[发明专利]基于对数正态分布近似的复合衰落信道随机数生成方法

说明书

本发明公开了一种基于对数正态分布近似的复合衰落信道随机数生成方法，分别给出了基于逆变换法的Nakagami‑Lognormal(NLN)复合衰落信道包络仿真建模方法和基于舍弃法的NLN复合衰落信道包络仿真建模方法。对于不同的衰落参数m和阴影标准差σ，这两种方法都能够较好地生成具NLN复合衰落统计特性的随机数变量。本发明用以模拟具复合衰落统计特性的信道变迁，从而衡量系统所设计的各类算法在真实复合衰落下的性能，并与理论分析性能作对比以验证理论设计的可行性与合理性。

技术领域

本发明涉及一种基于对数正态分布近似的复合衰落信道随机数生成方法，属于无线通信系统技术领域。

背景技术

移动无线通信系统的工作性能在很大程度上受制于无线衰落信道，衰落是针对功率的概念，或者说是信号强度。衰落是信号功率减小的问题。衰落按功率下降的快慢可以分为大尺度衰落(large scale fading)和小尺度衰落(small scale fading)。常见的大尺度衰落一般包括路径损耗和对数正态阴影效应，而小尺度衰落则包括诸如Nakagami-m衰落、Rayleigh(瑞利)衰落和Rice(莱斯)衰落等。其中，大尺度衰落的变化周期往往以月和年计，可采用诸如增加信号发射功率、合理设置基站位置与密度等方法加以克服；而小尺度衰落反映的则是接收机在毫秒级极短的时间内、因周边环境散射造成的信号快速衰变的不利影响，故常常成为系统分析与设计时重点关注的对象。

在实际的无线通信环境中，除了接收机周边临近散射体所导致的小尺度衰落以外，移动无线电环境中的接收信号包络还可能受到大尺度衰落中诸如阴影效应的影响，所以对无线衰落信道的完整建模应综合考虑小尺度衰落和大尺度阴影效应的复合衰落的影响。根据实地现场测量的数据进行统计分析后的结果表明，城市环境中无线衰落信道的数学统计特性与Nakagami-Lognormal(NLN)分布非常接近，这也从实测角度佐证了研究复合衰落信道建模的必要性。不过现有文献中关于NLN复合衰落信道建模方面的内容非常少，尤其是通过经典数学变换原理来对复合衰落信道的包络随机变量进行仿真建模的方法基本上可以说是空白。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于对数正态分布近似的复合衰落信道随机数生成方法，用以模拟具复合衰落统计特性的信道变迁，从而衡量系统所设计的各类算法在真实复合衰落下的性能，并与理论分析性能作对比以验证理论设计的可行性与合理性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于对数正态分布近似的复合衰落信道随机数生成方法，包括如下步骤：

生成一组在[0,1]区间上均匀分布的独立随机序列U＝{u_i},i＝1…N，其中，N是生成均匀分布随机样本的总数量；

将均匀随机变量u_i代入NLN复合衰落信道的平方包络近似ICDF函数中，生成NLN复合衰落信道的平方包络随机变量γ_i；

对平方包络随机变量γ_i开根号产生具有NLN复合衰落信道统计特性的包络随机变量生成NLN复合衰落信道的包络随机序列

作为优选方案，NLN复合衰落信道的平方包络近似ICDF函数计算公式如下：

式中，u表示NLN复合衰落信道接收信号的平方包络CDF函数值，即F_γ(r)＝u；和分别表示对数正态分布近似后的均值和标准差；erfcinv(·)和erfinv(·)则分别表示互补误差函数和误差函数的逆函数。

作为优选方案，