本發(fā)明涉及無線通信，更具體地說，涉及一種考慮菲涅爾區(qū)特征的路徑損耗預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著對(duì)超高數(shù)據(jù)速率傳輸、超低延遲、全球覆蓋和智能服務(wù)的需求不斷增加，現(xiàn)有的5g無線通信網(wǎng)絡(luò)不再足以滿足這些需求。在對(duì)更高性能的需求的驅(qū)動(dòng)下，6g網(wǎng)絡(luò)將需要利用新的啟用技術(shù)來應(yīng)對(duì)新興應(yīng)用場(chǎng)景所帶來的挑戰(zhàn)，如空、天、地、海一體化網(wǎng)絡(luò)。這不可避免地為未來無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和優(yōu)化提出了更高地標(biāo)準(zhǔn)。高精度的無線信道建模是設(shè)計(jì)無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而對(duì)路徑損耗的建模是其中不可或缺的一環(huán)，在未來通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中起著重要作用。因此需要進(jìn)一步提高路徑損耗預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，以滿足日益增長(zhǎng)的6g網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求。

2、基于人工智能(artificial?intelligence,ai)技術(shù)的信道建模是6g信道研究的重要方向。深度學(xué)習(xí)(deep?learning,dl)作為ai領(lǐng)域的熱門方法，其與信道建模的融合發(fā)展具有廣闊的研究空間。傳統(tǒng)的建模方法如統(tǒng)計(jì)型建模、確定性建模等通常難以獲得或提取有效的環(huán)境參數(shù)?；赿l的信道建模方法可以靈活的配置場(chǎng)景特征、利用機(jī)器視覺高效地提取環(huán)境特征以并從中學(xué)習(xí)電波傳播規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的建模和較好的模型泛化能力。

3、然而，如何實(shí)現(xiàn)深層次、有效的環(huán)境特征提取目前依舊是基于dl的信道建模所關(guān)注的重要問題?？紤]到菲涅爾區(qū)的障礙物分布情況是影響電波傳播的重要因素，當(dāng)?shù)谝环颇鶢枀^(qū)的遮擋率小于20％時(shí)，通信鏈路可以被視為自由空間。同時(shí)它是一個(gè)適合可視化的特征，這意味著針對(duì)菲涅爾區(qū)的環(huán)境特征設(shè)計(jì)能夠?yàn)榛赿l的路徑損耗預(yù)測(cè)模型提供電波傳播的先驗(yàn)知識(shí)，同時(shí)輔助其更有效地實(shí)現(xiàn)環(huán)境特征提取，進(jìn)而提高模型的預(yù)測(cè)精度。

4、相關(guān)技術(shù)中，如中國(guó)專利cn116318462a提供了一種雙模態(tài)網(wǎng)絡(luò)修正的精細(xì)化路徑損耗預(yù)測(cè)方法，該方法利用路徑損耗經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒o出統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)值，完成對(duì)路徑損耗的共性刻畫，之后，采用雙模態(tài)網(wǎng)絡(luò)從視覺、特征兩種模態(tài)中學(xué)習(xí)通信環(huán)境的特定傳播特性，獲取路徑損耗經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男拚?，完成?duì)不同位置路徑損耗的特定描述，但是該方案并未考慮到菲涅爾區(qū)的障礙物分布情況是影響電波傳播的重要因素。

5、由上可知，相關(guān)技術(shù)并未對(duì)如何基于dl的信道建模并考慮針對(duì)菲涅爾區(qū)的環(huán)境特征實(shí)現(xiàn)更有效的環(huán)境特征提取、提高模型預(yù)測(cè)精度的問題給出任何技術(shù)啟示。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、1.要解決的技術(shù)問題

2、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的如何基于dl的信道建模并考慮針對(duì)菲涅爾區(qū)的環(huán)境特征實(shí)現(xiàn)更有效的環(huán)境特征提取、提高模型預(yù)測(cè)精度的問題，本發(fā)明提供了一種考慮菲涅爾區(qū)特征的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，它可以實(shí)現(xiàn)使用ai方法對(duì)城市建筑場(chǎng)景的路徑損耗實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

3、2.技術(shù)方案

4、本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

5、一種考慮菲涅爾區(qū)特征的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟，

6、生成圖像特征：通過城市建筑環(huán)境圖像特征生成器生成環(huán)境圖像特征；

7、提取特征：通過訓(xùn)練特征提取網(wǎng)絡(luò)，提取與路徑損耗相關(guān)的特征參數(shù)；

8、預(yù)測(cè)路徑損耗：通過路徑損耗預(yù)測(cè)器以及所提取的特征參數(shù)生成路徑損耗預(yù)測(cè)值。

9、更進(jìn)一步的，生成圖像特征的步驟具體為：通過城市建筑環(huán)境圖像特征生成器，利用城市建筑環(huán)境圖像特征生成算法，基于城市建筑分布數(shù)據(jù)和真實(shí)信道參數(shù)生成環(huán)境圖像特征。

10、更進(jìn)一步的，城市建筑環(huán)境圖像特征生成算法包括：將目標(biāo)城市區(qū)域的建筑分布圖像和實(shí)測(cè)信道參數(shù)輸入到城市建筑環(huán)境圖像特征生成器中；

11、城市建筑環(huán)境圖像特征生成器根據(jù)建筑分布圖像和實(shí)測(cè)信道參數(shù)計(jì)算出菲涅爾區(qū)尺寸，生成菲涅爾區(qū)掩膜圖像；

12、城市建筑環(huán)境圖像特征生成器根據(jù)實(shí)測(cè)信道參數(shù)計(jì)算目標(biāo)區(qū)域自由空間路徑損耗范圍，生成自由空間路徑損耗分布圖像。

13、更進(jìn)一步的，生成菲涅爾區(qū)掩膜圖像的步驟為：根據(jù)建筑分布圖像確定目標(biāo)區(qū)域的范圍和生成特征圖像的尺寸，計(jì)算菲涅爾區(qū)范圍；菲涅爾區(qū)半徑p的計(jì)算公式為：

14、

15、其中，d1和d2表示接收機(jī)與發(fā)射機(jī)與障礙物之間的距離，λ表示載波頻率。

16、將計(jì)算得到的菲涅爾區(qū)區(qū)域范圍轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)像素范圍，繪制出菲涅爾區(qū)掩膜圖像。

17、更進(jìn)一步的，生成自由空間路徑損耗分布圖像的步驟為：在目標(biāo)數(shù)據(jù)集中找到收發(fā)機(jī)最大距離，計(jì)算該距離所對(duì)應(yīng)的路徑損耗作為最大像素路徑損耗，通過插值法計(jì)算不同像素點(diǎn)與發(fā)射機(jī)的路徑損耗所對(duì)應(yīng)的像素值；

18、通過建筑分布圖像確定單位像素所代表的距離實(shí)際步長(zhǎng)，以發(fā)射機(jī)為中心，根據(jù)像素步長(zhǎng)逐層向外生成自由空間路徑損耗分布圖。

19、更進(jìn)一步的，計(jì)算不同像素點(diǎn)與發(fā)射機(jī)的路徑損耗所對(duì)應(yīng)像素值的公式為：

20、

21、其中，ci表示目標(biāo)位置像素的像素值，pi表示目標(biāo)位置像素對(duì)應(yīng)的自由空間路徑損耗值，pmin和pmax分別表示數(shù)據(jù)集地最自由空間小路徑損耗和最大自由空間路徑損耗。

22、更進(jìn)一步的，提取特征的步驟具體為：通過原始特征和生成特征訓(xùn)練特征提取網(wǎng)絡(luò)，提取與路徑損耗相關(guān)的特征參數(shù)；

23、其中，提取特征包括環(huán)境圖像特征提取和信道特征提取。

24、更進(jìn)一步的，環(huán)境圖像特征提取包括：環(huán)境圖像特征提取過程接收建筑分布圖像和城市建筑環(huán)境圖像特征生成器所生成的特征圖像，生成二維環(huán)境特征向量。

25、更進(jìn)一步的，信道特征提取包括：接收實(shí)測(cè)信道參數(shù)并輸出信道特征提取向量。

26、更進(jìn)一步的，預(yù)測(cè)路徑損耗的步驟具體為：接收特征提取器所生成的環(huán)境特征提取向量和信道特征提取向量；

27、對(duì)環(huán)境特征提取向量和信道特征提取向量進(jìn)行拼接；

28、使用mlp網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)拼接后的特征進(jìn)行融合提取，輸出路徑損耗預(yù)測(cè)結(jié)果。

29、3.有益效果

30、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

31、(1)本發(fā)明的一種考慮菲涅爾區(qū)特征的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，可以提取城市建筑場(chǎng)景的環(huán)境特征，對(duì)其進(jìn)行高維的特征提取，并學(xué)習(xí)環(huán)境特征與路徑損耗之間的潛在關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)位置的路徑損耗預(yù)測(cè)；本方案取得的成果能夠提高基于ai的預(yù)測(cè)模型對(duì)真實(shí)環(huán)境的特征提取與學(xué)習(xí)能力，有助于未來通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能評(píng)估；

32、(2)本發(fā)明通過計(jì)算預(yù)測(cè)路徑損耗與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的絕對(duì)誤差、均方根誤差對(duì)模型的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估；

33、(3)本發(fā)明提出了基于cnn和mlp構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，大幅降低了對(duì)具有特異性的城市建筑環(huán)境進(jìn)行路徑損耗預(yù)測(cè)的復(fù)雜度，模型在完成訓(xùn)練后，可跟具外部提供的建筑分布數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)單的信道參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行快速準(zhǔn)確的路徑損耗預(yù)測(cè)。

技術(shù)特征：

1.一種考慮菲涅爾區(qū)特征的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，其特征在于，

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，其特征在于，

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種考慮菲涅爾區(qū)特征的路徑損耗預(yù)測(cè)方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟，生成圖像特征：通過城市建筑環(huán)境圖像特征生成器生成環(huán)境圖像特征；提取特征：通過訓(xùn)練特征提取網(wǎng)絡(luò)，提取與路徑損耗相關(guān)的特征參數(shù)；預(yù)測(cè)路徑損耗：生成路徑損耗預(yù)測(cè)值。本發(fā)明較于現(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)在于：該方法通過考慮菲涅爾區(qū)中障礙物分布情況對(duì)電磁傳播特性的影響，對(duì)傳統(tǒng)基于環(huán)境特征圖的路徑損耗預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了改進(jìn)，增強(qiáng)了模型對(duì)環(huán)境特征的提取能力；本發(fā)明可針對(duì)城市樓宇場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的路徑損耗預(yù)測(cè)，在較高的載波頻段能夠?qū)崿F(xiàn)高精度預(yù)測(cè)，為未來無線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中實(shí)現(xiàn)高精度信道建模的需求提供了新方案。

技術(shù)研發(fā)人員：周順,何睿思,范建華,王世睿,楊汨,劉偉榮,費(fèi)丹,艾渤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10