[發明專利]基于散射特征的高鐵無線信道多普勒功率譜的計算方法

有效

• 申請號: 201610104618.1
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105610523B
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 陳鑫;方勇
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H04B17/30
• 分類號: H04B17/30;H04B17/373;H04B17/391
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發明提供了一種基于散射特征的高鐵無線信道多普勒功率譜的計算方法，包括將高鐵散射場景中的無線信道按照接收信號中所含散射分量權重大小分為甚弱散射場、弱散射場、強散射場和甚強散射場；確定接收信號中直射徑數和散射徑數；根據不同場景計算高鐵移動端的多普勒功率譜。本發明能夠準確地描述高鐵運行在不同的散射場景下，其在某一時刻接收信號中可分辨的直射徑數和散射徑數，通過對散射場景的歸類與量化，將對高鐵無線信道特征更加詳細而準確地表征，拓展了在三維空間中對高鐵統計信道模型的研究，這將有助于提高對信道參數仿真實驗的準確性，為未來第五代（5G）移動通信系統的超高速無線接入及高鐵組網提供有效的解決方案。

技術領域

本發明涉及無線通信信號處理領域，特別涉及一種基于散射特征的高鐵無線信道多普勒功率譜的計算方法。

背景技術

近年來，我國高鐵發展舉世矚目，高鐵車地間的通信已成為當前的一個研究熱點問題，發展滿足高鐵乘客寬帶數據業務和面向運行安全的檢測數據傳輸的寬帶無線通信系統已成為學術界和產業界的共識，支持第五代(5G)移動通信系統的高鐵寬帶無線接入儼然已成為當前亟待解決的關鍵問題。高速移動所產生的多普勒頻移和快衰落，是無線信道發生劇烈變化的主要原因之一，從而極大地影響了高鐵無線通信系統的質量，尤其在高速(350～580km/h)移動條件下，信道變化愈加復雜多變，Doppler頻率偏移，信道快衰落給高速率信息傳輸帶來極大威脅，常常導致用戶出現接通率下降、掉話頻繁或脫網等惡劣問題。同時，無線通信領域中的信道編碼、信道估計、信道均衡及信號處理等算法的設計以及其性能都在很大程度上依賴于無線信道的特性。因此，針對高鐵運行的不同場景及地貌特征，建立能夠準確描述多普勒頻移及多徑效應的無線信道模型，是構建超高速移動通信系統的重要步驟和先決條件。

研究在超高速移動條件下的無線信道特性是未來發展高鐵新型多媒體通信系統的基礎，高鐵無線信道具有三大特點：(1)高鐵運行場景豐富，歷經地貌特征復雜多變；(2)高鐵無線通信鏈路往往存在較強直射徑(LOS,line of sight)，同時在不同散射場景中存在不同程度的散射分量；(3)高速移動往往會導致多普勒頻移的劇烈變化，產生較大的頻偏，這將會嚴重影響用戶終端的通信質量。

然而，目前在高鐵的無線信道建模過程中，散射體均勻或非均勻分布模型大都局限于室內或室外中低速移動場景，很少考慮到由于高速移動對信道參數估計的影響，同時為了簡化模型而忽略了散射體自身物理屬性對信道系數的影響，這也在一定程度上增大了信道建模誤差，尤其針對高速移動環境下的無線信道模型基本無能為力，缺乏對該信道假設合理的物理解釋。多普勒特征是高鐵無線信道最重要的特征，它能夠準確地描述高鐵信道中多徑的時變特征，對通信接收機同步、信道估計等算法設計具有重要的指導意義。因此，能否有效而準確地獲悉高鐵移動端的多普勒功率譜信息，對后續信道估計與均衡及其算法設計等均有至關重要的作用。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種基于散射特征的高鐵無線信道多普勒功率譜的計算方法，該方法能夠準確描述高鐵無線散射信道特征，對于高鐵移動端的多普勒功率譜計算更為準確，能高效的估計高鐵無線散射信道的參數。

為達到上述目的，本發明采用下列技術方案：

一種基于散射特征的高鐵無線信道多普勒功率譜的計算方法，包括如下步驟：

步驟101：將高鐵散場景中的無線信道分為甚弱散射場、弱散射場、強散射場和甚強散射場；

步驟102：根據步驟101高鐵散射場景類型，按照既定標準確定接收端信號中所含直射徑數m和散射徑數n；

步驟103：根據步驟102中實際場景中發射端或接收端的周圍分布散射體的幾何尺寸,材質及其他物理屬性，依據步驟102中的散射徑數n，確定各散射子信道所對應的散射系數；