[发明专利]一种高速移动下基于马尔科夫链的MIMO信道建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速移动通信的信道建模方法，特别是在高铁宽带无线通信系统下的一种高速移动下基于马尔科夫链的MIMO信道建模方法。

背景技术

随着智能终端及移动互联网业务的高速发展，用户搭乘高铁出行时，有越来越多的移动办公和网络娱乐需求，如电话会议、视频点播、互动游戏、上网等。由于高端商务客户云集，高铁通信逐步成为各运营商品牌展示、获取可观经济利润及拉升高端客户黏合度的新竞争领域。而现有的通信标准主要应用的目标是城市低速移动密集蜂窝小区场景，而没有针对高速移动场景进行专门的设计。因此，如何在高速运行、客流集中、业务容量高、部署场景复杂的高铁内提供高质量的网络覆盖，成为运营商和设备商面临的重大挑战。

不同于以往铁路覆盖，高铁覆盖不仅仅要提供良好的语音业务，而且对数据业务要求很高。高铁覆盖可提供的业务分为4类：安全监控类、媒体信息类、语音类和移动互联网类。安全监控指的是安防，通过通信网络传回实时监控高清画面，保证高铁安全运营。媒体信息和移动互联网类型指在高铁中提供实时IPTV、视频浏览、移动办公和上网等业务。但由于高铁车体损耗大且高速运行会导致严重的多普勒效应，造成高铁无线通信信道的不稳定性，使得网络质量骤降，掉话显著，上网速率低，用户体验差。而现有的蜂窝移动通信系统和全球移动通信铁路系统(Global System for Mobile Communication-Railway,GSM-R)均不能满足目前以及未来高铁用户对高速数据传输的需求。

目前，对于高速移动下的信道建模方法已有研究人员进行研究。有基于光线跟踪法的几何确定性模型(GeometryBasedDeterministicModel,GBDM)，确定性模型需要大量的实测数据，计算复杂度高。有基于几何的随机信道模型，例如单环、双环和椭圆模型，随机信道模型的信道参数也是基于实测数据来获得，计算复杂度较高。还有非几何随机模型(Non-Geometrical StochasticModel,NGSM)，例如基于高铁无线通信的有限状态马尔可夫链的NGSM，但这类模型仅仅是基于有限的信道状态，对于信道参数的描述不准确。因此，基于现有的建模方法，建模结果与实际结果误差较大。

马尔科夫链是数学中具有马尔科夫性质的离散时间随机过程。该过程中，在给定当前知识或信息的情况下，过去(即当期以前的历史状态)对于预测将来(即当前以后的未来状态)是无关的。马尔科夫链模型可以揭示系统在不同状态区间转移的内在规律，修正系统因各种随机作用而产生的波动，因此马尔科夫链模型对于波动性较大的数据序列预测效果较好。故将马尔科夫链模型用于获取高速移动下的信道参数，可以降低计算复杂，提高建模准确度。

综上，对于现在已有信道建模的方法，它们的计算方法复杂，建模结果与实际结果误差较大。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种高速移动下基于马尔科夫链的MIMO信道建模方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种高速移动下基于马尔科夫链的MIMO信道建模方法，具体建模过程如下：