车载网络复杂场景下无线信道测量与建模研究

发布时间：2017-08-02 08:07

  本文关键词：车载网络复杂场景下无线信道测量与建模研究

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【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。
【关键词】：车载无线通信 高速铁路信道 车对车信道 无线信道建模 电波传播
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U285;U495;TN92
【目录】：

• 致谢5-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-16
• 插图索引16-20
• 表格索引20-24
• 1 绪论24-38
• 1.1 研究背景与意义24-30
• 1.1.1 车载通信的国家战略意义24-25
• 1.1.2 车载无线通信系统概述25-28
• 1.1.3 车载场景电波传播模型的研究意义28-30
• 1.2 车载无线传播信道研究现状30-34
• 1.2.1 高速铁路无线信道研究现状30-32
• 1.2.2 车对车无线信道研究现状32-33
• 1.2.3 存在问题33-34
• 1.3 主要工作与创新点34-36
• 1.4 各章节安排36-38
• 2 高速铁路无线信道测量与复杂场景衰落信道建模38-68
• 2.1 引言38-39
• 2.2 相关工作综述39-40
• 2.3 高速铁路场景分类标准40-44
• 2.4 高速铁路测试系统及信道测量44-49
• 2.4.1 高速铁路信道测试系统45
• 2.4.2 高速铁路方向性基站天线及影响45-48
• 2.4.3 高速铁路信道测量48-49
• 2.5 高速铁路高架桥场景电波传播及衰落信道建模49-59
• 2.5.1 高速铁路高架桥场景分析50-52
• 2.5.2 衰落深度52
• 2.5.3 小尺度衰落分布特性52-54
• 2.5.4 Ricean分布K因子模型54-59
• 2.6 高速铁路路堑场景电波传播及衰落信道建模59-66
• 2.6.1 高速铁路路堑场景分析59-60
• 2.6.2 衰落深度60-61
• 2.6.3 小尺度衰落分布特性61-62
• 2.6.4 Ricean分布K因子模型62-66
• 2.7 本章小结66-68
• 3 高速铁路大尺度传播信道建模68-92
• 3.1 引言68-69
• 3.2 相关工作综述69-70
• 3.3 高速铁路路径损耗建模70-80
• 3.3.1 天线增益校验及数据预处理71
• 3.3.2 区域1路径损耗建模71-74
• 3.3.3 区域2路径损耗建模74-78
• 3.3.4 模型验证78-80
• 3.4 高速铁路阴影衰落及相关性建模80-90
• 3.4.1 阴影衰落分布80-82
• 3.4.2 阴影衰落自相关特性82-83
• 3.4.3 邻基站阴影衰落互相关特性83-88
• 3.4.4 模型验证88-90
• 3.5 本章小结90-92
• 4 车对车网络复杂场景无线信道测量与建模92-142
• 4.1 引言92-93
• 4.2 相关工作综述93-95
• 4.3 车对车信道测量95-102
• 4.3.1 车对车信道测试系统95-97
• 4.3.2 车对车信道测量场景97-101
• 4.3.3 测量数据校准和预处理101-102
• 4.4 车对车信道时变非平稳特征度量方法102-113
• 4.4.1 矩阵相关距离判决法103-106
• 4.4.2 频谱散度判决法106-108
• 4.4.3 阴影衰落相关性判决法108
• 4.4.4 判决方法比较108-113
• 4.5 城市街区大型车体遮挡下无线信道的测量与建模113-126
• 4.5.1 路径损耗113-118
• 4.5.2 阴影衰落118-119
• 4.5.3 小尺度衰落119-123
• 4.5.4 时延扩展123-125
• 4.5.5 信道参数互相关性125-126
• 4.6 郊区交叉路场景下无线信道的测量与建模126-139
• 4.6.1 交叉路场景描述及讨论126-129
• 4.6.2 广义平稳区间129-130
• 4.6.3 功率延迟谱130-132
• 4.6.4 小尺度衰落132-133
• 4.6.5 时延扩展133-134
• 4.6.6 角度域信道特征134-138
• 4.6.7 信道参数互相关138-139
• 4.7 本章小结139-142
• 5 车对车网络动态时变信道建模142-164
• 5.1 引言142-143
• 5.2 相关工作综述143-144
• 5.3 动态时变模型结构144-146
• 5.4 车对车信道多径成分萃取及跟踪146-150
• 5.4.1 多径信号空-时谱分析及萃取146-147
• 5.4.2 动态多径信号生灭过程跟踪147-150
• 5.5 车对车动态时变信道建模150-158
• 5.5.1 广义平稳区间150
• 5.5.2 多径信号生灭时间150-151
• 5.5.3 多径信号数目151-153
• 5.5.4 多径信号位置分布153-155
• 5.5.5 多径信号初始功率155
• 5.5.6 多径信号演变155-157
• 5.5.7 多径信号小尺度衰落特征157-158
• 5.6 车对车时变模型动态仿真及验证158-162
• 5.6.1 动态模型仿真步骤158-161
• 5.6.2 模型性能验证161-162
• 5.7 本章小结162-164
• 6 总结与展望164-168
• 6.1 论文工作总结164-166
• 6.2 不足与展望166-168
• 参考文献168-184
• 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果184-194
• 学位论文数据集194

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘留;陶成;陈后金;周涛;孙溶辰;邱佳慧;;高速铁路无线传播信道测量与建模综述[J];通信学报;2014年01期

2 Tao ZHOU;Cheng TAO;Liu LIU;Jiahui QIU;Rongchen SUN;;High-speed railway channel measurements and characterizations: a review[J];Journal of Modern Transportation;2012年04期

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本文编号：608283