CN113872715B - 一种多径信号仿真方法、系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

一种多径信号仿真方法、系统、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多径信号仿真方法、系统、电子设备及存储介质，所述方法包括以下步骤：步骤1，根据实际场景建模，基于射线追踪法确定发射端与接收端之间存在的潜在通信路径，包括视距路径、一次反射路径及多次反射路径；步骤2，基于与潜在通信路径相关的影响接收信号质量的影响因素分别计算第a条潜在通信路径的第i个影响因素的因素指标
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
；步骤3，根据各影响因素的重要程度计算第i个影响因素的权重
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
；步骤4，基于因素指标
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
和其权重
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAA
计算第a条潜在通信路径的影响函数
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
；步骤5，基于各潜在通信路径的影响函数从所有潜在通信路径中选择若干条优势路径；步骤6，基于优势路径对发射端和接收端的通信进行多径信号仿真。

Description

一种多径信号仿真方法、系统、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及无线通信多径效应领域，具体是一种多径信号仿真方法、系统、电子设备及存储介质。
背景技术
在城市、山地等复杂地理环境中，发射端和接收端之间可能存在许多阻挡物的存在，多径效应普遍存在，接收端接收的信号通常包括视距信号和非视距信号，非视距信号包括多次反射信号。多径效应会带来时延不同步、信号衰减、极化改变、链路不稳定等问题，因此进行多径建模和仿真十分重要。
现有技术中存在通过射线追踪获取发射端和接收端全部多径路径以进行多径仿真的方法，但由于信号损耗的存在，射线追踪法获取的全部路径中存在大量的无效路径，使用现有技术进行多径信号的仿真存在大量无效计算。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的上述问题，提供了一种多径信号仿真方法、系统、电子设备及存储介质，本发明通过准确选择优势路径，实现对收发端多径信号进行高效准确仿真，减少仿真无效计算量。
第一方面，本发明提供了一种多径信号仿真方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，根据实际场景建模，基于射线追踪法确定发射端与接收端之间存在的潜在通信路径，包括视距路径、一次反射路径及多次反射路径；
步骤2，基于与潜在通信路径相关的影响接收信号质量的影响因素分别计算第a条潜在通信路径的第i个影响因素的因素指标
Figure 260205DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤3，根据各影响因素的重要程度计算第i个影响因素的权重
Figure 725821DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤4，基于因素指标
Figure 391289DEST_PATH_IMAGE001
和其权重
Figure 568455DEST_PATH_IMAGE002
计算第a条潜在通信路径的影响函数
Figure 836625DEST_PATH_IMAGE003
；
步骤5，基于各潜在通信路径的影响函数从所有潜在通信路径中选择若干条优势路径；
步骤6，基于优势路径对发射端和接收端的通信进行多径信号仿真。
优选地，所述步骤1包括：
步骤11，根据实际场景建模，基于射线追踪法确定发射端与接收端之间存在的所有备选通信路径；
步骤12，获取各备选通信路径的长度、反射点数量及首、尾路段与发射端-接收端连线所成的矢量性角度；
步骤13，将反射点数量相同、长度之差小于设定阈值、矢量性角度之差小于设定阈值的备选通信路径归为同类备选通信路径；
步骤14，在各同类备选通信路径中选择长度最小的备选通信路径作为潜在通信路径。
优选地，所述影响函数
Figure 297693DEST_PATH_IMAGE003
的计算方法为
Figure 648909DEST_PATH_IMAGE004
，n表示影响因素的数量。
优选地，所述步骤3中基于层次分析法计算各影响因素的权重；根据影响因素的数量n建立矩阵
Figure 562638DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 260598DEST_PATH_IMAGE006
表示第i个影响因素相较于第j个影响因素的重要程度，第i个影响因素的权重为
Figure 435228DEST_PATH_IMAGE007
。
优选地，所述步骤2中的影响因素包括路径长度和路径反射点数量，路径长度的因素指标计算方法为
Figure 442498DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 92791DEST_PATH_IMAGE009
表示发射端和接收端之间的距离，
Figure 702764DEST_PATH_IMAGE010
表示第a条潜在通信路径的长度；路径反射点数量的因素指标计算方法为
Figure 872845DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 175650DEST_PATH_IMAGE012
表示第a条潜在通信路径的反射点数量。
第二方面，本发明提供了一种多径信号仿真系统，所述系统包括：
场景建模模块，用于获取实际场景的信息并基于实际场景建模，确定发射端与接收端之间存在的所有备选通信路径；
潜在路径确定模块，用于获取所有备选通信路径的长度、反射点数量及首、尾路段与发射端-接收端连线所成的矢量性角度；将反射点数量相同、长度之差小于设定阈值、矢量性角度之差小于设定阈值的备选通信路径归为同类备选通信路径；在各同类备选通信路径中选择长度最小的备选通信路径作为潜在通信路径；
影响因素模块，用于获取影响因素的具体信息，包括影响因素的数量信息、各影响因素之间的重要程度信息；
参数计算模块，用于基于潜在通信路径的情况计算各潜在通信路径的各影响因素的因素指标；基于影响因素的具体信息计算各影响因素的权重；基于因素指标及其权重计算各潜在通信路径的目标函数；
优势路径确定模块，用于基于目标函数从所有潜在通信路径中选择若干条优势路径；
多径仿真模块，用于基于优势路径对发射端和接收端的通信进行多径信号仿真。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器及存储于其上的计算机程序、处理器，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的多径信号仿真方法。
第四方面，本发明提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现上述的多径信号仿真方法。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、基于备选通信路径的长度、反射点数量及首、尾路段与发射端-接收端连线所成的矢量性角度来划分同类备选通信路径，从同类备选通信路径中选择长度最小的成为潜在通信路径，在保留通信路径多样性的同时减少大量相似通信路径，以减少后续仿真时的无效计算量。
2、基于与潜在通信路径相关的影响接收信号质量的影响因素的因素指标、因素指标的权重来计算潜在通信路径的目标函数，再以目标函数来选择优势路径，一方面进一步减少无效通信路径以减少后续仿真的无效计算，另一方面增加优势路径选择的灵活性，可根据实际需要选择影响因素和各影响因素的重要度，以选择出不同方面的优势路径，以便于进行不同需求的多径仿真。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它附图。
图1为本发明一个具体实施例的方法流程图。
图2为本发明一个具体实施例步骤1的具体流程图。
图3为本发明一个具体实施例通信路径长度及其首、尾路段与发射端-接收端连线所成矢量性夹角的示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请实施例提供一种多径信号仿真方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，根据实际场景建模，基于射线追踪法确定发射端与接收端之间存在的潜在通信路径，包括视距路径、一次反射路径及多次反射路径。
在本申请的一些实施例中，如图2所示，步骤1中潜在通信路径的确定具体包括：
步骤11，根据实际场景建模，基于射线追踪法确定发射端与接收端之间存在的所有备选通信路径。
在本申请的一些实施例中，根据实际场景建模为三维仿真建模，三维仿真场景包括环境、发射端和接收端，环境可包括市区、郊区、交通道路、山地、森林等，发射端和接收端可为车辆、手机、基站等。
在本申请的一些实施例中，接收端设置为射线起点，遍历射线集进行射线追踪，获得发射端与接收端之间的所有备选通信路径。
步骤12，获取各备选通信路径的长度、反射点数量及首、尾路段与发射端-接收端连线所成的矢量性角度。
在本申请的一些实施例中，如图3所示，根据三维仿真场景中反射点、发射端、接收端的三维坐标来计算各备选通信路径的长度、各备选通信路径首、尾路段与发射端-接收端连线所成的矢量性角度，可以发射端-接收端连线为起始的顺时针方向为正向。
步骤13，将反射点数量相同、长度之差小于设定阈值、矢量性角度之差小于设定阈值的备选通信路径归为同类备选通信路径。
步骤14，在各同类备选通信路径中选择长度最小的备选通信路径作为潜在通信路径。
基于备选通信路径的长度、反射点数量及首、尾路段与发射端-接收端连线所成的矢量性角度来划分同类备选通信路径，从同类备选通信路径中选择长度最小的成为潜在通信路径，在保留通信路径多样性的同时减少大量相似通信路径，以减少后续仿真时的无效计算量。
步骤2，基于与潜在通信路径相关的影响接收信号质量的影响因素分别计算第a条潜在通信路径的第i个影响因素的因素指标
Figure 549125DEST_PATH_IMAGE001
。
在本申请的一些实施例中，步骤2中的影响因素包括路径长度和路径反射点数量，路径长度的因素指标计算方法为
Figure 103734DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 987377DEST_PATH_IMAGE009
表示发射端和接收端之间的距离，
Figure 851297DEST_PATH_IMAGE010
表示第a条潜在通信路径的长度；路径反射点数量的因素指标计算方法为
Figure 695756DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 913110DEST_PATH_IMAGE012
表示第a条潜在通信路径的反射点数量。
步骤3，根据各影响因素的重要程度计算第i个影响因素的权重
Figure 542937DEST_PATH_IMAGE002
。
在本申请的一些实施例中，所述步骤3中基于层次分析法计算各影响因素的权重；根据影响因素的数量n建立矩阵
Figure 328491DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 784880DEST_PATH_IMAGE006
表示第i个影响因素相较于第j个影响因素的重要程度，第i个影响因素的权重为
Figure 930559DEST_PATH_IMAGE007
。
步骤4，基于因素指标
Figure 523215DEST_PATH_IMAGE001
和其权重
Figure 479669DEST_PATH_IMAGE002
计算第a条潜在通信路径的影响函数
Figure 303314DEST_PATH_IMAGE003
。
在本申请的一些实施例中，所述影响函数
Figure 862471DEST_PATH_IMAGE003
的计算方法为
Figure 716157DEST_PATH_IMAGE004
，n表示影响因素的数量。
基于与潜在通信路径相关的影响接收信号质量的影响因素的因素指标、因素指标的权重来计算潜在通信路径的目标函数，再以目标函数来选择优势路径，一方面进一步减少无效通信路径以减少后续仿真的无效计算，另一方面增加优势路径选择的灵活性，可根据实际需要选择影响因素和各影响因素的重要度，以选择出不同方面的优势路径，以便于进行不同需求的多径仿真。
步骤5，基于各潜在通信路径的影响函数从所有潜在通信路径中选择若干条优势路径。
步骤6，基于优势路径对发射端和接收端的通信进行多径信号仿真。在本申请的一些实施例中，多径信号的仿真可包括路径损耗、阴影衰落、时延等仿真。
本申请实施例还提供一种多径信号仿真系统，包括：
场景建模模块，用于获取实际场景的信息并基于实际场景建模，确定发射端与接收端之间存在的所有备选通信路径；
潜在路径确定模块，用于获取所有备选通信路径的长度、反射点数量及首、尾路段与发射端-接收端连线所成的矢量性角度；将反射点数量相同、长度之差小于设定阈值、矢量性角度之差小于设定阈值的备选通信路径归为同类备选通信路径；在各同类备选通信路径中选择长度最小的备选通信路径作为潜在通信路径；
影响因素模块，用于获取影响因素的具体信息，包括影响因素的数量信息、各影响因素之间的重要程度信息；
参数计算模块，用于基于潜在通信路径的情况计算各潜在通信路径的各影响因素的因素指标；基于影响因素的具体信息计算各影响因素的权重；基于因素指标及其权重计算各潜在通信路径的目标函数；
优势路径确定模块，用于基于目标函数从所有潜在通信路径中选择若干条优势路径；
多径仿真模块，用于基于优势路径对发射端和接收端的通信进行多径信号仿真。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器和处理器可以通过总线或其它方式连接。存储器可用于存储软件程序、计算机程序及模块，如上述基于射线追踪法的多径信号仿真方法对应的程序/模块；处理器通过执行存储器中的计算机程序及模块，实现上述的多径信号仿真方法。
处理器可以为中央处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列等，存储器可以为高速随机存取存储器、非暂态存储器等。
本申请实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现上述的多径信号仿真方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘等中的一种或多种的组合。
需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述，其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多径信号仿真方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，根据实际场景建模，基于射线追踪法确定发射端与接收端之间存在的潜在通信路径，包括视距路径、一次反射路径及多次反射路径；
步骤2，基于与潜在通信路径相关的影响接收信号质量的影响因素分别计算第a条潜在通信路径的第i个影响因素的因素指标fi(La)；所述影响因素包括路径长度和路径反射点数量，路径长度的因素指标计算方法为
Figure FDA0003472405900000011
Figure FDA0003472405900000012
表示发射端和接收端之间的距离，
Figure FDA0003472405900000013
表示第a条潜在通信路径的长度；路径反射点数量的因素指标计算方法为
Figure FDA0003472405900000014
Figure FDA0003472405900000015
表示第a条潜在通信路径的反射点数量；
步骤3，根据各影响因素的重要程度计算第i个影响因素的权重ωi；
步骤4，基于因素指标fi(La)和其权重ωi计算第a条潜在通信路径的影响函数f(La)；所述影响函数f(La)的计算方法为
Figure FDA0003472405900000016
n表示影响因素的数量；
步骤5，基于各潜在通信路径的影响函数从所有潜在通信路径中选择若干条优势路径；
步骤6，基于优势路径对发射端和接收端的通信进行多径信号仿真。
2.根据权利要求1所述的一种多径信号仿真方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤11，根据实际场景建模，基于射线追踪法确定发射端与接收端之间存在的所有备选通信路径；
步骤12，获取各备选通信路径的长度、反射点数量及首、尾路段与发射端- 接收端连线所成的矢量性角度；
步骤13，将反射点数量相同、长度之差小于设定阈值、矢量性角度之差小于设定阈值的备选通信路径归为同类备选通信路径；
步骤14，在各同类备选通信路径中选择长度最小的备选通信路径作为潜在通信路径。
3.根据权利要求1所述的一种多径信号仿真方法，其特征在于，所述步骤3中基于层次分析法计算各影响因素的权重；根据影响因素的数量n建立矩阵
Figure FDA0003472405900000021
Ci，j(i∈[1，n]，j∈[1，n])表示第i个影响因素相较于第j个影响因素的重要程度，第i个影响因素的权重为
Figure FDA0003472405900000022
4.一种多径信号仿真系统，其特征在于，所述系统包括：
场景建模模块，用于获取实际场景的信息并基于实际场景建模，确定发射端与接收端之间存在的所有备选通信路径；
潜在路径确定模块，用于获取所有备选通信路径的长度、反射点数量及首、尾路段与发射端-接收端连线所成的矢量性角度；将反射点数量相同、长度之差小于设定阈值、矢量性角度之差小于设定阈值的备选通信路径归为同类备选通信路径；在各同类备选通信路径中选择长度最小的备选通信路径作为潜在通信路径；
影响因素模块，用于获取影响因素的具体信息，包括影响因素的数量信息、各影响因素之间的重要程度信息；所述影响因素包括路径长度和路径反射点数量；
参数计算模块，用于基于潜在通信路径的情况计算各潜在通信路径的各影响因素的因素指标；基于影响因素的具体信息计算各影响因素的权重；基于因素指标及其权重计算各潜在通信路径的影响函数；所述路径长度的因素指标计算方法为
Figure FDA0003472405900000031
Figure FDA0003472405900000032
表示发射端和接收端之间的距离，
Figure FDA0003472405900000033
表示第a条潜在通信路径的长度；路径反射点数量的因素指标计算方法为
Figure FDA0003472405900000034
Figure FDA0003472405900000035
表示第a条潜在通信路径的反射点数量；根据各影响因素的重要程度计算第i个影响因素的权重ωi，基于因素指标fi(La)和其权重ωi计算第a条潜在通信路径的影响函数f(La)，所述影响函数f(La)的计算方法为
Figure FDA0003472405900000036
n表示影响因素的数量；
优势路径确定模块，用于基于影响函数从所有潜在通信路径中选择若干条优势路径；
多径仿真模块，用于基于优势路径对发射端和接收端的通信进行多径信号仿真。
5.一种电子设备，包括存储器及存储于其上的计算机程序、处理器，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3任一项所述的多径信号仿真方法。
6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现如权利要求1-3任一项所述的多径信号仿真方法。
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