[發明專利]高鐵高架橋場景下基于簇延遲線的分區混合信道建模方法

有效

• 申請號: 201310325899.X
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103401621A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 邱佳慧;陶成;劉留;談振輝
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術領域：

本發明涉及無線移動通信技術領域，具體涉及在高鐵高架橋場景下，高鐵高架橋場景下基于簇延遲線的分區混合信道建模方法。

背景技術：

高速鐵路的發展要求與之配套的車地寬帶無線通信系統得到相適應發展。一方面為乘客提供通信服務，除基本語音服務外，寬帶數據業務的需求呈上升趨勢；另一方面為保障列車安全運行，列車關鍵部件的大量實時狀態信息需要及時傳輸到地面監控中心。因此，構建適應高鐵環境的寬帶無線接入系統勢在必行。高鐵無線信道模型是通信系統設計的基礎，高鐵場景下信道特性的測量與建模是高鐵無線通信系統研究的基礎工作之一。目前，WINNERⅡ模型給出了專門的高鐵模型——D2a模型，描述了中心頻率為5.2GHz，帶寬為120MHz的信道模型，并引入了簇模型的概念；芬蘭Elektrobit公司與臺灣工業技術研究院于2007年利用Propsound在臺灣開展了高鐵環境下的信道測量，得到時延擴展，最大時延等參數；3GPP?Release10也有針對高鐵的信道模型。但這些信道模型，從頻點、帶寬到測量場景，都并不能真實反映我國高鐵場景下的信道特性。針對我國高鐵沿線的典型場景，如平原、山區、U型槽等，迫切需要通過現場測量，建立較為準確的高鐵模型，為后續LTE和LTE—A高鐵環境下的樣機開發測試和系統仿真評估工作提供基礎條件。

高速條件下的信道，受速度以及周圍特殊場景的影響，會呈現出不同的特性。在如附圖1所示的高鐵高架橋場景的信道測量中，測量發射端設在地面，發射功率為30.8dB，而接收機置于列車內部。發射天線采用雙偶極子天線，與高架橋垂直距離為92m，距地面的高度為12.8m。接收機與專用車頂HUBER+SUHNER天線相連。測試列車速度為200km/h，即55.6m/s。高架橋距地面8m，車廂高度約為3m，高架橋中軌道兩側以約50m的間隔均勻分布著高鐵接觸網電桿。另外，GPS與接收機相連，用于同步和定位。測試系統的中心頻率為2.35GHz，系統帶寬為50MHz，信道采樣率為1968，碼長為127。測量得到約42040個有效樣本，測試的有效距離為1.2km。受測試環境在移動過程中不斷變化的影響，每個信道沖擊響應（Channel?impulse?response—CIR）中所包含的多徑數目，多徑延遲以及每一徑的徑功率也不盡相同。為了獲得短時間內的平均功率延遲分布（Power?delay?profile—PDP），對每40個CIR快照進行平均。

列車穿越發射“基站”過程中，PDP也發生變化，直射徑作為主徑，隨著列車靠近發射機，其傳播時延逐漸減小，而功率則明顯增大，在10.75s處達到最大值。此后，隨著列車遠離發射機，主徑傳播時延增大，而接收功率又逐漸減弱。在主徑變化過程中，有一條較明顯的反射徑，周期性地靠近和遠離主徑，變化周期約為0.89s，對應距離為50m。這些周期性靠近和遠離主徑的反射徑在整個信道多徑變化過程中形成了規律的小“毛刺”。這些小“毛刺”是由高架橋兩側均勻分布的接觸網電桿形成的反射區域造成的。在WINNERⅡ模型中，同樣提到在規律位置的規律建筑會對信號傳播造成影響，但在實際建模中并沒有考慮這個因素。我們將這些周期性變化的反射徑稱為“理論模型數據”，由這些數據建立“理論模型”，將除規律性變化的反射徑之外的其他多徑稱為“統計模型數據”，由統計模型數據建立“統計模型”。

對于寬帶信道測量，尤其在MIMO信道測量中，信號經過某一組散射體到達接收機時，其延遲、到達角和離開角等參數具有相似特性，這些具有相似特性的一組多徑分量構成一簇。簇間特性能夠體現信道變化的整體特性，而簇內特性體現每一簇內的信道細微變化。傳統的，從真實測量數據中提取出多徑信道模型，一般建模為統計模型，例如WINNERⅡ模型和IMT-A模型等，這種建模方法的缺點去忽略了信道傳播中的規律性變化。另一方面，在現有的參考文獻中，關于高鐵場景下的理論信道模型，缺乏實際測量數據的驗證。

以上提到的各種現實因素促使我們需要研究一種新的混合分簇建模方法，該方法可以高鐵高架橋場景下信道中的周期性變化反射徑進行理論建模，而對其他無周期性變化特性的多徑進行統計建模。

發明內容

為解決以上現有技術的不足，在高鐵高架橋場景下，針對列車移動過程中的地面基站與列車通信時信道，基于實際信道測量數據，本發明提出一種高鐵高架橋場景下基于簇延遲線的分區混合信道建模方法。

本發明的技術方案為：

高鐵高架橋場景下基于簇延遲線的分區混合信道建模方法，所述方法包括以下步驟：