间密度inter-clusterdensity；计算整体数据集的方差σ(S)和每个簇的方差σ(vi)；根据步骤三得到的结果，计算簇内方差intra-clustervariance；Graham扫描法计算每个簇边缘的外围点；运用格林公式计算步骤五中得到外围点所构成多边形的面积；计算簇内密度intra-clusterdensity；计算聚簇性能评估指标S_Dbw*。本专利技术提供的方法，申请基于传统的指标S_Dbw，考虑以簇内密度intra-clusterdensity衡量簇内紧凑度，改进了指标S_Dbw并提出新型的聚簇性能评估指标S_Dbw*。该S_Dbw*弥补了传统的S_Dbw仅用簇内方差衡量簇内紧凑度的缺陷，不仅可以有效地评估簇形为规则圆、球形的情况，还能应用于符合多径分量传播特性的任意不规则形状，符合信道中多径分量的分布规律，评估不同聚簇算法的性能。本专利技术提供的S_Dbw*选择了一个合理的聚簇结果，为下一步的信道建立提供了参考。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂传播环境的多径分量聚簇性能评估的方法，其特征在于，包括：/n将一个数据集划分为多个簇，计算该多个簇的平均标准差，将该平均标准差作为属于领域点阈值的样本点；/n基于所述平均标准差，计算簇间密度；/n计算所述数据集的方差和每个簇的方差；/n基于数据集的方差和每个簇的方差，计算簇内方差；/n通过Graham扫描方法计算每个簇边缘的外围点；/n通过格林公式计算该每个簇边缘的外围点所构成的多边形的面积；/n基于该每个簇边缘的外围点所构成的多边形的面积，计算簇内密度；/n基于所述簇内方差、簇间密度和簇内密度，计算聚簇性能评估指标。/n

【技术特征摘要】
1.一种复杂传播环境的多径分量聚簇性能评估的方法，其特征在于，包括：
将一个数据集划分为多个簇，计算该多个簇的平均标准差，将该平均标准差作为属于领域点阈值的样本点；
基于所述平均标准差，计算簇间密度；
计算所述数据集的方差和每个簇的方差；
基于数据集的方差和每个簇的方差，计算簇内方差；
通过Graham扫描方法计算每个簇边缘的外围点；
通过格林公式计算该每个簇边缘的外围点所构成的多边形的面积；
基于该每个簇边缘的外围点所构成的多边形的面积，计算簇内密度；
基于所述簇内方差、簇间密度和簇内密度，计算聚簇性能评估指标。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的将一个数据集划分为多个簇，计算该多个簇的平均标准差，将该平均标准差作为属于领域点阈值的样本点具体包括：
通过计算所述平均标准差；式中，c为数据集中簇的数量，vi是第i个簇的中心，||X||＝(XTX)1/2，X是一个向量。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的基于所述平均标准差，计算簇间密度具体包括：
通过计算所述簇间密度；式中，c为数据集中簇的数量，vi是第i个簇的中心，vj是第j个簇的中心，uij是vi与vj连线形成线段的中心；
式(2)中的de(u)定义如下：式中，nij是第i个簇与第j个簇合并后的样本点的数量；
式(3)中的f(x,u)定义为：式中，f(x,u)为，若点x和点u的距离小于阈值stedv，则f(x,u)＝1。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的计算所述数据集的方差和每个簇的方差具体包括：
通过计算数据集的方差；式中，是数据集第P维度的均值，均值的定义为
通过计算所述每个簇的方差。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的基于数据集的方差和每个簇的方差，计算簇内方差具体包括：
通过计算所述簇内方差。


6.根据权利要求5所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，谯渊源，杨志超，林珊珊，朱道华，
申请(专利权)人：北京交通大学，中国电力科学研究院有限公司，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11