一種基于協(xié)同橢圓散射隨機(jī)多鏈路mimo信道建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高鐵移動(dòng)通信信道建模方法，特別是一種針對高鐵寬帶無線通信系統(tǒng) 的基于協(xié)同楠圓散射隨機(jī)多鏈路MIM0信道建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著高速鐵路的迅速發(fā)展，鐵路通信技術(shù)也必須數(shù)字化"、"無線移動(dòng)化"、"寬 帶綜合業(yè)務(wù)"為其發(fā)展目標(biāo)。然而，中國鐵路通信目前使用的GSM-R(GSM化rRailway)體系 主要基于第二代全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM，僅能提供語音業(yè)務(wù)及低速率業(yè)務(wù)，不能滿足未來鐵 路通信的發(fā)展需求，而現(xiàn)有的公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)，無論是對鐵路的覆蓋范圍還是覆蓋質(zhì)量 均無法滿足列車上用戶的需求。當(dāng)高鐵速度達(dá)到350km/h時(shí)，現(xiàn)有無線技術(shù)（如LTE/LTE-A 等）無法達(dá)到滿意的接入速率，該是由于該些通信標(biāo)準(zhǔn)的主要應(yīng)用目標(biāo)是城市低速移動(dòng)密 集蜂窩小區(qū)場景，而沒有針對高速移動(dòng)場景進(jìn)行?？诘脑O(shè)計(jì)。
[0003] LTE-R(Long term Evolution for Railway)系統(tǒng)由于其具有高速據(jù)率、低延時(shí)、分 組傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，因此它將是最有希望應(yīng)用于未來鐵路通信的體系之一。但是，當(dāng)LTE系統(tǒng)應(yīng) 用到高鐵時(shí)將會(huì)遇到一系列挑戰(zhàn)。首先，傳統(tǒng)的蜂窩通信架構(gòu)不適合在高鐵通信。如果車 廂內(nèi)的移動(dòng)用戶直接使用傳統(tǒng)的單天線手機(jī)與道旁BS直接通信，將會(huì)有較大的信號傳播 損耗，例如高鐵為CR冊80 (時(shí)速為350~420km/h)、BS工作在900MHz時(shí)，信號損耗可高達(dá) 24地。
[0004] 大規(guī)模MIM0作為5G的關(guān)鍵技術(shù)之一，可W在BS側(cè)配置幾十甚至幾百根天線，使 得頻譜效率有望達(dá)到數(shù)十甚至數(shù)百bps/化。然而，將大規(guī)模MIM0-N0MA技術(shù)直接應(yīng)用于高 鐵場景將面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：如圖1所示，W典型的高鐵高速管道方式進(jìn)行信號覆蓋，即中 央控制站CCS+遠(yuǎn)端天線單元RAU的無線覆蓋方式，其中兩個(gè)RAU隸屬同一個(gè)CCS,同頻發(fā)射 相同的信號，且間距約1. 5km，重疊覆蓋區(qū)域長度約為0. 5km，當(dāng)時(shí)速為360km/h時(shí)的高鐵每 5s穿越一次兩個(gè)RAU重疊覆蓋區(qū)，此時(shí)將會(huì)收到兩個(gè)RAU的信號，該信號多普勒頻移相反， 且信號功率大小相似。從現(xiàn)有的中外大量文獻(xiàn)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，在該種快速頻繁的重疊小區(qū)內(nèi)， 相鄰RAU協(xié)同通信時(shí)的信道建模及信道估計(jì)是一個(gè)尚未研究的"盲點(diǎn)"問題。而信道是高 鐵移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確認(rèn)知無線信道是設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的前提條件，它為通信系 統(tǒng)原型機(jī)和系統(tǒng)、鏈路級仿真提供真實(shí)參數(shù)，因此，高鐵無線信道成為高鐵移動(dòng)通信的首要 問題。
[0005] 基于此，本發(fā)明針對高鐵環(huán)境MCT與RAU構(gòu)成的車地通信，提出一種基于協(xié)同楠圓 散射隨機(jī)多鏈路的MIM0信道建模方法，分析散射體的變化規(guī)律，推導(dǎo)視距L0S分布、角度擴(kuò) 展、多普勒擴(kuò)展等參數(shù)的數(shù)學(xué)閉合表達(dá)式，并給出信道沖擊響應(yīng)CIR閉式解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的；提出一種基于協(xié)同楠圓散射隨機(jī)多鏈路的MIM0信道建模方法，針對同 一CCS內(nèi)或相鄰CCS間兩個(gè)相鄰RAU對MCT進(jìn)行協(xié)同通信時(shí)，研究基于信道理論方法的分 布式大規(guī)模MIMO的快速時(shí)變的信道建模問題。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0008] 系統(tǒng)模型如圖2所示，陰影部分為相鄰RAU的重疊覆蓋區(qū)，高鐵在此重疊區(qū)域內(nèi)將 同時(shí)與兩個(gè)相鄰RAU進(jìn)行通信，由于高鐵速度非?？?，其將在非常短的時(shí)間內(nèi)完成小區(qū)切 換。每個(gè)CCS管理有M個(gè)RAU，并且在同一個(gè)CCS內(nèi)，所有的RAU都工作在相同的頻率，即 MCT在同一個(gè)CCS內(nèi)的兩個(gè)相鄰RAU發(fā)生切換時(shí)，工作頻率不會(huì)發(fā)生變化，該將大大減小系 統(tǒng)的射頻開銷，同時(shí)相鄰大規(guī)模MIM0RAU對MCT進(jìn)行信號的復(fù)用和分集，顯然，在兩個(gè)CCS 間相鄰的兩個(gè)RAU之間進(jìn)行小區(qū)切換時(shí)，將考慮頻率切換問題。RAU均勻分布在高鐵沿線， 每個(gè)RAU上有Nt根天線，RAU和CCS通過光載無線電（radiooverfiber,Ro巧進(jìn)行連接。 高鐵有S節(jié)車廂，每節(jié)車廂頂部安裝有1個(gè)MCT,每個(gè)MCT有NR根天線。MCT通過RoF與車 廂內(nèi)的WiFiAP連接。分布式大規(guī)模MIM0CCS和高鐵MCT構(gòu)成車地通信，MCT和WiFiAP W及WiFiAP和固定座位用戶之間構(gòu)成車內(nèi)通信。
[0009] 本發(fā)明的信道模型具體過程如下：
[0010]假定與某個(gè)路徑長度關(guān)聯(lián)的所有局部散射體&"(/?，/' = ! 2…，~')位于同一個(gè)楠 圓上，其中巧4, …，巧>位于同一個(gè)散射集群，且基站和移動(dòng)站位于焦點(diǎn)處。兩個(gè)焦 點(diǎn)之間的距離是2f。楠圓的半長軸長度和半短軸長度分別是a和b，如圖3所示。
[0011] 基站是發(fā)射端，移動(dòng)站為接收端。假設(shè)發(fā)射端與接收端是由Nt和Nc個(gè)天線單元 組成的均勻線性天線陣列。角度目1(目。）為發(fā)射端（接收端）天線陣列的傾斜角度，符號 5了（5,)表示發(fā)射端（接收端）天線陣列的天線單元間距。由于天線尺寸相比a和f而言較 小，則可假設(shè)不等式（Nt-1)ST<<a-f和（N廣1)SE<<a-f成立。運(yùn)動(dòng)角度aV描述X軸和 運(yùn)動(dòng)方向的角度。記第n個(gè)平面波的離開角A0D為為，到達(dá)角A0A為（"=1，2，…，W)。 [001引從發(fā)射端奪（/=1，2,…，TVr)到接收端聲（扛1，2,…，A/*)鏈路的CIR為 [001引
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 本發(fā)明提出一種針對高鐵寬帶無線通信系統(tǒng)的基于協(xié)同橢圓散射隨機(jī)多鏈路MMO 信道建模方法，具體為：高鐵移動(dòng)車廂終端MCT與鐵路沿線分布式遠(yuǎn)端天線單元RAU構(gòu)成的 車地通信中，高速移動(dòng)的終端在與道旁基站BS直接通信時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的信號傳播損耗， 根據(jù)這個(gè)問題而提出一種高速移動(dòng)場景下U型槽，大規(guī)模MM0系統(tǒng)的信道建模方法，研究 無線信道時(shí)域、空域的衰落相關(guān)性，推導(dǎo)視距L0S分布、角度擴(kuò)展、多普勒擴(kuò)展等參數(shù)的數(shù) 學(xué)閉合表達(dá)式，并給出信道沖擊響應(yīng)CIR閉式解。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于協(xié)同橢圓散射隨機(jī)多鏈路的MIM0信道建模方法，其 特征在于： 針對同一CCS內(nèi)或相鄰CCS間兩個(gè)相鄰RAU對MCT進(jìn)行協(xié)同通信，提出一種基于協(xié)同 橢圓散射隨機(jī)多鏈路的MM0信道建模方法，研究基于信道理論方法的分布式大規(guī)模MM0 的快速時(shí)變的信道建模問題； 假定與某個(gè)路徑長度關(guān)聯(lián)的所有局部散射體#七^'^，2,…，7VH立于同一個(gè)橢圓 上，其中欠1>，，...，#>位于同一個(gè)散射集群，且基站和移動(dòng)站位于焦點(diǎn)處，兩個(gè)焦點(diǎn) 之間