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原文传递基于车载移动通信场景的MIMO无线信道建模研究

论文题名：	基于车载移动通信场景的MIMO无线信道建模研究
关键词：	车载移动通信;多输入多输出;无线信道;功率谱密度;等效散射点
摘要：	近年来，随着无线通信业务以及新兴宽带移动互联网接入技术的快速发展，对无线通信系统的优化变得至关重要。实际上，对无线信道的理解将为设计高性能和高频谱效率的无线传输技术奠定基础。大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)作为第五代移动通信(The Fifth Generation，5G)的关键技术之一，已经充分体现出其提高频谱利用率以及系统信道容量的巨大优势，而MIMO多天线系统的性能优劣主要取决于基站(Base Station，BS)和移动台(Mobile Station，MS)天线阵列以及它们之间的无线衰落信道，因此对于电磁信号传输环境的无线信道建模并研究其信道特性显得尤为重要。本文主要围绕基于车载移动通信场景的MIMO无线信道模型进行分析，通过空间域车载信道的建模，深入分析MIMO空间天线阵列、多普勒频移(Doppler Shift，DS)、功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)、空间衰落相关性(Spatial Fading Correlation，SFC)、空-时-频互相关特性以及信道容量等影响MIMO多天线系统性能的因素，为城市车载移动通信系统的性能分析打下良好的理论基础。本文的创新工作主要由以下三个方面构成: 　　首先，为建立更稳定高效率的移动端对端(Mobile-to-Mobile，M2M)通讯系统，针对城市密集狭窄街道MIMO移动传播环境，在经典的椭圆模型(Ellipse Based SingleBounce Model，EBSBM)基础上引入了等效散射点概念，提出了改进的多跳散射信道模型。文中提出的模型通过几何变换将多跳散射路径等效为单点椭圆散射路径，根据几何模型推导出发射角(Angle of Departure，AOD)、到达角（Angle of Arrival，AOA）及DS等随机参数的概率密度函数(Probability Density Function，PDF)的解析表达式，研究了参考模型的空-时-频统计特性，并进一步分析天线圆形阵列（Uniform Circular Array，UCA）分布下的MIMO信道空间相关性及信道容量，将模拟仿真数据与以往模型及数据对比验证提出模型的合理性。　　接着，为更灵活准确的研究城市密集弯道车对车(Vehicular-to-Vehicular，V2V)移动通信通信系统的传播特性，针对环形道路非视距(Non-Line of Sight，NLOS)移动传播环境下的车对车V2V通信系统，构建了一种新型宽带MIMO衰落信道模型。此模型描述了车辆经过带有路边散射体的环形道路时的传输效应，其中单次和二次反射路径都被考虑。由模型出发引入了一个随机参考信道模型，模型中无穷多的散射体在整个道路边沿三维(Three Dimensional，3D)空间的二维弧形区域中对称分布。在考虑了到达角AOA和发射角AOD之间的准确关系和散射随机的前提下，推导了散射信道的空时频互相关函数(Space-Time-Frequency Cross-correlation Function，STF-CCF)的解析表达式，从而直接引出了如时间自相关函数(Temporal Auto-correlation Function，ACF)等其他几个重要的特征量;研究了多普勒PSD及MIMO多天线信道容量变化特征;分析了环境系统参数及散射体分布方案对V2V移动通信系统性能的影响。得到的理论结果阐述了一个典型的环形道路传播场景特征，仿真结果与一些经典模型数据及测量信道对比，表明了该模型的合理性与可行性。此研究克服了现有室外V2V无线信道模型的局限性，使得密集区域环形道路移动传播条件下的高效率通信系统的性能分析成为可能。　　最后，为研究未来5G通信技术下的城市车载移动通信系统的性能，针对上述密集场景的移动通信传播环境，本文中提出了一种3D空间域大规模的多入多出(Massive MIMO，M-MIMO)天线阵列模型，此模型中运用三维空间假设取代传统的二维(2D)平面阵列假设。研究了3D空间阵列的自相关特性曲线，仿真结果与一些经典模型数据比较，表明了该模型提出的合理性，为未来进一步分析和讨论MIMO多径信道或5G M-MIMO信道特征提供了良好的理论基础。
作者：	唐登洪
专业：	电子与通信工程
导师：	周杰;王铁
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京信息工程大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文