三维M2M散射信道时间自相关特性研究

发布时间：2017-10-08 11:42

  本文关键词：三维M2M散射信道时间自相关特性研究

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【摘要】：民用航空产业大发展使得传统民用航空通信系统容量逐步趋于饱和,建立一个空天地一体化的未来航空通信系统已是大势所趋。航空移动通信系统收发端飞行器处于运动状态,在三维立体空域内进行mobile-to-mobile(M2M)通信。收发端相对运动,收发端周围散射体随机运动,都会带来多普勒效应,给多载波技术关键参数的设定提出更高的要求。时间自相关函数作为信道的二阶统计特性,能估计出信道的多普勒扩展和相干时间,可为未来航空移动通信系统的高效空空组网提供必要的物理层信息。目前大部分文献研究二维场景下的时间自相关函数,少有文献研究三维动态散射场景下的时间自相关函数。本文针对航空移动通信环境建立三维M2M散射场景,研究信道的时间自相关函数,具体内容如下:①基于正弦求和统计建模思想,推导出三维M2M散射信道时间自相关函数该表达式为有限区间内的七重积分,具有较强的推广性:通过降维可等效为二维散射场景;令散射体相对于收发端静止可等效为稳态散射场景。为选择合适方法得到目标七重积分的数值结果,对几种典型数值积分方法进行仿真分析,最终选择等分布蒙特卡洛积分求解目标七重积分的数值解。对比已有研究成果,验证了本文推导的三维M2M散射信道时间自相关函数在二维场景下的正确性。②基于正弦求和几何建模思想,采用射线跟踪法建立仿真验证平台射线跟踪法模型给出了目标七重积分的数值解,该数值积分结果与等分布蒙特卡洛法求得的数值积分结果基本一致,由此验证本文推导的三维M2M散射信道时间自相关函数在三维场景下的正确性。该模型除了能体现目标七重积分的优势以外,还具有以下特点:通过几何方法描述散射体分布;可描述射线发射和到达方位角与散射体位置之间的关系;可根据较少散射体样本确定射线发射和到达方位角。基于射线跟踪法建立的信道模型可为基础研究提供仿真验证平台。③探究散射体速度均值和方差对时间自相关函数的影响实验仿真结果显示:散射体速度服从均匀分布时,散射体速度均值越大,接收端信号的时间自相关函数衰减得越快,多普勒扩展越严重;散射体速度服从高斯分布时,对于同样的速度均值,散射体速度方差越大,接收端时间自相关函数衰减得越慢,多普勒扩展越小;通过对比发现,接收端时间自相关函数受散射体速度均值影响较大,受散射体速度方差影响较小。
【关键词】：航空M2M通信 动态散射体 三维信道 时间自相关函数 射线跟踪法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V243.1
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 课题背景及意义8-12
• 1.2 多径信道二阶统计特性的国内外研究现状12-16
• 1.2.1 二维M2M信道统计特性研究现状13-15
• 1.2.2 三维M2M信道统计特性研究现状15-16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 1.4 论文结构安排17-18
• 2 多径信道模型及其统计特性18-27
• 2.1 信道建模基础18-20
• 2.1.1 多径信道的TDL模型18-20
• 2.1.2 正弦求和法20
• 2.2 多径信道统计特性20-23
• 2.2.1 多径效应21-22
• 2.2.2 多普勒效应22-23
• 2.3 多径信道的时间自相关函数23-26
• 2.3.1 时延扩展估计24-25
• 2.3.2 多普勒扩展估计25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 三维M2M散射信道时间自相关函数及其求解27-43
• 3.1 三维M2M散射信道时间自相关函数表达式27-31
• 3.1.1 航空M2M三维散射场景27-28
• 3.1.2 三维M2M时间自相关函数推导28-31
• 3.2 典型数值积分求解方法31-38
• 3.2.1 传统数值积分方法32-35
• 3.2.2 蒙特卡洛积分法35-38
• 3.3 仿真验证38-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 基于射线跟踪法的仿真验证平台43-55
• 4.1 射线跟踪法简介43-46
• 4.1.1 几何光学原理43-44
• 4.1.2 射线跟踪法分类44-46
• 4.2 基于射线跟踪法的三维信道模型46-49
• 4.2.1 射线跟踪法建模过程46-47
• 4.2.2 射线跟踪法验证47-49
• 4.2.3 射线跟踪法三维信道模型特点49
• 4.3 三维M2M散射信道时间自相关函数特性49-54
• 4.3.1 散射体速度均值对时间自相关函数的影响49-52
• 4.3.2 散射体速度方差对时间自相关函数的影响52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 总结与展望55-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-63
• 附录63
• A作者在攻读学位期间发表和撰写的论文目录63
• B作者在攻读学位期间参加的科研项目目录63

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