信号冲击响应的簇信息获取方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种信号冲击响应的簇信息获取方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

uwb(ultrawideband，超宽带)是一种无载波通信技术，超宽带技术已经研究了很多年，但是采用超宽带技术进行通信直到最近才开始研究。为了设计高效实用的超宽带通信系统，可靠的超宽带信道模型是必不可少的。

但是从信道建模的角度来说，必须首先知道信道衰落的统计特性才能得到信道模型中的模型参数。因此，从实测的超宽带信道冲击响应中得到簇的到达率是信道建模的第一步。然而，如何准确快速地获取信道冲击响应中簇信息一个悬而未决的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供了一种信号冲击响应的簇信息获取方法、装置、设备以及存储介质，旨在解决如何能够准确快速地获取信道冲击响应中簇信息问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种信号冲击响应的簇信息获取方法，所述方法包括以下步骤：

接收发送端发送的超宽带信号，对所述超宽带信号进行处理，获取信道冲击响应；

获取所述信道冲击响应中的各个局部最大值径的幅值，将各个局部最大值径的幅值添加至待处理幅值集合，并将各个局部最大值径的幅值进行线性处理，得到动态能量门限；

对所述待处理幅值集合中的各个幅值进行遍历，将遍历到的当前幅值与所述动态能量门限进行比较；

在所述当前幅值小于所述动态能量门限时，将所述当前幅值从所述待处理幅值集合中剔除；

检测剔除所述当前幅值之后的当前幅值集合中幅值的数量，直至所述幅值的数量为预设数量阈值时，将当前幅值集合中各个幅值对应的簇进行拟合，将最小拟合误差的簇信息作为目标簇信息。

优选地，所述获取所述信道冲击响应中的各个局部最大值径的幅值，将各个局部最大值径的幅值添加至待处理幅值集合，并将各个局部最大值径的幅值进行线性处理，得到动态能量门限的步骤，具体包括：

获取所述信道冲击响应中的各个局部最大值径的幅值，并将各个局部最大值径的幅值进行线性处理，对各个簇头位置点进行直线拟合，得到标准直线作为动态能量门限；

求取所述原始幅值集合的局部最大值，从所述原始幅值集合中选取位置处于所述局部最大值的簇的幅值，将位置处于所述局部最大值的各个幅值添加至待处理幅值集合中。

优选地，所述对所述待处理幅值集合中的各个幅值进行遍历，将遍历到的当前幅值与所述动态能量门限进行比较的步骤，具体包括：

获取所述待处理幅值集合中的各个幅值对应的簇头位置点；

对所述待处理幅值集合中的各个簇的幅值进行遍历，将遍历到的当前幅值对应的当前簇头位置点与所述动态能量门限进行比较；

相应地，所述在所述当前幅值小于所述动态能量门限时，将所述当前幅值从所述待处理幅值集合中剔除的步骤，具体包括：

在所述当前簇头位置点位于所述动态能量门限下方时，将所述当前幅值从所述待处理幅值集合中剔除，并将所述待剔除幅值存入所述预设存储区域中。

优选地，所述检测剔除所述当前幅值之后的当前幅值集合中幅值的数量，直至所述幅值的数量为预设数量阈值时，将当前幅值集合中各个幅值对应的簇进行拟合，将最小拟合误差的簇信息作为目标簇信息的步骤，具体包括：

检测剔除所述当前幅值之后的当前幅值集合中幅值的数量，在所述幅值数量大于预设数量阈值时，返回所述将遍历到的当前幅值对应的当前簇头位置点与所述动态能量门限进行比较步骤，直至所述幅值的数量为预设数量阈值时，对所述当前幅值集合中的幅值对应的簇位置点进行遍历直线拟合，获取多条直线段组合；

获取误差最小的目标直线段组合，将所述目标直线段组合中的簇头位置点对应的簇作为目标簇信息。

优选地，所述获取所述信道冲击响应中的各个局部最大值径的幅值，将各个局部最大值径的幅值添加至待处理幅值集合，并将各个局部最大值径的幅值进行线性处理，得到动态能量门限的步骤，具体包括：

获取所述信道冲击响应中的各个簇的幅值，以及各个簇的内径的幅值；

获取预设延时内的最大的簇内径的幅值作为候选的簇头的幅值，并将处理后的簇的幅值和簇内径的幅值添加至待处理幅值集合。

优选地，所述对所述待处理幅值集合中的各个簇的幅值进行遍历的步骤，具体包括：

获取所述待处理幅值集合中的各个对应的簇头位置点；

对各个簇头位置点进行遍历，将所有可能的簇头位置点之间进行直线拟合，得到多条直线段组合。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种用于获取信号冲击响应的簇信息的装置，所述装置包括：

接收模块，用于接收发送端发送的超宽带信号，对所述超宽带信号进行处理，获取信道冲击响应；

处理模块，用于获取所述信道冲击响应中的各个局部最大值径的幅值，将各个局部最大值径的幅值添加至待处理幅值集合，并将各个局部最大值径的幅值进行线性处理，得到动态能量门限；

比较模块，用于对所述待处理幅值集合中的各个幅值进行遍历，将遍历到的当前幅值与所述动态能量门限进行比较，在所述当前幅值小于所述动态能量门限时，将所述当前幅值从所述待处理幅值集合中剔除；

迭代模块，用于检测剔除所述当前幅值之后的当前幅值集合中幅值的数量，直至所述幅值的数量为预设数量阈值时，将当前幅值集合中各个幅值对应的簇进行拟合，将最小拟合误差的簇信息作为目标簇信息。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种用于获取信号冲击响应的簇信息的设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的信号冲击响应的簇信息获取程序，所述信号冲击响应的簇信息获取程序配置为实现如上所述的信号冲击响应的簇信息获取的方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质存储有信号冲击响应的簇信息获取程序，所述信号冲击响应的簇信息获取程序配置为实现如上所述的信号冲击响应的簇信息获取方法的步骤。

本发明接收发送端发送的超宽带信号，对超宽带信号进行处理，获取信道冲击响应；再获取信道冲击响应中的各个局部最大值径的幅值添加至待处理幅值集合中，将各个局部最大值径的幅值进行线性处理，得到动态能量门限；然后对待处理幅值集合中的各个幅值进行遍历，将遍历到的当前幅值与所述动态能量门限进行比较，在当前幅值小于所述动态能量门限时，将当前幅值从待处理幅值集合中剔除；最后检测剔除当前幅值之后的当前所述幅值集合中幅值的数量，直至幅值的数量为预设数量阈值时，将当前所述幅值集合中各个幅值对应的簇进行拟合，将最小拟合误差的簇信息作为目标簇信息。通信研发人员能够基于获取到的目标簇信息建立可信的信道模型。

附图说明

图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的用于获取信号冲击响应的簇信息的设备的结构示意图；

图2为本发明一种信号冲击响应的簇信息获取方法的第一实施例的流程示意图；

图3为本发明一种信号冲击响应的簇信息获取方法的第二实施例的流程示意图；

图4为本发明一种用于获取信号冲击响应的簇信息的装置的结构框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的用于获取信号冲击响应的簇信息的设备结构示意图。

如图1所示，所述用于获取信号冲击响应的簇信息的设备可以包括：处理器1001，例如cpu，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如wi-fi接口)。存储器1005可以是高速ram存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储设备。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对所述用于获取信号冲击响应的簇信息的设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接收模块以及信号冲击响应的簇信息获取程序。

在图1所示的用于获取信号冲击响应的簇信息的设备中，网络接口1004主要用于接收发送端发送的超宽带信号，发送端发送的超宽带信号，超宽带信号经信传输道后到达所述网络接口，所述发送端可理解为是信号发射设备，用于获取信号冲击响应的簇信息的设备可理解为信号接收设备；本发明的设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的信号冲击响应的簇信息获取程序，并执行信号冲击响应的簇信息获取方法的步骤。

参照图2图2本发明一种信号冲击响应的簇信息获取方法实施例的流程示意图。

本实施例中，所述信号冲击响应的簇信息获取方法包括以下步骤：

步骤s10：接收发送端发送的超宽带信号，对所述超宽带信号进行处理，获取信道冲击响应。

需要说明的是，本实施例的执行主体为上述信号冲击响应的簇信息获取设备，本实施例的所述发送端为信号发射设备，而信号冲击响应的簇信息获取设备为信号接收设备，所述超宽带信号经通信信道传输后到达所述信号接收设备，被所述信号接收设备接收。

可理解的是，通信信道会对经过的超宽带信号产生作用(例如减弱，改变频率等)，不同的信道作用效果不一样，冲击响应就是，当输入一个单位脉冲信号时，通信信道输出端响应输出信号。

信号接收设备接收所述超宽带信号之后，会将所述超宽带信号分解成单位脉冲信号的线性叠加的预处理操作，因此超宽带信号最终以信道冲击响应的线性叠加表示。

步骤s20：获取所述信道冲击响应中的各个局部最大值径的幅值，将各个局部最大值径的幅值添加至待处理幅值集合，并将各个局部最大值径的幅值进行线性处理，得到动态能量门限。

具体地，首先获取所述信道冲击响应中的各个局部最大值径的幅值，并将各个局部最大值径的幅值进行线性处理，对各个簇头位置点进行直线拟合，得到标准直线作为动态能量门限；

求取所述原始幅值集合的局部最大值，从所述原始幅值集合中选取位置处于所述局部最大值的簇的幅值，将位置处于所述局部最大值的各个幅值添加至待处理幅值集合t中。

可理解的是，本实施例以室内的信号接收设备接收超宽带信号为例进行说明。通过测量室内超宽带信道冲击响应，发现的室内信道的多径分量(multipathcomponents，mpcs)，也称为“径(ray)”，在达到所述信号接收设备的时候通常呈现“簇(cluster)”的状态。

在一个超宽带信道冲击响应中，簇头的幅值和簇内径的幅值的衰减都是指数形式的衰减，因此，当功率时延谱pdp以半对数形式来表达，也就是信道系数模的平方以分贝(db)的形式来表示的时候，这种幅值随时延的衰减将会呈现为线性的衰减。

在具体实现中，得到包含位置在所述局部最大值的簇的幅值的待处理幅值集合t，即得到的局部最大值位置的时延集合为t，而正确的簇头位置的时延集合为tc，同时，将错误的簇头位置时延的集合可以表示为te。从时延的角度来看信道系数模的衰减，能量门限值不应该选择为定值，而应该随时延的增加而不断的减少。

步骤s30：对所述待处理幅值集合中的各个幅值进行遍历，将遍历到的当前幅值与所述动态能量门限进行比较；在所述当前幅值小于所述动态能量门限时，将所述当前幅值从所述待处理幅值集合中剔除；

具体地，首先获取所述待处理幅值集合t中的各个幅值对应的簇头位置点。

对所述待处理幅值集合中的各个簇的幅值进行遍历，获取遍历到的当前幅值对应的当前簇头位置点，将所述当前幅值对应的当前簇头位置点与所述标准直线进行比较，在所述当前簇头位置点位于所述动态能量门限下方时，将所述当前幅值从所述待处理幅值集合中剔除，并将所述待剔除幅值存入所述预设存储区域中。

可理解的是，本实施例会预先建立一个动态能量门限，即预设动态能量门限，用来过滤可能的簇头位置。如上所述，当信道的功率时延谱采用半对数的形式来表达时，准确的簇头衰落随时延呈线性衰落，采用最小二乘法对集合tc中的元素进行拟合，得到直线lc，其斜率用kc来表示。同时，一个簇内的径的衰落随时延也同样呈线性衰落，这里采用lr来表示，其斜率用kr来表示。最后，我们将所有可能的簇头，也就是局部最大值点的径的幅值，即集合t中的点对应的幅值采用最小二乘的方法拟合成一条标准直线l，其斜率为k。显然，这三种不同直线的斜率之间存在关系：kc大于k，k大于kr。

由上述的斜率关系可以知道簇头位置径的幅度值总是处于由局部最大值拟合出来的标准直线l上方。从理论上说，这是由于大多数不是簇头位置的局部最大值点的幅值较小的原因造成的。因此直线l就是我们需要找到的随时延变化的簇头位置径的幅值门限。

步骤s40：检测剔除所述当前幅值之后的当前幅值集合中幅值的数量，直至所述幅值的数量为预设数量阈值时，将当前幅值集合中各个幅值对应的簇进行拟合，将最小拟合误差的簇信息作为目标簇信息。

具体地，首先检测剔除所述当前幅值之后的当前幅值集合中幅值的数量，在所述幅值数量大于预设数量阈值时，返回所述将遍历到的当前幅值对应的当前簇头位置点与所述动态能量门限进行比较，在所述当前簇头位置点位于所述动态能量门限下方时，将所述当前幅值从所述待处理幅值集合中剔除的步骤(即步骤s30)，直至所述幅值的数量为预设数量阈值时，对所述当前幅值集合t中的幅值对应的簇头位置点进行直线拟合，获取多条直线段组合；

可理解的是，每次迭代的过程中，本实施例将集合t中幅值小于动态能量门限中同等时延的簇头位置点剔除出去，并移入错误位置集合te(即所述预设存储区域)。因此，随着迭代次数的增加，被剔除出去的错误的簇头位置点会增加，因此错误位置集合te内的元素会越来越多，而剩余的簇头候选位置的数量将会变少，因此每一轮迭代之后，集合t中的元素数量k将会变少，直线l将会越来越趋近直线lc。所以，每次迭代之后算法得到的簇头时延的集合t就越接近真实的簇头时延集合tc，当集合t中剩余的元素小于某一预先定义的个数时，停止迭代。

进一步地，在停止迭代之后，获取误差最小的目标直线段组合，将所述目标直线段组合中的簇头位置点对应的簇作为目标簇信息。

在具体实现中，当集合t中剩余的元素小于某一预先定义的个数时，停止迭代，算法进入最小二乘拟合直线段的阶段，在这个阶段中，按照延时从大到小选择集合t中的元素组成直线段的起点和终点，若集合t中剩余k个元素，那么所需要拟合的直线段的个数为k(k-1)/2，之后按照正确的首尾相连的顺序来计算可能出现的直线段组合的总体均方根误差，选择误差最小的直线段组合作为正确的簇估计，最终将所述目标直线段组合中的簇头位置点对应的簇头作为目标簇信息。

本实施例本发明接收发送端发送的超宽带信号，对超宽带信号进行处理，获取信道冲击响应；再获取信道冲击响应中的各个局部最大值径的幅值添加至待处理幅值集合中，将各个局部最大值径的幅值进行线性处理，得到动态能量门限；然后对待处理幅值集合中的各个幅值进行遍历，将遍历到的当前幅值与所述动态能量门限进行比较，在当前幅值小于所述动态能量门限时，将当前幅值从待处理幅值集合中剔除；最后检测剔除当前幅值之后的当前所述幅值集合中幅值的数量，直至幅值的数量为预设数量阈值时，将当前所述幅值集合中各个幅值对应的簇进行拟合，将最小拟合误差的簇信息作为目标簇信息，进而能够快速准确地确定信道冲击响应中簇的位置和数量，通信研发人员进而能够基于获取到的目标簇信息建立可信的信道模型。

参照图3图3本发明一种信号冲击响应的簇信息获取方法第二实施例的流程示意图。

本实施例中，所述步骤s20具体包括：

步骤s201：获取所述信道冲击响应中的各个簇的幅值，以及各个簇的内径的幅值；

步骤s202：获取预设延时内的最大的簇内径的幅值作为候选的簇头的幅值，并将处理后的簇的幅值和簇内径的幅值添加至待处理幅值集合。

具体地，首先获取所述信道冲击响应中的各个簇的幅值以及各个簇的内径的幅值，并将各个簇的幅值进行线性处理，得到原始幅值集合；

求取所述原始幅值集合的局部最大值，从所述原始幅值集合中选取位置处于所述局部最大值的簇的幅值，得到包含位置在所述局部最大值的簇的幅值的待处理幅值集合t。

可理解的是，本实施例以室内的信号接收设备接收超宽带信号为例进行说明。通过测量室内超宽带信道冲击响应，发现的室内信道的多径分量(也称为“径”)，在达到所述信号接收设备的时候通常呈现“簇”的状态。

在一个超宽带信道冲击响应中，簇头的幅值和簇内径的幅值的衰减都是指数形式的衰减，因此，当功率时延谱pdp以半对数形式来表达，也就是信道系数模的平方以分贝(db)的形式来表示的时候，这种幅值随时延的衰减将会呈现为线性的衰减。

在具体实现中，得到包含位置在所述局部最大值的簇的幅值的待处理幅值集合t，即得到的局部最大值位置的时延集合为t，而正确的簇头位置的时延集合为tc，同时，将错误的簇头位置时延的集合可以表示为te。从时延的角度来看信道系数模的衰减，能量门限值不应该选择为定值，而应该随时延的增加而不断的减少。

相应地，所述步骤s30，具体包括：

步骤s301，获取所述待处理幅值集合中的各个对应的簇头位置点；

步骤s302，对各个簇头位置点进行遍历，将所有可能的簇头位置点之间进行直线拟合，得到多条直线段组合；

可理解的是，本实施例会预先建立一个动态能量门限，即预设动态能量门限，用来过滤可能的簇头位置。如上所述，当信道的功率时延谱采用半对数的形式来表达时，准确的簇头衰落随时延呈线性衰落，采用最小二乘法对集合tc中的元素进行拟合，得到直线lc，其斜率用kc来表示。同时，一个簇内的径的衰落随时延也同样呈线性衰落，这里采用lr来表示，其斜率用kr来表示。最后，我们将所有可能的簇头，也就是局部最大值点的径的幅值，即集合t中的点对应的幅值采用最小二乘的方法拟合成一条标准直线l，其斜率为k。显然，这三种不同直线的斜率之间存在关系：kc大于k，k大于kr。

由上述的斜率关系可以知道簇头位置径的幅度值总是处于由局部最大值拟合出来的标准直线l上方。从理论上说，这是由于大多数不是簇头位置的局部最大值点的幅值较小的原因造成的。因此直线l就是我们需要找到的随时延变化的簇头位置径的幅值门限。本实施例的目标直线有助于将错误的簇头位置点从待处理幅值集合中剔除出去。

此外，本发明还提出一种用于获取信号冲击响应的簇信息的装置，所述装置包括：

接收模块10，用于接收发送端发送的超宽带信号，对所述超宽带信号进行处理，获取信道冲击响应；

处理模块20，用于获取所述信道冲击响应中的各个局部最大值径的幅值，将各个局部最大值径的幅值添加至待处理幅值集合，并将各个局部最大值径的幅值进行线性处理，得到动态能量门限；

比较模块30，用于动态能量门限对所述待处理幅值集合中的各个幅值进行遍历，将遍历到的当前幅值与所述动态能量门限进行比较，动态能量门限在所述当前幅值小于所述动态能量门限时，将所述当前幅值从所述待处理幅值集合中剔除；

迭代模块40，用于检测剔除所述当前幅值之后的当前幅值集合中幅值的数量，直至所述幅值的数量为预设数量阈值时，将当前幅值集合中各个幅值对应的簇进行拟合，将最小拟合误差的簇信息作为目标簇信息。

可理解的是，本实施的用于获取信号冲击响应的簇信息的装置可以是一种应用程序，该应用程序装载在上述实施例的设备中，本发明用于获取信号冲击响应的簇信息的装置的具体实现方式可参照上述信号冲击响应的簇信息获取方法的实施例，此处不再赘述。

此外，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有信号冲击响应的簇信息获取程序，所述信号冲击响应的簇信息获取程序被处理器执行时实现如上所述的信号冲击响应的簇信息获取方法的步骤。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。