基于人工智能的无线信道特征筛选方法技术

技术编号:33775451 阅读:61 留言:0更新日期:2022-06-12 14:28
本发明专利技术涉及一种基于人工智能的无线信道特征筛选方法,属于无线信道建模技术领域。本发明专利技术通过总结无线信道模型所涉及的特征全集,进行基于人工智能的无线信道模型特征筛选,高效的机器学习模型依赖于输入变量与问题目标的强相关性,从而在保证无线信道模型可靠性的前提下降低了计算时间复杂度。前提下降低了计算时间复杂度。前提下降低了计算时间复杂度。

【技术实现步骤摘要】
基于人工智能的无线信道特征筛选方法


[0001]本专利技术属于无线信道建模
,具体涉及一种基于人工智能的无线信道特征筛选方法。

技术介绍

[0002]无线电波的传播过程极其复杂,传播路径上的平原、丘陵、海洋、森林、湖泊、地球自身曲率、大气衰减、建筑物密度等因素,均会导致电磁波发生复杂的透射、绕射、散射、反射、折射等情况。在无线信道建模过程中,特征工程的本质是将原始数据中转换得到能够最好表征目标问题的参数,并使得各个参数的动态范围在一个相对稳定的范围内,因此需要筛选恰当的特征子集提高建模精度。
[0003]该数据集采集地点为实验室和外场环境,具体包括多个小区的工程参数数据、地图数据以及无线信道RSRP标签数据。其中训练数据集含有多个文件,每个文件代表一个小区内的数据。文件的每一行代表小区内固定大小的测试区域的相关数据,行数不确定(根据小区大小不同,面积越大的小区行数越多,反之亦然),列数则为固定的18列,其中前9列为站点的工程参数数据;中间8列为地图数据;最后一列是RSRP标签数据。表1是其中一行数据,作为样例展示:
[0004]表1 训练数据样例
[0005][0006][0007]下面每一小节介绍每部分数据的具体含义。
[0008]3.1工程参数数据
[0009]工程参数数据记录了某小区内站点的工程参数信息,共有9个字段。各字段对应含义如表2所示:
[0010]表2 工程参数数据的字段含义
[0011]字段名称含义单位Cell Index小区唯一标识r/>‑
Cell X小区所属站点的栅格位置,X坐标

Cell Y小区所属站点的栅格位置,Y坐标

Height小区发射机相对地面的高度mAzimuth小区发射机水平方向角DegElectrical Downtilt小区发射机垂直电下倾角DegMechanical Downtilt小区发射机垂直机械下倾角DegFrequency Band小区发射机中心频率MHzRS Power小区发射机发射功率dBm
[0012]为了方便数据处理,地图进行了栅格化处理。每个栅格代表了5m
×
5m的区域(如下图1所示),其中(Cell X,Cell Y)记录了站点所在栅格的左上角坐标。其他的工程参数(Height,Azimuth,Electrical Downtilt,Mechanical Downtilt)如图1所示,其中机械下倾角Mechanical Downtilt是通过调整天线面板后面的支架来实现的,是一种物理信号下倾;而电下倾角Electrical Downtilt是通过调整天线内部的线圈来实现的,是一种电信号下倾。实际的信号线下倾角是机械下倾角和电下倾角之和。
[0013]3.2地图数据说明
[0014]地图数据主要为测试地点地形、高度等信息,共分为8个字段信息。各字段对应的含义如表3所示。考虑到地图中测试地点的多样性和复杂性,城区、工业区域、农村、商务区等实际传输环境被抽象为数字。表4中可以看到地物类型名称号码所对应的实际地物类型。
[0015]表3 地图数据的字段含义
[0016][0017]表4 地物类型名称的编号含义
[0018][0019][0020]与工程参数数据一样,地图数据也进行了栅格化处理,每个栅格代表了5m
×
5m的区域,其中(X,Y)记录了地图所在栅格的左上角坐标。
[0021]表4给出了地物类型名称的编号含义,其中地物类型是隐含大量高度信息的。虽然
已有大量数据,但是数据中存在与地物类型索引描述相矛盾的内容,因此,需要进行数据清洗。例如,当地物类型索引为10时,该栅格点的建筑仍有小于60m的,例如,小区编号为2461901的坐标(411170,3395480)的观测点建筑物高度为12m,但是该地物类型索引为10,与其对应的建筑物高度高于60m矛盾。同理,当地物类型索引为13时,该栅格点的建筑物高度均需小于20m,但根据表格数据来看仍存在大于20m的建筑物,所以根据地物类型索引与实际地物高度相对应过程出现的异常数据,需要进行数据清洗。
[0022]3.3 RSRP标签数据
[0023]RSRP(Reference Signal Receiving Power,参考信号接收功率)标签数据。RSRP是蜂窝网络中可以代表无线信号强度的关键参数以及物理层测量需求之一,参考信号承载的所有RE(Resource Element)上接收到的信号功率的平均值。利用测量得到接收的功率与已知的发射功率进行比较,就可以得到无线电波传输路径对无线电波信号的衰减。
[0024]参考信号接收功率(RSRP)标签数据作为实际测量结果,在监督学习中用于与机器学习模型预测的结果做比较。该数据共有1个字段,对应含义如表5所示。
[0025]表5 RSRP标签数据表格的字段含义
[0026]字段名称含义单位RSRP栅格(X,Y)的参考信号接收功率,标签列dBm
[0027]由于无线信号多为mW级别,通过对其进行极化,转化为dBm。dBm为表示功率绝对值的单位,转换公式为:
[0028]0dBm=10lg(1mW)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0029]上述公式也可以理解为1mW=0dBm,小于1mW的无线信号就是dBm为负数。在实际无线信号传输过程中,信号接收方是很难达到接收功率1mW的,所以无线信号dBm都是负数,最大值为0。dBm只有在理想状态下即接收方把发射方发射的所有信号都接收到时为0。一般而言,dBm值越大,信号强度越高,接收效果越好,但考虑到实际应用中的经济成本,当一个区域接收到的dBm值介于0

50dBm之间,或者介于0

70dBm之间时,认为该区域信号值良好。当接收到的无线信号小于

70dBm则会出现传输不稳定,速度缓慢的现象,此时无线网络就无法正常使用。在本次研究中,评价指标弱覆盖判决门限P的值定为

103dBm,即当一个区域接收到的dBm值介于0

103dBm之间时,认为该区域信号值良好。
[0030]根据无线电波传播过程,如果想要设计无线信道模型,首先需要设计无线电波传输的特征全集。该特征全集主要包括:基于空间位置的特征、基于信号偏转角特征、基于传输环境阻挡物特征等三类无线信道模型特征。

技术实现思路

[0031](一)要解决的技术问题
[0032]本专利技术要解决的技术问题是:如何进行无线信道模型特征筛选,在保证无线信道模型可靠性的前提下降低计算时间复杂度。
[0033](二)技术方案
[0034]为了解决上述技术问题,本专利技术提供了一种基于人工智能的无线信道特征筛选方法,该方法中,包括以下步骤:
[0035]步骤一、依据无线电波传播特性,建立无线信道模型的特征全集;
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人工智能的无线信道特征筛选方法,其特征在于,该方法中,包括以下步骤:步骤一、依据无线电波传播特性,建立无线信道模型的特征全集;步骤二、利用人工智能相关算法筛选可用于建立无线信道模型的特征子集,该特征子集即为无线信道模型中的变量。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤一包括数据处理步骤:步骤11、设计考虑信号基站与接收点三维空间位置信息无线信号传输模型;以及基于数据处理步骤进行的特征建立步骤。3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤一建立的目标点和基站点的信号传输场景模型中:假设海平面所在平面为H={(x,y,z)|z=0},θ为信号线的实际发射角度,数学表示上为机械下倾角与电子下倾角之和,即θ
D
=θ
MD

ED
;小区站点所在栅格(Cell X,Cell Y)海拔高度表示为h
ca
;小区站点所在栅格(Cell X,Cell Y)建筑物高度表示为h
cb
;小区站点所在栅格(Cell X,Cell Y)天线有效高度即移动台有效天线高度为h
lc
=h
b

h
cb
;小区发射机相对于建筑物的高度Height表示为h
c
;小区发射机基站天线有效高度h
rc
=Cell Y+h
c
;栅格观察点与基站天线之间的高度差表示为Δh=h
cb
+h
c
;栅格观察点的海拔高度为h
a
;当前栅格单元与发射机水平距离表示为d
h
;当前栅格点B与信号天线A的3D欧式距离表示为d;栅格(X,Y)海拔高度Altitude表示为h
b
;信号发射机的水平方向角Azimuth表示为α;信号线与AB连线的夹角记为信号偏转角表示为β。A的坐标为(x0,y0,h0),B的坐标为(x1,y1,h1),其中基站点水平坐标为(x0,y0),h0=h
c
+h
cb
+h
ca
;接收点的水平坐标为(x1,y1),h1=h
b
+h
a
。4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述特征建立步骤具体包括:步骤12、设计基于无线电波传输空间位置的特征;步骤13、设计基于信号偏转角的特征;步骤14、设计基于无线电波传输环境阻挡物的特征集;步骤15:确定已经建立的所有特征。5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤12具体为:由于无线电信号到A、B的距离d是由相对高度差Δh以及A和B的水平距离d
h
共同决定的,因此,将d、Δh、d
h
作为基于空间位置的一维特征;A、B的水平距离d
h
为:A、B距离d为:
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤13具体为:假设平均接收信号强度均在测试点所在格栅的地面测得;(1)基站总下倾角为θ
D
:θ
D
=θ
MD

ED
ꢀꢀꢀ
(3)式中,θ
MD
为垂直机械下倾角,θ
...

【专利技术属性】
技术研发人员:武敏朱诗兵李长青陈雨迪刘瑞帅海峰
申请(专利权)人:中国人民解放军战略支援部队航天工程大学
类型:发明
国别省市:

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