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原文传递车载网络复杂场景下无线信道测量与建模研究

论文题名：	车载网络复杂场景下无线信道测量与建模研究
关键词：	车载通信系统;高速铁路;公路车辆;无线通信;信道模型
摘要：	车载无线通信以陆地移动车体作为通信终端的承载体，通过无线网络的信号传递实现面向用户安全与服务业务的实时信息交互。广义范畴的车载通信包括铁路交通与公路交通两个领域。随着智能交通系统的发展，未来基于铁路与公路运输相融合的复合式交通运输将成为提升运输效率、保障运营安全的重要手段。　　智能交通系统的建设离不开车载无线通信系统的支撑，而无线网络的设计则需立足于对典型车载环境下无线信道的深入研究。物理无线信道作为通信发生的媒介，其特性极大地影响着无线通信系统的性能。在车载无线通信系统的设计中，需要用信道模型对复杂的车载传播信道加以描述。尽管人们已经对车载信道开展了大量研究，但仍然存在下述局限: 　　1)从场景分类上看，现阶段的研究受到测试条件的限制，仅涵盖了一部分车载传播场景。既无法满足人们对车载场景中电波传播认知的需求，亦不足以为系统设计者提供所需的信道模型。　　2)从科学研究上看，现阶段车载无线信道的研究无法准确揭示相关场景下电波传播的基本规律。对于移动场景下信道非平稳特征的准确定义、时变信道的深衰落特性、以及动态信道建模的基础理论有待进一步研究。现有研究在科学层面的局限性将对系统的可靠性造成隐患。　　3)从应用需求上看，现阶段车载信道模型无法满足系统设计中链路预算、性能仿真及验证的需求。既有模型不仅无法涵盖典型的车载传播环境，也无法准确地反映车载信道的时变特性。这极大地降低了系统性能仿真的准确性。　　针对上述问题，本文在高速铁路和公路车对车环境中开展了电波传播特性的研究，并建立了信道模型以服务于车载网络设计。本文主要工作如下: 　　1)针对高速铁路传播场景复杂的特点提出了简单可行的传播场景分类标准。结合方向性基站天线传播区域断点估计及增益校验方案，建立了高速铁路大尺度传播模型库，包含路径损耗预测模型、阴影衰落统计分布模型、以及阴影衰落相关性模型。所提出的模型为系统链路预算提供了依据。　　2)针对高速铁路时变信道快衰落的特点，研究了高架桥和路堑场景两类典型场景下信道的小尺度衰落特性。探讨特色环境结构对无线信道多径分布的影响。提出了基于距离及场景结构的时变信道分布参数的分段线性预测模型。所提出的模型有助于揭示高速铁路环境下快衰落信道的特征。　　3)针对公路车对车无线信道非视距(Non Line of Sight，NLOS)复杂传播场景研究不足的问题，重点研究了大型车体遮挡以及交叉路两类NLOS场景。提出了大型车体遮挡场景下基于双距离衰减因子的路径损耗预测模型，并基于信道角度域多径分布特性探讨了交叉路道路弯曲以及路边障碍物的屏障效应。　　4)基于相关矩阵理论提出了时变信道广义平稳区间的估计方法。利用空-时-频功率谱联合估计，揭示了公路车对车信道非平稳特性的本质:即多径信号的随机生灭过程。提出了基于多径距离理论的多径萃取与动态跟踪法则，并建立了车对车场景下动态宽带方向性信道模型，促进了动态信道建模理论的进一步完善。　　综上所述，本文围绕高速铁路和公路车对车场景下的无线信道开展研究，分别为高速铁路及车对车无线通信系统的设计提供了电波传播预测工具，弥补了车载网络复杂场景下信道建模的研究不足，丰富了相关场景下的信道建模理论。
作者：	何睿斯
专业：	通信与信息系统
导师：	钟章队
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文