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高速移动环境中基于理论方法的无线信道建模研究
| 论文题名： | 高速移动环境中基于理论方法的无线信道建模研究 |
| 关键词： | 无线信道;随机传播图;冲激响应;相关函数;高速移动环境;高速铁路 |
| 摘要： | 近年来，我国高速铁路（“高铁”）的迅速发展受到了国际广泛关注，同时也极大的促进了国内经济增长。随之而来的高铁通信成为了当前学术界和产业界的热点问题。现有铁路通信系统已无法满足未来的高铁通信需求，新一代铁路通信系统的研究与开发势在必行。众所周知，信道模型对于无线通信系统的设计起着至关重要的作用。大尺度衰落模型可用于网络的覆盖预测和干扰分析，而小尺度衰落模型则为系统仿真和算法评估提供参考。 本文首先介绍高铁无线信道电波传播特性，根据近年来几次高铁信道测量获得的大尺度传播模型，总结归纳了不同场景不同带宽下的测量结果，罗列出高铁不同场景下大尺度衰落特征。同时介绍小尺度衰落特征，分析高铁无线信道关键参数(如K因子、多普勒(Doppler)功率谱、多径功率延迟谱）提取方法。接着，介绍了其中一种情况下信道容量的计算方法，结合高铁实际测量数据，统计分析高铁不同场景下遍历容量和中断容量的变化特征。 接下来本文采用频域/时域理论分析的模型构建方法，建立无线移动通信系统在高速移动场景下的信道模型。(1)基于频域的随机传播图的信道建模方法，通过将传播环境中的反射物和传播射线抽象为有向图中的定点和边，可研究出多个反射体、散射体反射或散射带来的多次反射特性，最终获得整个传播信道的传递函数。同时根据高铁实际测量数据、利用Von Mises分布模拟接收端到达角等方法，校准和验证随机传播图建模方法的可行性和研究价值。基于随机传播图方法对高铁典型移动场景进行信道建模，根据仿真得到信道的冲激响应(Channel ImpulseResponse—CIRs)，分析信道关键参数信息，讨论高铁移动信道衰落特性。(2)基于时域的几何随机散射理论建模，信道特征是基于反射物的散射线在接收端射线迭加获取。通常，为了时域迭加的方便和简化数学推导，这种建模方法在传播模型抽象图中假设无线电波在反射物和散射物反射次数有限。本文主要重点研究单环和椭圆模型，深入研究其无线信道时间域和空间域的相关函数，分别推导空-时相关函数的闭合表达式。 目前，高铁场景下的信道建模主要是基于实际的信道测量数据。然而，高铁信道测量工作开展难度较大，很难获取足够的测量数据用于信道建模。随着信道建模理论的发展，随机传播图和几何散射理论是两种可靠、准确的信道建模方法。为此，本文基于这两种先进的建模理论构建高铁场景下的信道模型，该模型不仅与实际的测量结果相匹配，而且能够用于评估高铁多天线系统性能。 |
| 作者： | 程文璞 |
| 专业： | 通信与信息系统 |
| 导师： | 陶成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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