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基于Xiao模型和基扩展模型的高移动性无线信道建模与仿真
| 论文题名： | 基于Xiao模型和基扩展模型的高移动性无线信道建模与仿真 |
| 关键词： | 高速铁路;信道建模;平坦衰落;频率选择性衰落;信道仿真;基扩展模型 |
| 摘要： | 在宽带高移动场景下，无线传播环境变得十分复杂，信道会同时经历时间-频率双选择性衰落。为了研究适合高速铁路宽带无线通信系统的调制、信道估计与均衡等技术，建立相应的无线信道模型非常重要。 论文首先讨论了高速铁路无线信道模型的特性，包括无线信道共有的路径损耗、多普勒效应、多径效应，以及相应的快衰落、慢衰落、平坦衰落、频率选择性衰落、高速铁路穿透损耗等。在此基础上，分析了平坦衰落和频率选择性衰落的建模及仿真方法，平坦衰落主要采用Jakes模型的改进模型(Xiao模型)，频率选择性衰落的仿真主要采用抽头延迟线结构。论文还简要讨论了OFDM系统原理和系统结构。 接着，基于Qian Liu等人的思想，提出了适合于高移动性莱斯衰落的仿真模型，分析了在常速运行和加速运行情况下的同相分量自相关函数、互相关函数，包络平方的自相关函数、概率密度函数。仿真结果表明，改进的模型既可用于固定高速运行也可用于加速运行；当列车沿某一方向以固定速度高速行驶时，改进的模型等同于Xiao模型，克服了Xiao模型只能仿真固定速度的局限性。考虑到超高移动性可能会带来的信道非平稳特性，论文分析了平稳区域和相干区域，并讨论了基于随机生灭过程的时变信道模型。 随后，论文针对高速铁路宽带无线通信信道特有的时间-频率双选择性衰落，重点研究了基扩展模型(Basis Expansion Model，BEM)。基于几种基本的BEM和两种修正模型，本文提出了几种改进方法：(1)结合两种修正模型，改进方法一可保证最大频谱频率等于最大多普勒频移，并减小吉布斯效应的影响；(2)基于CE-BEM(ComplexExponentials BEM)在时间框架两端的建模误差较大，改进方法二采用前后两个时间框架部分重叠的方法，有效地降低了边缘建模误差，建模性能优于原有CE-BEM和modified CE-BEM；(3)针对高移动特性，改进方法三采用分段建模，保持每段建模阶数Q不变时，建模精确度高于原有模型；Q随分段数改变时，分段数为2时的建模性能最好，分段数再增加，由于Q减小及边缘建模误差增加建模性能则略有下降，但都比原有CE-BEM和modified CE-BEM的建模性能要好。 最后，通过采用LMMSE信道估计，并用BEM进行信道重建，仿真了一个简单的OFDM无线通信系统。仿真结果表明，论文所提出的改进方法一(即MCE-BEM和modified CE-BEM的结合)的归一化均方误差较MCE-BEM和modified CE-BEM均有所降低，尤其是在高速移动场景下，性能提升更加明显。 |
| 作者： | 董月 |
| 专业： | 通信与信息系统 |
| 导师： | 范平志 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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