受限空间环境无线信道理论建模与仿真方法

发布时间：2017-07-28 17:18

  本文关键词：受限空间环境无线信道理论建模与仿真方法

  更多相关文章： 隧道环境 传播图理论 转移概率 信道建模 天线相关性 容量

【摘要】：无线自由波是隧道环境中无线通信采用的重要方式,研究隧道环境中的无线信道对地下轨道交通的发展具有至关重要的作用。本文针对非视距隧道环境的特点,在传统传播图理论基础上引入了射点集合的划分算法和集合间转移概率的概念,来细化散射点到散射点间的传递函数。通过传播路线上相邻两个点集合间转移概率之积来调整概率路线的传递函数的方法来提高隧道信道建模精度。在本文提出的方案中,首先根据实际隧道尺寸构建几何模型,提出了划分面的算法,将隧道几何模型划分成M个散射点集合。那么整个系统的传递函数是的各个路线传递函数之和,最大反射次数为N,其中共有MN条传播路线。通过引入点集合间的转移概率以及定义转移概率的计算方法,求得各点集合间的转移概率。根据传播图理论分析散射点集合间子传递函数,每条传播路线的传递函数为相邻点集合间转移概率之积乘以相邻点集合间子传递函数之积,最后将所有路线的传递函数之和做傅里叶逆变换,即可获取时域信道冲激相应(CIR,Channel Impulse Response)。接下来介绍了宽带无线信道测量系统的工作原理,给出了在不同频点、不同位置150MHz带宽下的隧道环境实测功率时延谱(PDP, Power Delay Profile).并采用修正理论仿真了该环境下的无线信道。对比相同隧道环境下的实际测量结果,在误差允许范围内两者趋势一致,数值相差在容许的-10dB范围内,验证了所提理论的合理性与正确性。在此基础上进一步分析了该隧道环境下的多天线相关性、离开角(AOD, Angle of Departure)、到达角(AOA, Angle of Arrival)、信道容量的变化。发现发射端AOD角度扩展较小,天线相关性波动较缓,接收端AOA角度扩展较大,天线相关性波动较剧烈。在收发位置一定的情况下,随着天线数目的增加,隧道信道容量也逐渐增大,但是与瑞利信道容量差距逐渐增大,这可归因于隧道环境下密集的反射导致较高的天线相关性和信道矩阵的退化。另一场景下,随着隧道弯曲角度的变化,隧道环境由非视距逐渐趋近于视距环境,可以发现转移概率矩阵呈现出一定的变化趋势：相同部分点集合间转移概率稳定在比较高的数值,不同部分点集合间转移概率逐渐降低。CIR峰值抽头在时延上符合几何原理,天线相关性的波动越来越剧烈,角度扩展逐渐变大,信道容量逐渐降低,信道矩阵有效特征值的数目也逐渐减小。
【关键词】：隧道环境 传播图理论 转移概率 信道建模 天线相关性 容量
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-17
• 1.1 研究目的与意义11
• 1.2 国内外研究现状与趋势11-14
• 1.3 本文研究内容与创新点14-15
• 1.4 文章内容安排15-17
• 2 隧道宽带信道研究原理与方法17-29
• 2.1 无线信道传播特性17-24
• 2.1.1 信道大尺度衰落17-18
• 2.1.2 信道小尺度衰落18-21
• 2.1.3 到达角/离开角21-23
• 2.1.4 信道参数提取算法23-24
• 2.2 隧道宽带信道测量特点24-25
• 2.3 隧道信道建模方法25-29
• 2.3.1 确定性信道模型25-26
• 2.3.2 随机性信道模型26
• 2.3.3 经验模型26-29
• 3 传播图信道建模理论29-61
• 3.1 传播图经典理论29-34
• 3.1.1 传播图信道建模机制29-31
• 3.1.2 信道传递函数31-34
• 3.2 传播图信道建模修正与验证34-39
• 3.2.1 面的划分35-37
• 3.2.2 转移概率37-39
• 3.3 隧道场景下传播图信道建模理论验证39-58
• 3.3.1 非视距隧道场景描述39-42
• 3.3.2 验证方案42-46
• 3.3.3 信道建模仿真46-50
• 3.3.4 多普勒仿真50-51
• 3.3.5 MIMO信道仿真51-53
• 3.3.6 MIMO信道容量53-56
• 3.3.7 AOD与AOA分布56-58
• 3.4 小结58-61
• 4 隧道场景下传播图信道建模理论验证61-73
• 4.1 弯曲角度可变隧道场景描述61-62
• 4.2 转移概率比较62-65
• 4.3 弯曲角度可变隧道MIMO信道仿真65-67
• 4.4 弯曲角度隧道场景下AOD与AOA分布67-68
• 4.5 不同场景下MIMO信道容量68-70
• 4.6 小结70-73
• 5 结论73-77
• 5.1 总结73-74
• 5.2 展望74-77
• 参考文献77-81
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果81-85
• 学位论文数据集85

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本文编号：585153