CN106160900A - 一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法 - Google Patents
一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106160900A CN106160900A CN201610464528.3A CN201610464528A CN106160900A CN 106160900 A CN106160900 A CN 106160900A CN 201610464528 A CN201610464528 A CN 201610464528A CN 106160900 A CN106160900 A CN 106160900A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- channel
- model
- amplitude
- phase
- measured
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000006854 communication Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 25
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 claims description 6
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 claims description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 210000003423 ankle Anatomy 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 210000001624 hip Anatomy 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 210000002832 shoulder Anatomy 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B17/00—Monitoring; Testing
- H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
- H04B17/391—Modelling the propagation channel
- H04B17/3912—Simulation models, e.g. distribution of spectral power density or received signal strength indicator [RSSI] for a given geographic region
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
- H04W24/06—Testing, supervising or monitoring using simulated traffic
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)
Abstract
本发明公开了一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法，首先用矢量网络分析仪搭建成的测试系统对信道进行测量；然后用所采集的数据建立信道模型，并提取模型的参数；接着根据建立的模型生成仿真信道；最后在信道上加上通信系统的功能，得到不同调制信号在该传播环境中的传输性能(包括误比特率、输入和输出信号的星座图)。本发明提供的测量与仿真方法易于实现，使用成本低，可扩展性强。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信的技术领域，尤其涉及一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法。
背景技术
随着宽带无线通信、可穿戴设备、无线传感器网络、机器学习等理论的迅速发展，人们的日常生活的方方面面正被科技进步影响着。从互联网到物联网、车联网再到将来的万物互联，所有人都享受到了科技发展带来的便利。未来的无线通信系统将向更高频段演进，通过广泛分布、互联互通的传感器(如体域网)和接入点可以构造一种无处不在、无所不能、透明的智能环境。
随着人口老龄化的趋势加重，医院拥挤看病难、床位少的问题越发严重。智慧医疗可以很大程度上缓解上述问题，更重要的是，在体域网和接入点的协同作用下，对于很多疾病都可做到防范于未然，省去定期体检费用，也让老年人对自己的身体状况有了更清晰的认识。
构筑未来智能环境网络首要关键问题就是保证体域网和接入点之间的可靠传输。然而按照我国IMT-2020(5G)推进组的规划，未来无线通信系统将采用密集蜂窝组网方式并向6GHz以上频段演进，传播损耗将明显增加，密集蜂窝应用场景中的人和随机散射体所构成的复杂传播环境，以及缺少可用的通用体域传播特性模型，无线信号的有效覆盖和可靠传输将面临极大困难。现有的无线信道仿真方法主要是通过假设信道的衰落特性，人为设定相关的参数，实现信道仿真的功能，导致所得的信道环境与实际信道环境有较大差别，并且不能表征特定室内场景的传播特性。因此，一种基于实际测量数据建模，可应用室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法，有着重要的实际价值。
本发明提供一种测量并建立体域网与接入点之间的通用无线传播特性和信道参数模型的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种在智慧医疗环境中进行无线传播测量与仿真方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法，包含以下步骤：
步骤1)，对室内智慧医疗环境中穿戴式节点天线和接入点天线之间的信道进行测量，通过扫频测得实测信道频率响应；
步骤2)，对得到的实测信道频率响应进行IFFT，获得实测信道单位脉冲响应；
步骤3)，分离所得实测信道单位脉冲响应中的多径数、时延、幅度和相位，并分别进行建模获得其各自的模型；
步骤4)，采用极大似然估计法提取幅度模型和相位模型中的参数；
步骤5)，将多径数模型、时延模型、幅度模型和相位模型的参数存入数据库；
步骤6)，从数据库读取多径数模型、时延模型、幅度模型和相位模型的参数，生成仿真信道的单位脉冲响应；
步骤7)，根据仿真信道的单位脉冲响应对信道传输过程进行仿真，计算接收信号在实测信道单位脉冲响应和仿真的信道单位脉冲响应下传输的误比特率，获得仿真通信过程的性能，完成信道仿真。
作为本发明一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法进一步的优化方案，步骤3)中的多径数模型、时延模型、幅度模型和相位模型分别按照以下公式进行建模：
多径数模型：N＝T0/τ0，其中，T0为观察窗口的时间长度，τ0为信道测量系统的时间分辨率；
时延模型：τk＝τ0(k-1),其中，k＝1,2,…,N；
幅度模型：其中，αk表示信道幅度的尺度参数，βk表示信道幅度的形状参数；
相位模型：其中，uk表示信道的相位的均匀分布上界，lk表示信道的相位的均匀分布下界。
作为本发明一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法进一步的优化方案，步骤1)中对信道进行测量时采用型号为AGILENT 8720ET的矢量网络分析仪，矢量网络分析仪一端与发射天线相连，另一端与接收天线相连，通过与计算机相连实时地记录实验数据。
作为本发明一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法进一步的优化方案，步骤7)中信道仿真采用的是正交频分复用系统通信，正交频分复用系统基本参数为：
导频形状为块状导频，导频间隔为5个码元周期；
信道估计算法为Least Square；
OFDM符号数为50，子载波数为64；
FFT/IFFT点数为64；循环前缀长度为12；
OFDM系统的传输带宽，信噪比和星座图映射方式可调。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明提出的室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法，其仿真过程的模型是根据实际测量数据得出的，可以分析不同通信过程的误比特性能，结果比传统信道仿真更可靠、更符合实际。传统的测量与仿真通常是通过硬件来实现的，需要的成本较高。本发明提供的测量与仿真方法可以搭建一个信道仿真器，具有易于操作，使用成本低，可扩展性强等特点。
与理想的无线传播模型相比，该模型能更精确地描述医疗环境中体域网和接入点之间的无线传播特性，有助解决未来智慧医疗系统中无线链路预算、信号覆盖、物理层算法开发等后续问题。
附图说明
图1是本发明的信道仿真流程图；
图2是本发明的软件主界面图；
图3是本发明的路径损耗图；
图4(a)、图4(b)、图4(c)分别是根据本发明得到的64QAM情况下脚踝、肩部、手腕的星座图及误码率。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明公开了一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法，包含以下步骤：
步骤1)，对室内智慧医疗环境中穿戴式节点天线和接入点天线之间的信道进行测量，通过扫频测得实测信道频率响应；
步骤2)，对得到的实测信道频率响应进行IFFT，获得实测信道单位脉冲响应；
步骤3)，分离所得实测信道单位脉冲响应中的多径数、时延、幅度和相位，并分别进行建模获得其各自的模型；
步骤4)，采用极大似然估计法提取幅度模型和相位模型中的参数；
步骤5)，将多径数模型、时延模型、幅度模型和相位模型的参数存入数据库；
步骤6)，从数据库读取多径数模型、时延模型、幅度模型和相位模型的参数，生成仿真信道的单位脉冲响应；
步骤7)，根据仿真信道的单位脉冲响应对信道传输过程进行仿真，计算接收信号在实测信道单位脉冲响应和仿真的信道单位脉冲响应下传输的误比特率，如附图1所示，在不同信噪比(SNR)条件下，计算出误比特率，从而获得通信过程的性能，通过误比特率验证实际环境下的信道得到仿真，完成信道仿真的功能。
步骤3)中的多径数模型、时延模型、幅度模型和相位模型分别按照以下公式进行建模：
多径数模型：N＝T0/τ0，其中，T0为观察窗口的时间长度，τ0为信道测量系统的时间分辨率；
时延模型：τk＝τ0(k-1),其中，k＝1,2,…,N；
幅度模型：其中，αk表示信道幅度的尺度参数，βk表示信道幅度的形状参数；
相位模型：其中，uk表示信道的相位的均匀分布上界，lk表示信道的相位的均匀分布下界。
本发明中的实测数据是通过频域测量系统得到的，该测试系统将发送天线和接收天线分别通过低损耗电缆连接至矢量网络分析仪的两端，通过扫频的方法，可以测得信道的频率响应。
在测量信道时使用型号为AGILENT 8720ET的矢量网络分析仪，网络分析仪一端与发射天线相连，另一端与接收天线相连，通过与计算机相连实时地记录实验数据。
步骤7)中信道仿真采用的是正交频分复用(OFDM)通信，OFDM系统基本参数为：导频形状为块状导频，导频间隔为5个码元周期；信道估计算法为Least Square；OFDM符号数为50，子载波数为64；FFT/IFFT点数为64；循环前缀长度为12；OFDM系统的传输带宽，信噪比和星座图映射方式可调。
图2是本发明的软件主界面图，图3是本发明的路径损耗图。
在智慧医疗环境下，假定传输信号的调制方式为64QAM，在信噪比为30dB，带宽为48MHz的无线信道中传输信号，根据对于不同的测试者分别穿戴天线于人体不同部位即手腕、腰部和脚踝所测得的数据，通过本方法所得仿真器的星座图及误码率如附图4(a)、(b)、(c)所示。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1)，对室内智慧医疗环境中穿戴式节点天线和接入点天线之间的信道进行测量，通过扫频测得实测信道频率响应；
步骤2)，对得到的实测信道频率响应进行IFFT，获得实测信道单位脉冲响应；
步骤3)，分离所得实测信道单位脉冲响应中的多径数、时延、幅度和相位，并分别进行建模获得其各自的模型；
步骤4)，采用极大似然估计法提取幅度模型和相位模型中的参数；
步骤5)，将多径数模型、时延模型、幅度模型和相位模型的参数存入数据库；
步骤6)，从数据库读取多径数模型、时延模型、幅度模型和相位模型的参数，生成仿真信道的单位脉冲响应；
步骤7)，根据仿真信道的单位脉冲响应对信道传输过程进行仿真，计算接收信号在实测信道单位脉冲响应和仿真的信道单位脉冲响应下传输的误比特率，获得仿真通信过程的性能，完成信道仿真。
2.根据权利要求1所述的室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法，其特征在于，步骤3)中的多径数模型、时延模型、幅度模型和相位模型分别按照以下公式进行建模：
多径数模型：N＝T0/τ0，其中，T0为观察窗口的时间长度，τ0为信道测量系统的时间分辨率；
时延模型：τk＝τ0(k-1),其中，k＝1,2,…,N；
幅度模型：ak≥0，其中，αk表示信道幅度的尺度参数，βk表示信道幅度的形状参数；
相位模型：其中，uk表示信道的相位的均匀分布上界，lk表示信道的相位的均匀分布下界。
3.根据权利要求1所述的室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法，其特征在于，步骤1)中对信道进行测量时采用型号为AGILENT 8720ET的矢量网络分析仪，矢量网络分析仪一端与发射天线相连，另一端与接收天线相连，通过与计算机相连实时地记录实验数据。
4.根据权利要求1所述的室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法，其特征在于，步骤7)中信道仿真采用的是正交频分复用系统通信，正交频分复用系统基本参数为：
导频形状为块状导频，导频间隔为5个码元周期；
信道估计算法为Least Square；
OFDM符号数为50，子载波数为64；
FFT/IFFT点数为64；循环前缀长度为12；
OFDM系统的传输带宽，信噪比和星座图映射方式可调。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610464528.3A CN106160900A (zh) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | 一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610464528.3A CN106160900A (zh) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | 一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106160900A true CN106160900A (zh) | 2016-11-23 |
Family
ID=57353598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610464528.3A Pending CN106160900A (zh) | 2016-06-23 | 2016-06-23 | 一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106160900A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111212003A (zh) * | 2020-02-14 | 2020-05-29 | 南京工程学院 | 适于智慧医疗的信道均方根时延扩展预测方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050259770A1 (en) * | 2004-05-20 | 2005-11-24 | Sheng-Jie Chen | Adaptive channel estimation using decision feedback |
| CN101951297A (zh) * | 2010-08-31 | 2011-01-19 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种宽带无线通信系统的衰落信道测量模型及实现方法 |
| CN102916751A (zh) * | 2011-08-03 | 2013-02-06 | 中兴通讯股份有限公司 | 无线网络信道的模拟方法及装置 |
| CN104683051A (zh) * | 2015-02-11 | 2015-06-03 | 南京邮电大学 | 一种无线多径衰落信道仿真方法及信道仿真器 |
-
2016
- 2016-06-23 CN CN201610464528.3A patent/CN106160900A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050259770A1 (en) * | 2004-05-20 | 2005-11-24 | Sheng-Jie Chen | Adaptive channel estimation using decision feedback |
| CN101951297A (zh) * | 2010-08-31 | 2011-01-19 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种宽带无线通信系统的衰落信道测量模型及实现方法 |
| CN102916751A (zh) * | 2011-08-03 | 2013-02-06 | 中兴通讯股份有限公司 | 无线网络信道的模拟方法及装置 |
| CN104683051A (zh) * | 2015-02-11 | 2015-06-03 | 南京邮电大学 | 一种无线多径衰落信道仿真方法及信道仿真器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111212003A (zh) * | 2020-02-14 | 2020-05-29 | 南京工程学院 | 适于智慧医疗的信道均方根时延扩展预测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Choi et al. | Deep learning based NLOS identification with commodity WLAN devices | |
| CN104683051B (zh) | 一种无线多径衰落信道仿真方法及信道仿真器 | |
| CN107743103B (zh) | 基于深度学习的mmtc系统的多节点接入检测和信道估计方法 | |
| He et al. | A cyber physical test-bed for virtualization of RF access environment for body sensor network | |
| JP2024522352A (ja) | 機械学習ネットワークを使用した可変通信チャネル応答の生成 | |
| CN113572708A (zh) | 一种dft信道估计改进方法 | |
| Shen et al. | Joint channel estimation and decoding design for 5G-enabled V2V channel | |
| WO2021143649A2 (zh) | 一种信号处理系统及相关电子设备 | |
| CN102457336A (zh) | 信道模拟装置及方法 | |
| CN103346991B (zh) | 一种基于循环前缀的信道估计与同步方法 | |
| CN111555990A (zh) | 基于长短时记忆残差网络的信道插值估计方法 | |
| CN106160900A (zh) | 一种室内智慧医疗环境中无线传播特性测量与仿真方法 | |
| CN103916953B (zh) | 目标定位的方法、系统及检测节点 | |
| CN105024772B (zh) | 一种面向微功率无线通信的信道模型仿真方法及其系统 | |
| CN112383492B (zh) | 应用于短波ofdm双选天波信道估计的递归压缩感知方法及系统 | |
| CN105320823A (zh) | 基于电流耦合型ibc的信息交互建模方法及其装置 | |
| CN104410471B (zh) | 一种长期演进系统中的多小区模拟路测方法 | |
| CN105323016A (zh) | 信道模拟器及信道仿真处理方法 | |
| Mhedhbi et al. | Constrained lmds technique for human motion and gesture estimation | |
| CN105282247B (zh) | 基于分布式雷达告警接收机仿真系统的信号传输方法 | |
| Vizziello et al. | A novel galvanic coupling testbed based on pc sound card for intra-body communication links | |
| Jung et al. | Towards cooperative localization with implicit connectivity: graph neural network approach | |
| CN103684640B (zh) | 一种大规模复杂uwb信道的仿真方法 | |
| CN103067099A (zh) | 一种基于虚拟仪器技术的信道仿真方法及装置 | |
| CN104302017A (zh) | 一种传感器网络中针对小波数据压缩的预处理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161123 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |