高速移动环境中基于理论方法的无线信道建模研究

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1、；拿京交硕士学位论文高速移动环境中基于理论方法的无线信道建模研究WirelessChannelModelingforHighSpeedRailwayEnvironmentsBasedonTheoreticalMethods作者：程文璞导师：陶成北京交通大学2014年3月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)⋯一签名

2、书交靛签字日期：矽雠年弓月万日新繇悄1畸1导师签名：N．夏lIj7y签字日期：冽牛年弓月刁羽中图分类号：XXXXUDC：XXXX学校代码：粥恻*lDDD牛密级：公开北京交通大学硕士学位论文高速移动环境中基于理论方法的无线信道建模研究WirelessChannelModelingforHighSpeedRailwayEnvironmentsBasedonTheoreticalMethods作者姓名：程文璞导师姓名：陶成学位类别：工学学科专业：通信与信息系统研究方向：宽带通信与无线通信学号：11120070职称：教授学位级别：硕士北京交通大学2014年3月致谢本论文的工作是在我的导师陶成教授的悉心

3、指导下完成的，陶成教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来陶成老师对我的关心和指导。刘留老师悉心指导我完成了实验室的科研工作，对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见；在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向刘留老师表示衷心的谢意。在实验室工作及撰写论文期间，周涛、孙溶辰、和雨佳等同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢家人和朋友，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学、Ip。北京交通大学硕士学位论文中文摘要近年来，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。

4、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

5、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巾的定点和边，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VonMises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(ChannelImp

6、ulseResponse--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，分别推导空一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

7、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。关键词：高铁无线信道；随机传播图；冲激响应；单环；相关函数分类号：TN929。5ABSTRACTInrecentyears，therapiddevelopmentofChina’Shigh—speedrail(HSR)hasreceivedinternation