[发明专利]高铁高架桥场景下基于簇延迟线的分区混合信道建模方法

说明书

技术领域：

本发明涉及无线移动通信技术领域，具体涉及在高铁高架桥场景下，高铁高架桥场景下基于簇延迟线的分区混合信道建模方法。

背景技术：

高速铁路的发展要求与之配套的车地宽带无线通信系统得到相适应发展。一方面为乘客提供通信服务，除基本语音服务外，宽带数据业务的需求呈上升趋势；另一方面为保障列车安全运行，列车关键部件的大量实时状态信息需要及时传输到地面监控中心。因此，构建适应高铁环境的宽带无线接入系统势在必行。高铁无线信道模型是通信系统设计的基础，高铁场景下信道特性的测量与建模是高铁无线通信系统研究的基础工作之一。目前，WINNERⅡ模型给出了专门的高铁模型——D2a模型，描述了中心频率为5.2GHz，带宽为120MHz的信道模型，并引入了簇模型的概念；芬兰Elektrobit公司与台湾工业技术研究院于2007年利用Propsound在台湾开展了高铁环境下的信道测量，得到时延扩展，最大时延等参数；3GPP Release10也有针对高铁的信道模型。但这些信道模型，从频点、带宽到测量场景，都并不能真实反映我国高铁场景下的信道特性。针对我国高铁沿线的典型场景，如平原、山区、U型槽等，迫切需要通过现场测量，建立较为准确的高铁模型，为后续LTE和LTE—A高铁环境下的样机开发测试和系统仿真评估工作提供基础条件。

高速条件下的信道，受速度以及周围特殊场景的影响，会呈现出不同的特性。在如附图1所示的高铁高架桥场景的信道测量中，测量发射端设在地面，发射功率为30.8dB，而接收机置于列车内部。发射天线采用双偶极子天线，与高架桥垂直距离为92m，距地面的高度为12.8m。接收机与专用车顶HUBER+SUHNER天线相连。测试列车速度为200km/h，即55.6m/s。高架桥距地面8m，车厢高度约为3m，高架桥中轨道两侧以约50m的间隔均匀分布着高铁接触网电杆。另外，GPS与接收机相连，用于同步和定位。测试系统的中心频率为2.35GHz，系统带宽为50MHz，信道采样率为1968，码长为127。测量得到约42040个有效样本，测试的有效距离为1.2km。受测试环境在移动过程中不断变化的影响，每个信道冲击响应（Channel impulse response—CIR）中所包含的多径数目，多径延迟以及每一径的径功率也不尽相同。为了获得短时间内的平均功率延迟分布（Power delay profile—PDP），对每40个CIR快照进行平均。

列车穿越发射“基站”过程中，PDP也发生变化，直射径作为主径，随着列车靠近发射机，其传播时延逐渐减小，而功率则明显增大，在10.75s处达到最大值。此后，随着列车远离发射机，主径传播时延增大，而接收功率又逐渐减弱。在主径变化过程中，有一条较明显的反射径，周期性地靠近和远离主径，变化周期约为0.89s，对应距离为50m。这些周期性靠近和远离主径的反射径在整个信道多径变化过程中形成了规律的小“毛刺”。这些小“毛刺”是由高架桥两侧均匀分布的接触网电杆形成的反射区域造成的。在WINNERⅡ模型中，同样提到在规律位置的规律建筑会对信号传播造成影响，但在实际建模中并没有考虑这个因素。我们将这些周期性变化的反射径称为“理论模型数据”，由这些数据建立“理论模型”，将除规律性变化的反射径之外的其他多径称为“统计模型数据”，由统计模型数据建立“统计模型”。

对于宽带信道测量，尤其在MIMO信道测量中，信号经过某一组散射体到达接收机时，其延迟、到达角和离开角等参数具有相似特性，这些具有相似特性的一组多径分量构成一簇。簇间特性能够体现信道变化的整体特性，而簇内特性体现每一簇内的信道细微变化。传统的，从真实测量数据中提取出多径信道模型，一般建模为统计模型，例如WINNERⅡ模型和IMT-A模型等，这种建模方法的缺点去忽略了信道传播中的规律性变化。另一方面，在现有的参考文献中，关于高铁场景下的理论信道模型，缺乏实际测量数据的验证。

以上提到的各种现实因素促使我们需要研究一种新的混合分簇建模方法，该方法可以高铁高架桥场景下信道中的周期性变化反射径进行理论建模，而对其他无周期性变化特性的多径进行统计建模。

发明内容

为解决以上现有技术的不足，在高铁高架桥场景下，针对列车移动过程中的地面基站与列车通信时信道，基于实际信道测量数据，本发明提出一种高铁高架桥场景下基于簇延迟线的分区混合信道建模方法。

本发明的技术方案为：

高铁高架桥场景下基于簇延迟线的分区混合信道建模方法，所述方法包括以下步骤：