基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成方法、装置、处理器及其存储介质

摘要

本发明涉及一种基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法，包括以下步骤：生成以最大速度匀速下参考点的信道系数；根据速度数据，计算所需插值采样点的运动距离；对原来匀速条件下的n个点进行拉格朗日插值，计算得到长度为n

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及信道模拟领域，具体是指一种基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，无线信号传输相关领域得到了广泛的研究，而为了方便研究验证，就需要在实验室环境下使用信道模拟器对信道环境进行模拟，还原现实场景。

现有的系统实现了固定速度TDL信道模型仿真的过程，使用了传统的滤波器法，运算量较小，应用广泛，但是仿真衰落信道效果不理想，特别是在设备移动时速度变化的情况下，要仿真变速设备移动信道无法直接实现。而另一种用于模型仿真的正弦波叠加法以莱斯正弦和为基础，要求的带宽相对于采样率来说非常窄，复杂度高，计算所花的时间较长。所以系统目前在建立TDL模型时以滤波器法为基础，利用低通滤波器来产生两个或多个相关的高斯随机过程。

TDL仿真建模时一般根据信号在传播路径中受到的遮蔽情况采用不同的概率分布组合进行仿真。常见的瑞利和莱斯分布是通过两个相互正交的均值为0,方差为1的高斯随机过程通过一个单位能量杰克斯型的低通滤波器整形滤波后引入多普勒扩展，从而产生带限的高斯色噪声。然后将得到的高斯色噪声乘以多径分量的标准偏差，得到瑞利随机分布过程，而莱斯分布的仿真实现只需要在产生瑞利随机过程后再叠加一个直射分量的幅度即可。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足精准度高、误差小、适用范围较为广泛的基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。

为了实现上述目的，本发明的基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：

该基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)生成以最大速度匀速下参考点的信道系数；

(2)根据速度数据，计算所需插值采样点的运动距离；

(3)对原来匀速条件下的n个点进行拉格朗日插值，计算得到长度为n′的信道系数数组。

较佳地，所述的步骤(1)具体为：

选取动态速度环境下的最大速度，以最大速度生成匀速运动模型，得到以最大速度匀速下n个采样点的信道系数h。

较佳地，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(2.1)计算n′个采样点的移动距离；

(2.2)计算得到变速环境下n′个时刻终端对应的运行距离。

较佳地，所述的步骤(2.2)具体为：

计算每个采样点的时间间隔和实际速度的乘积，并将所有采样点的乘积累加，得到采样点i′的运动距离d′

较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：

(3.1)从匀速模型的参考点数组中找出将d′

(3.2)使用拉格朗日插值法计算得到第i个点插值得到的信道系数；

(3.3)循环步骤(3.1)直至计算得到插值后的n′个采样点的信道系数。

该用于实现基于拉格朗日插值的动态速度TDL模型信道系数生成处理的装置，其主要特点是，所述的装置包括：

处理器，被配置成执行计算机可执行指令；

存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法的各个步骤。

该用于实现基于拉格朗日插值的动态速度TDL模型信道系数生成处理的处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法的各个步骤。

该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法的各个步骤。

采用了本发明的基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，主要用于解决滤波器法生成的信道模型用于仿真变速设备运动过程的问题，解决了模型中信号接收设备变速移动的环境下仿真数据不准确的问题。同时使用滤波器法其计算复杂度也比正弦波叠加法要低不少，有效减少了仿真建模所花的时间。

附图说明

图1为本发明的基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法的流程图。

图2为本发明的插值参考点和所需插值的点对应的速度的变化曲线示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的该基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法，其中包括以下步骤：

(1)生成以最大速度匀速下参考点的信道系数；

(2)根据速度数据，计算所需插值采样点的运动距离；

(3)对原来匀速条件下的n个点进行拉格朗日插值，计算得到长度为n′的信道系数数组。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1)具体为：

选取动态速度环境下的最大速度，以最大速度生成匀速运动模型，得到以最大速度匀速下n个采样点的信道系数h。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(2.1)计算n′个采样点的移动距离；

(2.2)计算得到变速环境下n′个时刻终端对应的运行距离。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2.2)具体为：

计算每个采样点的时间间隔和实际速度的乘积，并将所有采样点的乘积累加，得到采样点i′的运动距离d′

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：

(3.1)从匀速模型的参考点数组中找出将d′

(3.2)使用拉格朗日插值法计算得到第i个点插值得到的信道系数；

(3.3)循环步骤(3.1)直至计算得到插值后的n′个采样点的信道系数。

本发明的该用于实现基于拉格朗日插值的动态速度TDL模型信道系数生成处理的装置，其中所述的装置包括：

处理器，被配置成执行计算机可执行指令；

存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法的各个步骤。

本发明的该用于实现基于拉格朗日插值的动态速度TDL模型信道系数生成处理的处理器，其中所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法的各个步骤。

本发明的该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法的各个步骤。

现有技术由于使用了固定的速度计算，使得与速度相关的数据如多普勒频移只能得到一个定值，无法仿真变速环境下频移变化的场景。这里通过插值方法解决了当前仿真场景单一无法模拟更复杂环境的问题。

本发明的具体实施方式中，主要用于计算信道终端非匀速运动的情况下的信道系数。

由于参考点速度相同，无法直接进行插值计算，故而做进一步转换，每个参考点在不同时刻相同速度下所移动的距离是不同的，所以本发明的核心在于计算每个所需插值点从开始时刻起所运动的距离。然后根据距离进行插值计算信道系数，如表1中所示前3行数据为插值所需的参数，插值过程以移动距离为参考，计算多项式的系数，再乘以信道系数累加得到插值后的信道系数h′。

表1

其过程如下：

动态速度环境下，选取最大速度，以这一最大速度基于滤波器法生成匀速运动模型，得到n个信道系数h。

然后由于每个运动的终端对于基站在任一时刻都有一个唯一的距离值，所以变速情况下需要计算的n′个信道系数就可以转换成n′个采样点对距离的插值求解过程。

已知原先匀速情况下n个时刻运行的距离为从0开始等间距的n个值，然后需要计算n′个点的移动距离，而每个时刻速度值是已知的，这样就可以计算得到变速环境下n′个时刻终端对应的运行距离。接下来只需要在以距离值为参考点，对原来匀速条件下的n个点进行插值获取新的n′个点。

输出数据为经过插值计算得到的新的长度为n′的信道系数数组。这里插值使用了拉格朗日插值法。假设需要插值的信道系数运行的距离为d，这时需要从匀速的信道系数数组中取16个点作为参考点，其中包括移动距离小于d的最大的8个值，和移动距离大于d的最小的8个值，

将所需插值的点周围的16参考点获取之后，就可以通过拉格朗日插值法计算得到距离为d时的信道系数。

图1通过一个速度变化曲线，展示了每个采样点对应的速度，插值参考点为速度为v

图1中输入数据为已经计算得出的匀速环境下信道系数，通过插值方法生成变速环境下信道系数的值。

图2通过一个速度变化曲线，展示了插值参考点和所需插值的点对应的速度，插值参考点的距离数据为最大速度和某一时刻时间的乘积，而所需插的值的距离数据为0到该点速度曲线和时间轴之间的面积。

在本发明的具体实施例中，首先系统使用滤波器法计算参考点数据，实际计算中使用白噪声生成器产生正交分量之后先在频域用滤波器进行整形滤波，整形滤波的传递函数等于衰落过程的多普勒功率普密度的平方根，最后将整形滤波器的输出信号通过快速傅里叶反变换，将生成的色高斯过程变换到时域上。

这样系统会根据信道的衰落模型计算得到n个采样点的信道系数，为了保证后续插值和采样率转换的准确度，预生成的匀速模型，移动速度取最大值计算，对模型场景的完整运动轨迹做采样，这里取最大速度计算是为了得到的参考点距离数据可以覆盖实际情况的距离数据，保证插值数据的正确性。这样得到从0到最大距离的n个信道系数的值，每个点位置以{d

接下来开始计算实际运动的距离，如这里默认信号接收端沿直线往某一方向移动，参考图2，原本的n个点时间间隔相同，匀速运动时他们所代表的点运行轨迹的距离是等长的增加的，而变速情况下的n′个点，由于速度不一定保持不变，需要计算每个时刻的运动距离。图2中速度曲线和横轴之间的面积代表了实际运动距离，这里可以使用积分的方法将每个采样点时刻速度和采样时间间隔的乘积累加得到每个采样点距离的值。所以图2中的计算采样点i时刻的距离需要获取到i点为止所有点的速度{v

d

这样系统就完成变速环境下信道系数的插值计算。通过滤波器法和拉格朗日插值法的结合完成了变速环境下TDL信道系数的生成。

本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

采用了本发明的基于拉格朗日插值实现动态速度TDL模型信道系数生成处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，主要用于解决滤波器法生成的信道模型用于仿真变速设备运动过程的问题，解决了模型中信号接收设备变速移动的环境下仿真数据不准确的问题。同时使用滤波器法其计算复杂度也比正弦波叠加法要低不少，有效减少了仿真建模所花的时间。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。