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专利号: 2024119424894
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种适用于复杂环境的无线信道衰落分布模型,其特征在于,所述模型为α‑λ‑κ‑μ分布模型,包括:信号包络分析模块和信号信噪比分析模块;

信号包络分析模块,用于根据在包含非线性介质、非均匀环境以及多径传播特性的复杂环境下,无线信道的α、λ、κ和μ四个参数,获取信号包络的概率密度函数和累积分布函数,得到无线信道的信号包络在复杂环境下的分布特性;

其中,无线信道中信号因多径传播形成多个多径簇信号,多个多径簇信号再通过非线性介质进行组合;每个多径簇信号包含视距分量和散射分量,非均匀环境使得每个多径簇信号中的同相分量和正交分量相互关联;α表示非线性介质的非线性强度,α>0;λ表示每个多径簇信号内同相分量和正交分量的相关性,‑1≤λ≤1;κ用于量化视距分量相对于散射分量的强度,κ>0;μ表示多径簇信号的数量,μ>0;

信号信噪比分析模块,用于根据无线信道的α、λ、κ和μ四个参数,获取信号信噪比的概率密度函数、累积分布函数、高阶原点矩和矩生成函数,得到无线信道的信号信噪比在复杂环境下的分布特性;

信号包络在复杂环境下的分布特性和信号信噪比在复杂环境下的分布特性,用于指示无线信道在复杂环境下的衰落分布特性;

其中,所述信号包络分析模块,还用于根据无线信道的α、λ、κ和μ四个参数,分别获取信号包络在二阶矩和高阶矩下的概率密度函数,以及分别获取信号包络在二阶距和高阶矩下的累积分布函数;

所述信号信噪比分析模块,还用于根据无线信道的α、λ、κ和μ四个参数,分别获取信号信噪比的概率密度函数和累积分布函数的渐进结果,得到在特定信道条件下信号信噪比的分布特性;

2

所述α‑λ‑κ‑μ分布模型中,每个多径簇信号内的散射分量具有相同的功率σ,且每个多径簇信号内同相分量和正交分量的相关性 包络Rλκμ采用具有相同的方差且非独立的同相分量和正交分量的形式来表示:2

式中,Xi和Yi为 Var(Xi)=Var(Yi)=σ的高斯变量;

α‑λ‑κ‑μ分布模型中,λ‑κ‑μ分布的信号包络 的概率密度函数PDF为:式中,Amn=μ+m+n, Γ(·)表示伽马函数,1F1(·)为库默合流超几何函数, 表示视距路径的总功率与散射路径的总功率之比,通过变换 可得λ‑κ‑μ分布的信号包络的PDF为:λ‑κ‑μ分布的包络k阶矩为:

式中,2F1(·)为高斯合流超几何函数;

考虑受非线性介质影响的信号包络 并定义 则:令λ‑κ‑μ分布信号包络的PDF中 可得α‑λ‑κ‑μ分布模型的信号包络的PDF为:式中,

若定义信号包络的均值 则α‑λ‑κ‑μ分布模型的信号包络的PDF为:根据定义 可得信号包络在二阶矩和高阶矩下的累积分布函数CDF分别为:

式中,Φ2(·)为二元合流阿佩尔函数;

根据 可得信号信噪比的PDF为:

根据 可得信号信噪比的CDF为:

根据 可得信号信噪比的k阶原点矩如下:

根据 可得信号信噪比的矩生成函数MGF如下:式中,H(·)为Fox H函数。

2.根据权利要求1所述的适用于复杂环境的无线信道衰落分布模型,其特征在于,所述信号包络分析模块,还用于根据信号包络的概率密度函数和累积分布函数,获取无线信道在复杂环境下的电平交叉率、平均衰落持续时间以及衰落量。

3.根据权利要求2所述的适用于复杂环境的无线信道衰落分布模型,其特征在于,所述信号信噪比分析模块,还用于根据信号信噪比的概率密度函数、累积分布函数、高阶原点矩和矩生成函数,获取无线信道在复杂环境下的中断概率、平均误比特率以及在最佳速率自适应策略、信道反转和固定速率策略下的遍历容量。

4.根据权利要求3所述的适用于复杂环境的无线信道衰落分布模型,其特征在于,通过对信号包络在二阶矩下的CDF进行变量代换, 得到信号包络的PDF,可得α‑λ‑κ‑μ分布模型的电平穿过率LCR为:式中,fm为最大多普勒频率;

根据定义式 可得α‑λ‑κ‑μ分布模型的平均衰落时间AFD为:信号包络的k阶矩为:

由k阶矩和衰落量的定义式 可得衰落量AoF为:式中,

由信号信噪比的PDF,通过变量代换γ=γth,可得在α‑λ‑κ‑μ分布模型下的中断概率OP为:式中, 为下不完全伽马函数;

α‑λ‑κ‑μ分布模型下的平均误比特率为:式中,G(·)为G‑函数;

在最佳速率自适应策略ORA、信道反转和固定速率策略下CIFA的遍历容量EC的遍历容量分别为:由 可得,信号信噪比的PDF和CDF在高平均信噪比条件下的渐进结果分别为:

且中断概率、平均误比特率、遍历容量在高平均信噪比条件下的渐进结果分别为:式中,

5.一种复杂环境下无线信道的衰落分布分析方法,其特征在于,包括:获取在包含非线性介质、非均匀环境以及多径传播特性的复杂环境下,无线信道的α、λ、κ和μ四个参数的取值;

其中,无线信道中信号因多径传播形成多个多径簇信号,多个多径簇信号再通过非线性介质进行组合;每个多径簇信号包含视距分量和散射分量,非均匀环境使得每个多径簇信号中的同相分量和正交分量相互关联;α表示非线性介质的非线性强度,α>0;λ表示每个多径簇信号内同相分量和正交分量的相关性,‑1≤λ≤1;κ用于量化视距分量相对于散射分量的强度,κ>0;μ表示多径簇信号的数量,μ>0;

将无线信道的α、λ、κ和μ四个参数的取值输入至如权利要求1至4中任一项所述的适用于复杂环境的无线信道衰落分布模型中;其中,适用于复杂环境的无线信道衰落分布模型为α‑λ‑κ‑μ分布模型,包括信号包络分析模块和信号信噪比分析模块;

通过信号包络分析模块,获取信号包络的概率密度函数和累积分布函数,得到无线信道的信号包络在复杂环境下的分布特性;

通过信号信噪比分析模块,获取信号信噪比的概率密度函数、累积分布函数、高阶原点矩和矩生成函数,得到无线信道的信号信噪比在复杂环境下的分布特性;

结合无线信道的信号包络在复杂环境下的分布特性以及信号信噪比在复杂环境下的分布特性,获取无线信道在复杂环境下的衰落分布特性;

其中,所述方法还包括:

通过信号包络分析模块,获取信号包络在二阶矩和高阶矩下的概率密度函数,以及信号包络在二阶距和高阶矩下的累积分布函数;

通过信号信噪比分析模块,获取信号信噪比的概率密度函数和累积分布函数的渐进结果,得到在特定信道条件下信号信噪比的分布特性;

2

所述α‑λ‑κ‑μ分布模型中,每个多径簇信号内的散射分量具有相同的功率σ,且每个多径簇信号内同相分量和正交分量的相关性 包络Rλκμ采用具有相同的方差且非独立的同相分量和正交分量的形式来表示:2

式中,Xi和Yi为 Var(Xi)=Var(Yi)=σ的高斯变量;

α‑λ‑κ‑μ分布模型中,λ‑κ‑μ分布的信号包络 的概率密度函数PDF为:式中,Amn=μ+m+n, Γ(·)表示伽马函数,1F1(·)为库默合流超几何函数, 表示视距路径的总功率与散射路径的总功率之比,通过变换 可得λ‑κ‑μ分布的信号包络的PDF为:λ‑κ‑μ分布的包络k阶矩为:

式中,2F1(·)为高斯合流超几何函数;

考虑受非线性介质影响的信号包络 并定义 则:令λ‑κ‑μ分布信号包络的PDF中 可得α‑λ‑κ‑μ分布模型的信号包络的PDF为:式中,

若定义信号包络的均值 则α‑λ‑κ‑μ分布模型的信号包络的PDF为:根据定义 可得信号包络在二阶矩和高阶矩下的累积分布函数CDF分别为:

式中,Φ2(·)为二元合流阿佩尔函数;

根据 可得信号信噪比的PDF为:

根据 可得信号信噪比的CDF为:

根据 可得信号信噪比的k阶原点矩如下:

根据 可得信号信噪比的矩生成函数MGF如下:式中,H(·)为Fox H函数。