CN113179140A - 一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法及装置 - Google Patents
一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113179140A CN113179140A CN202110420127.9A CN202110420127A CN113179140A CN 113179140 A CN113179140 A CN 113179140A CN 202110420127 A CN202110420127 A CN 202110420127A CN 113179140 A CN113179140 A CN 113179140A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- distance
- path loss
- receiving end
- shielding object
- signal source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 57
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 62
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 10
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 claims description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 12
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004883 computer application Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B17/00—Monitoring; Testing
- H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
- H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B17/00—Monitoring; Testing
- H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
- H04B17/391—Modelling the propagation channel
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)
Abstract
本发明公开一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法及装置。针对非视距场景下高频段传输时遮挡物对无线信道路径损耗的影响，本发明首先利用电磁场传播的基本理论去分析遮挡物对无线电波在传播过程中造成的影响；然后确定需要建模的目的参数：遮挡物衰减因子和路径损耗指数；根据典型的对数距离模型初始化遮挡物衰减因子模型的基本结构，通过分析目的变量在实际场景中由遮挡物位置不同对接收端造成的附加影响进行数学建模，使用最小均方误差拟合目的参数，得出本模型，使之能够更准确的表征现实通信场景中由于遮挡物的出现对终端信号的影响，相比传统模型，加入遮挡物的影响因子，更加贴近真实测量结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法及装置，属于无线移动通信技术领域。
背景技术
目前全球5G整体正处于商用前夕，随着5G基础设施建设铺开、SA独立组网标准落地、5G手机终端换机潮展开，5G时代的流量将会是数十倍甚至百倍的量级的爆发。同时终端用户对通信服务质量的要求也越来越高，使得无线数据流量爆炸式的增长，解决频谱资源短缺问题迫在眉睫。目前，低频段(6GHz以下)频谱资源逐渐拥塞，难以获取连续的大带宽频谱资源，而高频段无线频谱资源相对空闲，因此探索高频频谱资源成为业界共识。
无线信道作为通信系统信号传输的媒介，其特性极大地影响着无线通信系统的通信质量。因此，准确了解真实场景下无线信道特性是保证通信系统良好性能的前提。但是由于传播环境复杂多变，使得无线信道呈现出随机、时变特性，不同传播环境下的无线信道特性在链路损耗、多径时延以及阴影衰落等方面存在较大差别。因此，需要采集在真实通信场景下的信号数据，然后通过实测数据对无线信道特性进行建模，从而根据信道模型设计出满足需求的无线通信系统。为此，开展高频段典型场景下无线信道测量与建模的研究是十分必要的。
然而，这些现有的高频段室内非视距场景的信道建模均是基于静态遮挡物进行研究的，即考虑的是一个由室外到室内、室内到室内之间的墙壁、窗户作为遮挡物构建的非视距场景，而没有考虑遮挡移动物对信道传播特性的影响。在实际的通信系统中，遮挡物不是一直静止不动的，信道的传播特性会随遮挡物的相对位置变化而变化，遮挡物相对位置的变化会对路径损耗、时延扩展等信道参数产生一定的影响，并且该影响可能会随着传输频率的改变而发生变化。因此，研究不同频率场景下遮挡物位置变化的信道模型对更准确地描述高频段室内无线信道的传播特性具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法及装置，旨在提高复杂场景下信道模型的准确性。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
本发明提供了一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法，包括以下步骤：
获取测量数据：所述测量数据包括各位置点上的接收端与信号源距离d、接收端距遮挡物距离D和各位置点的路径损耗值PL；
构建具有遮挡物衰减因子的信道初始模型：
其中，PL(d,f)表示在距离信号源d处，传输频率为f时的路径损耗值，PL(d0,f)表示在距离信号源d0处，传输频率为f时的路径损耗值，n表示路径损耗指数，SAF(D,f)为传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值，
是均值为零，标准差为σSAF的高斯分布随机变量；d0为接收端至信号源的参考距离，d表示接收端至信号源的距离；
基于所述信道初始模型和测量数据，求解获取测量场景的路径损耗指数n和传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)；
利用最小均方误差方法进行参数提取，拟合出遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式；
根据所述遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式和路径损耗指数n建立基于遮挡物衰减因子的室内高频段信道模型。
进一步的，基于所述信道初始模型和测量数据，求解获取测量场景的路径损耗指数n和传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)的方法包括：
根据所述测量数据，计算获得在距离d处、传输频率为f时的路径损耗值PL(d,f)和在距离信号源d处的接收端距离遮挡物的距离；
获取在距离信号源参考距离d0处，传输频率为f时的路径损耗值PL(d0,f)；接收端至信号源的参考距离d0设置为1m；
将接收端与信号源的距离d与此时相对应的在距离d处、传输频率为f时的路径损耗值PL(d,f)带入信道初始模型中，根据下式求解计算获取路径损耗指数n：
PL(d,f)＝PLfs(d0,f)+10n log10(d/d0)+Xσ
将接收端与信号源的距离d与此时相对应的在距离d处、传输频率为f时的路径损耗值PL(d,f)带入信道初始模型中，根据下式计算获取传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)：
SAF(D,f)＝PL(d,f)-PL(d0,f)+10n log(d/d0)。
进一步的，利用最小均方误差方法进行参数提取，拟合出遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式的方法包括：
预设遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式即初始遮挡损耗因子公式：
SAF＝ae-bD+c
式中，a，b，c均为遮挡损耗因子公式的形式参数；
基于测量数据，通过最小均方误差方法进行参数提取遮挡损耗因子公式的形式参数，得到遮挡损耗因子公式。
进一步的，所述方法还包括验证模型的准确性；
所述验证模型的准确性的方法包括：计算获得基于遮挡物衰减因子的室内高频段信道模型的误差集，用本模型阴影因子
的累积分布函数的统计规律进行对比，验证模型的准确性。
进一步的，所述获取测量数据的方法包括以下步骤：
搭建高频段室内场景的测量环境，变动遮挡物位置并在不同的接收端位置进行测量，采集测量数据。
进一步的，所述搭建高频段室内场景的测量环境的方法包括：
将信号源固定在给定的位置，接收端固定在三脚架上；
在距离信号源附近区域设置多个测量接收点；
在每个测量接收点设置网格点，分布在网格中，网格点之间的间隔大于所研究频率的波长；
基于测量场景移动遮挡物，使接收端在不同的测量接收点间移动接收信号，获取各位置点的路径损耗值。
进一步的，所述基于测量场景移动遮挡物，使接收端在不同的测量接收点间移动接收信号，获取各位置点的路径损耗值的方法包括以下步骤：
将测量场景依然分为视距场景和非视距场景；
在视距场景中，将接收端在测量接收点间移动；
在非视距场景中，使用中心与信号源齐平的金属板作为遮挡物，移动遮挡物并记录对应的路径损耗值。
进一步的，所述信号源为发射天线，所述接收端为接收天线，信号源和接收端均距地高度均为1米，水平放置；
所述测量接收点在距离信号源1m到5m的区域，每隔0.5m设置一个；
每个测量接收点设置有25个网格点，分布在32cm×32cm的网格中，网格点之间的间隔为8cm；
所述金属板为50cm×50cm×0.5cm，所述金属板的中心距地高度1m；
在非视距NLOS场景中，使用中心与信号源齐平的金属板作为遮挡物，移动遮挡物并记录对应的路径损耗值的方法包括以下步骤：
步骤1：将接收端固定在4.5m测量点处，遮挡物从0.5m测量点处移动到4m测量点处并依次记录相关的数据；
步骤2：将遮挡物固定在1.5m测量点处，接收端从2m测量点处移动到5m处并依次记录相关的数据；
步骤3：改变测量频率重复步骤1和步骤2。
进一步的，所述基于遮挡物衰减因子的室内高频段信道模型的表达式为：
其中，PL(d,f)表示在距离信号源d处，传输频率为f时的路径损耗值，PL(d0,f)表示在距离信号源d0处，传输频率为f时的路径损耗值，n表示路径损耗指数，
是均值为零，标准差为σSAF的高斯分布随机变量；d0为接收端至信号源的参考距离，d表示接收端至信号源的距离。
第二方面，本发明提供了基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模装置，所述装置包括：
数据采集模块：用于获取测量数据：所述测量数据包括各位置点上的接收端与信号源距离d、接收端距遮挡物距离D和各位置点的路径损耗值PL；
初始模型模块：用于构建具有遮挡物衰减因子的信道初始模型：
其中，PL(d,f)表示在距离信号源d处，传输频率为f时的路径损耗值，PL(d0,f)表示在距离信号源d0处，传输频率为f时的路径损耗值，n表示路径损耗指数，SAF(D,f)为传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值，
是均值为零，标准差为σSAF的高斯分布随机变量；d0为接收端至信号源的参考距离，d表示接收端至信号源的距离；
因子提取模块：用于基于所述信道初始模型和测量数据，求解获取测量场景的路径损耗指数n和传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)；
参数提取模块：用于利用最小均方误差方法进行参数提取，拟合出遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式；
建模模块：用于根据所述遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式和路径损耗指数n建立基于遮挡物衰减因子的室内高频段信道模型。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明与现有技术相比较，采用的技术方案为在传统典型模型的基础上进行改进，针对高频段对遮挡物敏感特性问题，提出了一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法。所建模型与传统信道模型相比，其根据实际通信场景的测量数据分析结果，加入遮挡物衰减因子去描述遮挡物对接收端造成的额外附加影响，并同时考虑传输频率对其模型参数的依赖关系，该模型能够更加精确表征非视距场景下遮挡物的出现对接收端的影响。
附图说明
图1为本发明的技术方案中具体建模流程框架；
图2为本发明的技术方案中实测过程模型图；
图3为本发明实测NLOS场景下路径损耗测量值对比3GPP信道模型；
图4为本发明实测NLOS场景下遮挡损耗与接收端到遮挡物距离之间关系。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
本实施例提供了一种基于遮挡物衰减因子的高频段室内信道建模方法，旨在提高复杂场景下信道模型的准确性。针对非视距场景下高频段传输时遮挡物对无线信道路径损耗的影响，本发明首先利用电磁波传播的基本理论去分析遮挡物对无线电波在传播过程中造成的影响；然后确定需要建模的目的参数：遮挡物衰减因子和路径损耗指数；根据典型的对数距离模型初始化遮挡物衰减因子模型的基本结构，通过分析目的变量在实际场景中由遮挡物相对位置不同对接收端造成的附加影响进行数学建模，使用最小均方误差拟合参数，得出本模型，使之能够更准确的表征现实通信场景中由于遮挡物的出现对终端信号的影响，相比传统模型，加入遮挡物的影响因子，更加贴近真实测量结果。本实施例采用的技术方案包括以下步骤：
获取测量数据：所述测量数据包括各位置点上的接收端与信号源距离d、接收端距遮挡物距离D和各位置点的路径损耗值PL；
构建具有遮挡物衰减因子的信道初始模型：
其中，PL(d,f)表示在距离信号源d处，传输频率为f时的路径损耗值，PL(d0,f)表示在距离信号源d0处，传输频率为f时的路径损耗值，n表示路径损耗指数，SAF(D,f)为传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值，
是均值为零，标准差为σSAF的高斯分布随机变量；d0为接收端至信号源的参考距离，d表示接收端至信号源的距离；
根据所述测量数据，计算获得在距离d处、传输频率为f时的路径损耗值PL(d,f)和在距离信号源d处的接收端距离遮挡物的距离；
获取在距离信号源参考距离d0处，传输频率为f时的路径损耗值PL(d0,f)；接收端至信号源的参考距离d0设置为1m；
将接收端与信号源的距离d与此时相对应的在距离d处、传输频率为f时的路径损耗值PL(d,f)带入信道初始模型中，根据下式求解计算获取路径损耗指数n：
PL(d,f)＝PLfs(d0,f)+10n log10(d/d0)+Xσ
将接收端与信号源的距离d与此时相对应的在距离d处、传输频率为f时的路径损耗值PL(d,f)带入信道初始模型中，根据下式计算获取传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)：
SAF(D,f)＝PL(d,f)-PL(d0,f)+10n log(d/d0)。
利用最小均方误差方法进行参数提取，拟合出遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式；
根据所述遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式和路径损耗指数n建立基于遮挡物衰减因子的室内高频段信道模型。
利用最小均方误差方法进行参数提取，拟合出遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式的方法包括：
预设遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式即初始遮挡损耗因子公式：
SAF＝ae-bD+c
式中，a，b，c均为遮挡损耗因子公式的形式参数；
基于测量数据，通过最小均方误差方法进行参数提取遮挡损耗因子公式的形式参数，得到遮挡损耗因子公式。
测量数据使用X波段信道sounder通过扫频测量法获取测量数据。
根据室内高频段信道传播特性，该特性是室内高频段信道传播特性为信道建模工作业内对传播信号规律的统一描述。
构建具有遮挡物衰减因子的信道初始模型；初始模型里面的参数是形参，参数提取过后是实参，模型建立。
验证模型的准确性的方法包括：计算获得基于遮挡物衰减因子的室内高频段信道模型的误差集，用本模型阴影因子
的累积分布函数的统计规律进行对比，验证模型的准确性。
实施例二：
本实施例提供一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1：搭建高频段室内办公室场景的测量环境；
步骤2：根据遮挡物不同位置进行测量，采集测量数据；
步骤3：构建具有遮挡物衰减因子的信道初始模型，初始模型的表达式如下：
其中，PL(d0,f)表示在参考点d0处，传输频率为f时的路径损耗值，单位为dB，n表示路径损耗指数PLE(Path Loss Exponent，PLE)，SAF(D,f)为传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值，
是均值为零，标准差为σSAF的高斯分布随机变量，模型主要针对非视距场景，在视距场景下SAF(D,f)可以默认等于0，参考距离d0选取为1m；
步骤4：基于所述信道初始模型和测量数据，求解获取测量场景的路径损耗指数n和传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)的方法包括：
根据所述测量数据，计算获得在距离d处、传输频率为f时的路径损耗值PL(d,f)和在距离信号源d处的接收端距离遮挡物的距离；
获取在距离信号源参考距离d0处，传输频率为f时的路径损耗值PL(d0,f)；接收端至信号源的参考距离d0设置为1m；
将接收端与信号源的距离d与此时相对应的在距离d处、传输频率为f时的路径损耗值PL(d,f)带入信道初始模型中，根据下式求解计算获取路径损耗指数n：
PL(d,f)＝PLfs(d0,f)+10n log10(d/d0)+Xσ
将接收端与信号源的距离d与此时相对应的在距离d处、传输频率为f时的路径损耗值PL(d,f)带入信道初始模型中，根据下式计算获取传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)：
SAF(D,f)＝PL(d,f)-PL(d0,f)+10n log(d/d0)。
步骤5：利用最小均方误差方法进行参数提取，拟合出遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式，如下：
SAF＝32.56e-1.867D+14.46
式中，SAF为遮挡物造成的额外路径损耗衰减值，D为接收端距离遮挡物的距离。
步骤6：根据获得的遮挡物损耗因子建立基于遮挡物衰减因子的室内高频段信道模型，
步骤7：根据传统对数距离模型和本模型的阴影因子
的均值和标准差进行对比，验证建立模型的准确性。本模型是对随机信号的统计规律，其存在一定的误差，下式右边是本模型的误差集，一般用这个集合的累积分布函数的统计规律来判断，下式为通过等式右边的计算方法，验证建模模型：
等式右边的结果等于等式左边，可以理解是模型是对随机信号的统计规律，他存在一定的误差，等式右边是这个误差集，一般用这个集合的累积分布函数的统计规律来判断。
本发明与现有技术相比较，采用的技术方案为在传统典型模型的基础上进行改进，针对高频段对遮挡物敏感特性问题，提出了一种基于遮挡物衰减因子的高频段室内信道建模方法。所建模型与传统信道模型相比，其根据实际通信场景的测量数据分析结果，加入遮挡物衰减因子去描述遮挡物对接收端造成的额外附加影响，并同时考虑传输频率对其模型参数的依赖关系，该模型能够更加精确表征非视距场景下遮挡物的出现对接收端的影响。
下面结合附图进一步阐述本发明：
所述信号源为发射天线，所述接收端为接收天线，信号源和接收端均距地高度均为1米，水平放置；按照图2设计的实测方案，将发射天线固定在给定的位置，接收天线固定在三脚架上，收发天线高度均为1米，水平放置。天线放置1m高度是因为当天线高度在1m左右时，例如在典型的桌上型计算机和便携式计算机应用场合下，人们移动到用户终端附近可能会阻挡视距路径。对这样的数据应用场合，衰落的深度和持续时间都是很重要的。按照预先设计的测量方案，接收天线在不同的测量点间移动，距离发射天线从1m到5m，每隔0.5m设置一个测量接收点。每个测量接收点测量25个网格点，分布在32cm×32cm的网格中，其间距为8cm，该间隔略大于所研究频率的波长，也就是当移动台移动一个较小距离时，接收信号在短期内快速波动，该距离必须是和信号的波长是一个量级的。信道脉冲响应随接收机的位置变化而变化，它也可能随时间变化。所以，通常按一个波长范围的脉冲响应曲线的平均值来度量，或者在几个波长范围内求平均确定空间平均值。
将测量场景依然分为视距LOS(line of sight)场景和非视距NLOS(not line ofsight)场景。在视距LOS场景中，将接收端按照预先设定好的测量点间移动。在非视距NLOS场景中，使用金属板(50cm×50cm×0.5cm)作为遮挡物，中心与收发天线齐平，高度1m。主要针对以下两种情况分别记录对应的路径损耗值与分析遮挡物对路径损耗的影响：
①接收端固定在4.5m测量点处，遮挡板从0.5m测量点处移动到4m测量点处；
②遮挡板固定在1.5m测量点处，接收端从2m测量点处移动到5m处；
③改变测量频率重复①②的测量步骤。
仿真结果：
图3给出了本发明实测NLOS场景下在1.5m出放置遮挡物时接收端的路径损耗测量值与3GPP信道模型对比。从图中可以看出在距离遮挡物稍远时，其测量结果和3GPP信道模型基本稳合，但是在靠近遮挡物时，例如2m处的测量值，其结果要远大于3GPP信道模型在该点处的路径损耗值。因此，在实际建模中需在靠近遮挡物处修正其遮挡物造成的深度衰减。
图4给出了本发明实测NLOS场景下遮挡损耗与接收端到遮挡物距离之间关系。通过对遮挡物造成的路径损耗进行分析，发现SAF与接收端到遮挡物的距离呈指数函数关系，表达式可以表示为SAF＝32.56e-1.867D+14.46，其中D是接收端到遮挡物距离。带有遮挡物衰减因子模型的阴影衰落的累计概率分布满足均值为零的高斯正态分布，标准差为2.2468。因此，在实际建模中，越靠近遮挡物额外的附加遮挡损耗越大，并且随着距离的增大呈指数下降。
表1给出了遮挡物静止时不同传输频率的遮挡损耗因子公式SAF＝ae-bD+c的拟合参数。遮挡损耗因子公式如下：
SAF＝ae-bD+c
式中，a，b，c均为遮挡损耗因子公式的形式参数，经拟合求解，获得实参，模型成立。
表中并没有给出中心频率为12GHz的拟合参数，这是因为测量场景中测量距离有限导致的。当遮挡物静止时，遮挡物造成的路径损耗值随着接收端距离的增大趋于一个定值c，且频率越大，该定值越小，即遮挡物造成的路径损耗值越小；而频率越大，到达该定值所需要的距离越长，当室内测量场景的距离无法满足远大于该距离时，会造成曲线拟合误差，指数函数拟合曲线的RMSE要大于线性函数拟合的RMSE。
表1不同传输频率对应的遮挡物衰减因子拟合参数表
| 频率\参数 | a | b | c | RMSE |
| 9GHz | 29.39 | 1.764 | 18.33 | 0.751 |
| 9.5GHz | 14.20 | 0.716 | 14.57 | 0.248 |
| 10GHz | 31.73 | 1.776 | 14.2 | 0.599 |
| 10.5GHz | 17.77 | 0.881 | 13.04 | 0.226 |
| 11GHz | 18.79 | 0.719 | 13.63 | 0.223 |
| 11.5GHz | 19.99 | 0.486 | 10.06 | 0.292 |
| 12GHz | \ | 趋近与0 | \ | \ |
实施例三：
本实施例提供一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模装置，所述装置包括：
数据采集模块：用于获取测量数据：所述测量数据包括各位置点上的接收端与信号源距离d、接收端距遮挡物距离D和各位置点的路径损耗值PL；
初始模型模块：用于构建具有遮挡物衰减因子的信道初始模型：
其中，PL(d,f)表示在距离信号源d处，传输频率为f时的路径损耗值，PL(d0,f)表示在距离信号源d0处，传输频率为f时的路径损耗值，n表示路径损耗指数，SAF(D,f)为传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值，
是均值为零，标准差为σSAF的高斯分布随机变量；d0为接收端至信号源的参考距离，d表示接收端至信号源的距离；
因子提取模块：用于基于所述信道初始模型和测量数据，求解获取测量场景的路径损耗指数n和传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)；
参数提取模块：用于利用最小均方误差方法进行参数提取，拟合出遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式；
建模模块：用于根据所述遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式和路径损耗指数n建立基于遮挡物衰减因子的室内高频段信道模型。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取测量数据：所述测量数据包括各位置点上的接收端与信号源距离d、接收端距遮挡物距离D和各位置点的路径损耗值PL；
构建具有遮挡物衰减因子的信道初始模型：
其中，PL(d,f)表示在距离信号源d处，传输频率为f时的路径损耗值，PL(d0,f)表示在距离信号源d0处，传输频率为f时的路径损耗值，n表示路径损耗指数，SAF(D,f)为传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值，
是均值为零，标准差为σSAF的高斯分布随机变量；d0为接收端至信号源的参考距离，d表示接收端至信号源的距离；
基于所述信道初始模型和测量数据，求解获取测量场景的路径损耗指数n和传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)；
利用最小均方误差方法进行参数提取，拟合出遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式；
根据所述遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式和路径损耗指数n建立基于遮挡物衰减因子的室内高频段信道模型。
2.根据权利要求1所述的基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法，其特征在于，基于所述信道初始模型和测量数据，求解获取测量场景的路径损耗指数n和传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)的方法包括：
根据所述测量数据，计算获得在距离d处、传输频率为f时的路径损耗值PL(d,f)和在距离信号源d处的接收端距离遮挡物的距离；
获取在距离信号源参考距离d0处，传输频率为f时的路径损耗值PL(d0,f)；接收端至信号源的参考距离d0设置为1m；
将接收端与信号源的距离d与此时相对应的在距离d处、传输频率为f时的路径损耗值PL(d,f)带入信道初始模型中，根据下式求解计算获取路径损耗指数n：
将接收端与信号源的距离d与此时相对应的在距离d处、传输频率为f时的路径损耗值PL(d,f)带入信道初始模型中，根据下式计算获取传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)：
3.根据权利要求1所述的基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法，其特征在于，利用最小均方误差方法进行参数提取，拟合出遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式的方法包括：
预设遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式即初始遮挡损耗因子公式：
SAF＝ae-bD+c
式中，a，b，c均为遮挡损耗因子公式的形式参数；
基于测量数据，通过最小均方误差方法进行参数提取遮挡损耗因子公式的形式参数，得到遮挡损耗因子公式。
4.根据权利要求1所述的基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法，其特征在于，所述方法还包括验证模型的准确性；
所述验证模型的准确性的方法包括：计算获得基于遮挡物衰减因子的室内高频段信道模型的误差集，用本模型阴影因子
的累积分布函数的统计规律进行对比，验证模型的准确性。
5.根据权利要求1所述的基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法，其特征在于，所述获取测量数据的方法包括以下步骤：
搭建高频段室内场景的测量环境，变动遮挡物位置并在不同的接收端位置进行测量，采集测量数据。
6.根据权利要求5所述的基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法，其特征在于，所述搭建高频段室内场景的测量环境的方法包括：
将信号源固定在给定的位置，接收端固定在三脚架上；
在距离信号源附近区域设置多个测量接收点；
在每个测量接收点设置网格点，分布在网格中，网格点之间的间隔大于所研究频率的波长；
基于测量场景移动遮挡物，使接收端在不同的测量接收点间移动接收信号，获取各位置点的路径损耗值。
7.根据权利要求6所述的基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法，其特征在于，所述基于测量场景移动遮挡物，使接收端在不同的测量接收点间移动接收信号，获取各位置点的路径损耗值的方法包括以下步骤：
将测量场景依然分为视距场景和非视距场景；
在视距场景中，将接收端在测量接收点间移动；
在非视距场景中，使用中心与信号源齐平的金属板作为遮挡物，移动遮挡物并记录对应的路径损耗值。
8.根据权利要求7所述的基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法，其特征在于，所述信号源为发射天线，所述接收端为接收天线，信号源和接收端均距地高度均为1米，水平放置；
所述测量接收点在距离信号源1m到5m的区域，每隔0.5m设置一个；
每个测量接收点设置有25个网格点，分布在32cm×32cm的网格中，网格点之间的间隔为8cm；
所述金属板为50cm×50cm×0.5cm，所述金属板的中心距地高度1m；
在非视距NLOS场景中，使用中心与信号源齐平的金属板作为遮挡物，移动遮挡物并记录对应的路径损耗值的方法包括以下步骤：
步骤1：将接收端固定在4.5m测量点处，遮挡物从0.5m测量点处移动到4m测量点处并依次记录相关的数据；
步骤2：将遮挡物固定在1.5m测量点处，接收端从2m测量点处移动到5m处并依次记录相关的数据；
步骤3：改变测量频率重复步骤1和步骤2。
9.根据权利要求1所述的基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法，其特征在于，所述基于遮挡物衰减因子的室内高频段信道模型的表达式为：
其中，PL(d,f)表示在距离信号源d处，传输频率为f时的路径损耗值，PL(d0,f)表示在距离信号源d0处，传输频率为f时的路径损耗值，n表示路径损耗指数，
是均值为零，标准差为σSAF的高斯分布随机变量；d0为接收端至信号源的参考距离，d表示接收端至信号源的距离。
10.一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模装置，其特征在于，所述装置包括：
数据采集模块：用于获取测量数据：所述测量数据包括各位置点上的接收端与信号源距离d、接收端距遮挡物距离D和各位置点的路径损耗值PL；
初始模型模块：用于构建具有遮挡物衰减因子的信道初始模型：
其中，PL(d,f)表示在距离信号源d处，传输频率为f时的路径损耗值，PL(d0,f)表示在距离信号源d0处，传输频率为f时的路径损耗值，n表示路径损耗指数，SAF(D,f)为传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值，
是均值为零，标准差为σSAF的高斯分布随机变量；d0为接收端至信号源的参考距离，d表示接收端至信号源的距离；
因子提取模块：用于基于所述信道初始模型和测量数据，求解获取测量场景的路径损耗指数n和传输频率为f时接收端距离遮挡物D距离时遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)；
参数提取模块：用于利用最小均方误差方法进行参数提取，拟合出遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式；
建模模块：用于根据所述遮挡物造成的额外路径损耗衰减值SAF(D,f)与接收端距离遮挡物距离D的关系表达式和路径损耗指数n建立基于遮挡物衰减因子的室内高频段信道模型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110420127.9A CN113179140A (zh) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110420127.9A CN113179140A (zh) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113179140A true CN113179140A (zh) | 2021-07-27 |
Family
ID=76923796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110420127.9A Pending CN113179140A (zh) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113179140A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114362850A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-15 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种地下环境无线信号衰减情况的确定方法及系统 |
| CN114531364A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-05-24 | 四川天邑康和通信股份有限公司 | 路由器天线管理系统 |
| CN114598407A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-06-07 | 南京邮电大学 | 一种室内高频段离体信道路径损耗的建模方法及装置 |
| CN114866168A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-08-05 | 南京工程学院 | 一种工业物联网环境中路径损耗预测方法和系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105471526A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-04-06 | 工业和信息化部电信研究院 | 一种接收端性能测试方法 |
| US20170338901A1 (en) * | 2014-10-27 | 2017-11-23 | Ranplan Wireless Network Design Limited | Method for predicting indoor three-dimensional space signal field strength using an outdoor-to-indoor propagation model |
| CN112291023A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-01-29 | 南京邮电大学 | 基于广义加性模型的交互性离体信道大规模衰落建模方法 |
-
2021
- 2021-04-19 CN CN202110420127.9A patent/CN113179140A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170338901A1 (en) * | 2014-10-27 | 2017-11-23 | Ranplan Wireless Network Design Limited | Method for predicting indoor three-dimensional space signal field strength using an outdoor-to-indoor propagation model |
| CN105471526A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-04-06 | 工业和信息化部电信研究院 | 一种接收端性能测试方法 |
| CN112291023A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-01-29 | 南京邮电大学 | 基于广义加性模型的交互性离体信道大规模衰落建模方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘加欢 等: "室内办公室场景10 GHz 频段传播特性研究", 《南京邮电大学学报( 自然科学版)》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114362850A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-15 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种地下环境无线信号衰减情况的确定方法及系统 |
| CN114362850B (zh) * | 2021-12-30 | 2024-05-14 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种地下环境无线信号衰减情况的确定方法及系统 |
| CN114531364A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-05-24 | 四川天邑康和通信股份有限公司 | 路由器天线管理系统 |
| CN114531364B (zh) * | 2022-01-04 | 2023-12-15 | 四川天邑康和通信股份有限公司 | 路由器天线管理系统 |
| CN114598407A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-06-07 | 南京邮电大学 | 一种室内高频段离体信道路径损耗的建模方法及装置 |
| CN114598407B (zh) * | 2022-01-27 | 2023-06-23 | 南京邮电大学 | 一种室内高频段离体信道路径损耗的建模方法及装置 |
| CN114866168A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-08-05 | 南京工程学院 | 一种工业物联网环境中路径损耗预测方法和系统 |
| CN114866168B (zh) * | 2022-04-29 | 2024-04-12 | 南京工程学院 | 一种工业物联网环境中路径损耗预测方法和系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113179140A (zh) | 一种基于遮挡物衰减因子的高频段信道建模方法及装置 | |
| Hosseinzadeh et al. | Empirical propagation performance evaluation of LoRa for indoor environment | |
| US7203489B2 (en) | Measurement based prediction method for radiation path loss | |
| Salo et al. | An additive model as a physical basis for shadow fading | |
| Roslee et al. | Optimization of Hata propagation prediction model in suburban area in Malaysia | |
| Mollel et al. | Comparison of empirical propagation path loss models for mobile communication | |
| Bernardin et al. | Cell radius inaccuracy: a new measure of coverage reliability | |
| Wang et al. | An extension of spatial channel model with spatial consistency | |
| Akinwole et al. | Comparative analysis of empirical path loss model for cellular transmission in rivers state | |
| Bhuvaneshwari et al. | Statistical tuning of the best suited prediction model for measurements made in Hyderabad city of Southern India | |
| CN108259097B (zh) | 基于mr数据的修正无线传播模型的方法及装置 | |
| CN114448531B (zh) | 一种信道特性分析方法、系统、介质、设备及处理终端 | |
| Zheng et al. | The analysis of indoor wireless communications by a blockage model in ultra-dense networks | |
| Nadir et al. | Pathloss Analysis at 900 MHz for Outdoor Environment | |
| Yang et al. | Matlab simulink of COST231-WI Model | |
| Östlin | On Radio Wave Propagation Measurements and Modelling for Cellular Mobile Radio Networks | |
| Lytaev et al. | Comparative Analysis of Parabolic Equation Method and Longley–Rice Propagation Model | |
| Tanski et al. | Sub-THz Wireless Channel Field Measurements: A Study at 140 GHz | |
| Cuinas et al. | A comparison of empirical and ray-tracing models for indoor radio-wave propagation [wireless corner] | |
| US9692465B1 (en) | Aggregate interference model and use thereof to evaluate performance of a receiver | |
| Tai et al. | Effects of crowd density on radio propagation at 24 GHz in a pedestrian tunnel for 5G communications | |
| Almeida et al. | UHF signal measurements and prediction using propagation models | |
| CN114598407B (zh) | 一种室内高频段离体信道路径损耗的建模方法及装置 | |
| Khodadoust et al. | Generalized carrier to interference ratio analysis for shotgun cellular systems in multiple dimensions over composite Rayleigh–Lognormal (Suzuki) fading | |
| ALMĂJANU et al. | Radio coverage analysis for mobile communication networks using ics telecom |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210727 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |