基于几何街道散射场景的车载移动信道模型研究

为了研究室外视距(line of sight,LoS)和非视距(non-LoS,NLoS)传输场景中车辆与车辆(Vehicle-to-Vehicle,V2V)之间的无线通信系统,提出一种基于几何街道散射场景的统计信道模型,其发射端和接收端都处于移动状态。先假设有无穷多的散射体随机分布在街道两侧,并且在发射端和接收端都采用多天线技术,然后模型定量给出了几何街道散射场景下到发射角(angle of arrival,AOD)和到达角(angle of arrival,AOA)之间的几何关系。同时研究了信号在几何散射信道模型中的空间互相关函数、时间自相关函数(autocorrelation function,ACF)、频率互相关函数以及多普勒PSD(powe spectral density,PSD)的影响。理论分析和仿真结果表明提出的V2V通信系统的无线信道的统计特性符合理论和经验,拓展了多输入多输出宽带V2V通信系统的研究。     

基于几何街道散射场景的车载移动信道模型

为了研究室外视距(line of sight,Lo S)和非视距(non-Lo S,NLo S)传输场景中车辆与车辆(vehicle-to-vehicle,V2V)之间的无线通信系统,提出一种基于几何街道散射场景的统计信道模型,其发射端和接收端都处于移动状态。先假设有无穷多的散射体随机分布在街道两侧;并且在发射端和接收端都采用多天线技术,然后模型定量给出了几何街道散射场景下到发射角(angle of arrival,AOD)和到达角(angle of arrival,AOA)之间的几何关系。同时研究了信号在几何散射信道模型中的空间互相关函数、时间自相关函数(autocorrelation function,ACF)、频率互相关函数以及多普勒功率谱密度(power spectral density,PSD)的影响。理论分析和仿真结果表明提出的V2V通信系统的无线信道的统计特性符合理论和经验,拓展了多输入多输出宽带V2V通信系统的研究。     

隧道环境的统计物理信道特征参数提取与计算

针对隧道无线信道视距和非视距传输环境下的车对车(V2V)通信系统,提出了一种隧道空间物理信道模型,其移动发射机和移动接收机均处于移动状态,无限数量的散射体随机分布在隧道壁上.从隧道空间物理信道模型开始引入了一种随机参考模型,考虑电磁信号的单点散射传播路径,推导出三维空间域信道特征参数,即空-时-频互相关函数、二维时频互相关函数、时间自相关函数和频率相关函数.此外,根据参考模型设计出一种高效的顺式和(SOC)信道仿真模型,其时间自相关和频率相关函数都和参考模型相符合.在信道模型的基础上,分析了V2V系统中天线数量和信噪比与信道容量的关系.     

三维空间域车载阵列及其多天线系统性能

针对城市狭窄弯道非视距车载(V2V)移动通信传播环境,提出了一种三维(3D)空间域大规模多输入多输出(M-MIMO)天线阵列模型,此模型用三维空间假设代替传统的二维(2D)平面阵列假设,将天线模型应用于弯道车载信道模型中,推导了波达信号到达角和发射角的概率密度函数闭合表达式;研究了3D空间阵列自相关特性和天线阵列参数及散射体分布对多天线系统性能的影响.仿真结果与一些经典模型数据及测量信道相符合,表明了该模型应用的可行性;可用于描述弯曲道路V2V通信场景的信道特征,为未来进一步分析和讨论MIMO多径信道或5G M-MIMO信道特征提供了良好的理论参考.     

V2V三维宽带信道建模与统计特性分析

针对5G车对车(vehicle to vehicle,V2V)无线通信系统，基于几何随机建模方法，提出一种改进的三维宽带多输入多输出(multiple-input and multiple-outpit,MIMO)信道模型。引入多共焦半椭球体模型用于研究不同传播延迟下的V2V信道统计特性，结合时变的路径长度、信号角度和莱斯因子表征V2V信道的非平稳特性。推导了空-时相关函数、多普勒功率谱密度等关键信道统计特性的数学表达式。分析了城市和高速场景下信道相关特性的差别，并研究了车流密度、运动方向、天线角度、传播延迟等因素对信道统计特性的影响。结果表明，城市场景下的时间相关性和空间相关性明显低于高速场景;不同传播延迟下的V2V信道统计特性有明显差异;信道相关性同天线阵列角度、收发车运动方向和时间变化密切相关。模型仿真结果为车载通信提供了一些有价值的结论，可以作为未来V2V通信系统设计、优化和评估的有效指导。仿真结果与实测数据较好地吻合，证明模型能正确表征V2V无线信道的相关特性。     

对流层散射信道下MIMO-OFDM系统性能分析

针对对流层散射信道下的通信存在信号微弱和多变的问题,采用MIMO-OFDM技术能够有效解决。论文分析了对流层散射信道的突出特性,建立了散射信道模型;在MIMO-OFDM系统模型基础上,结合实际进行了参数选取,搭建了散射信道下MIMO-OFDM系统实验平台;在验证散射信道下MIMO-OFDM系统性能的基础上,对不同传输速率和不同调制方式在同一散射信道下的系统性能进行了仿真分析。仿真结果表明,MIMO-OFDM在高速率信号传输情况下带来的信道容量的提升是明显的,在满足系统BER要求前提下,能够实现高速率散射通信;在高速率传输时,64QAM调制更加有利于降低散射通信中的BER,而BPSK、QPSK和16QAM调制方式差别不大。该仿真为散射通信设备中多速率多体制调制解调器设计与优化提供了思路,为实现大容量高可靠度散射通信提供了方向指导。     

多输入多输出系统发射天线选择对系统信道容量的影响

针对多输入多输出(MIMO)系统信道矩阵秩亏引起信道容量下降的问题,基于信道容量上限提出了一种发射天线选择方法.该方法利用信道矩阵与发射空间相关矩阵秩相同的特点,重新构建了蕴含模型物理参数的信道模型.在对空间相关矩阵QR分解的基础上,采用随机矩阵理论推导了迫零接收机信噪比的概率密度函数,从而得到了MIMO系统信道容量的上限.该方法不需要已知信道的瞬时状态信息,只取决于衰落的空间相关,计算的复杂度较低,易于实现.仿真结果表明:在低散射环境中,适当地选择发射天线可以使系统的信道容量增加约1 b/s;当接收信噪比大于6.5 dB时,发射端采用均匀圆阵系统的性能要优于采用均匀线阵系统的性能.     

Rayleigh信道空间相关及其对空时码性能的影响

为了研究空间相关对空时编码性能的影响,假设散射量沿波达角的功率分布服从von Mises分布,推导出了Rayleigh衰落信道多径接收信号的角度扩展. 引入近似的高斯函数型阵列空间互相关系数,构造接收等距线阵的空间相关矩阵,并证明该矩阵是正定和满秩的,其行列式取值介于0～1之间. 分析表明:若空时码字的差异矩阵满秩且仅在接收端存在空间相关,只会造成空时编码传输在编码增益上的损失,而不会造成分集增益上的损失;Rayleigh空间衰落相关信道中的最优空时编码设计准则与Rayleigh空间衰落独立信道中的相同.     

基于三维空间域的宏小区移动通信正向链路信道参数估计

针对均匀分布的三维(3D)散射簇移动通信环境,提出了3D空间域的统计信道模型;在指向性天线覆盖下的宏小区通信环境中,用该模型来估计多径衰落信道的重要空时信道参数,推导了多径衰落信道正向信道链路的到达角与到达时延的概率密度函数、由移动台(MS)移动产生的多普勒频移(DS),分析了空间信道参数及其定向天线主瓣宽度对信道模型的影响.假设MS端散射体分布为高斯分布和指数分布时,该模型更适于描述特殊的移动通信环境.数值仿真结果表明,该模型的信道参数估计符合理论及实际的通信环境,弥补了现有三维散射簇统计信道模型的局限性.     

日盲区紫外光非视线传输模型

为建立一个更接近实际情况的紫外光非视线传输模型,用来处理复杂的大气条件和边界条件,建立了基于Monte Carlo方法的紫外光非视线传输快速算法模型。分析了发射功率为1 W的单色紫外光信号在不同环境条件下的脉冲响应函数和边界条件对信号强度空间分布的影响,以及系统发射仰角和接收仰角与探测信号强度的关系。与单次散射模型比较,该模型具有更高的精度和边界处理能力。对合理涉及通信系统、提高通信质量都有很大提高。     

宏蜂窝环境下3D非对称几何信道模型研究

宏蜂窝环境下提出3D非对称几何信道模型.移动台MS位于3D散射区域半椭球的中心,基站BS采用方向性天线,辐射到椭球左右两部分的波束宽度不相等,导致MS端的空间特性是非对称的.该模型利用空间几何关系,分别推导出BS端和MS端到达角、到达时间的概率密度函数、累积分布函数的闭环表达式.通过Matlab仿真,绘制出信道参数统计图形,扩展了信道模型的研究渠道和应用.     

浅海声信道特性研究

研究了浅海声信道特性.水声信道特性直接影响水下目标探测、定位、跟踪和水声通信的性能,通过仿真研究分析了信道频率特性呈梳状结构及信道多途扩展特性,并分析了收、发节点的布放位置对声信道特性的影响.以信道的互相关函数描述不同时刻信道之间的相关性,通过湖试数据分析了信道的时变特性.     

一种基于电磁散射理论的多天线无线信道模型

技术被认为是现代通信技术中的重大突破之一，越来越成为宽带无线接入、3G等无线通信领域的研究热点。研究了现有应用环境下MIMO无线通信系统的信道建模理论与方法，提出了一个基于电磁散射理论的多天线无线信道模型，对其性能进行了计算机仿真，并与相关文献结果进行了比较分析。     

LTE-M在地铁隧道中的非稳态MIMO信道的几何建模

轨道交通中基于通信的列车控制(communication based train control, CBTC)系统采用多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)信道的LTE-M(long term evolution-metro)技术以确保可靠的车地通信,因此需要研究地铁隧道环境下MIMO信道的统计特性.针对隧道内2×2 MIMO信道在列车移动特别是列车经过基站的过程中呈现的非稳态特性,建立了隧道环境下基于几何的单反射(geometrically based single bounce,GBSB)时变MIMO信道模型.推导了复信道增益以及时变统计特性,包括信道时变自相关函数(autocorrelation function, ACF)、信道时变功率谱密度(power spectral density, PSD)、信道时变互相关函数(cross correlation function, CCF)等.分析了列车运行速度、天线间距等参数对信道相关性的影响.结果表明,信道时变自相关性随列车运行速度增加而降低.当天线间隔增大,信道互相关性呈现波动性下降.仿真结果与实测结果相一致,验证了所提出模型的有效性.     

几何随机分布模型的高速铁路山地信道建模

目前,高速铁路(简称高铁)山地地形的无线信道模型构建主要基于部分测量数据,缺乏一定的普适性.针对该缺陷,以山地场景的多输入多输出信道为研究对象,提出一种基于几何随机分布模型(geometry-based stochastic model,GBSM)的3D建模方法.考虑了散射体对无线信号的反射和散射作用,利用基站与移动台为焦点的椭圆柱面和以移动台为球心的球面分别模拟远端散射体和近端散射体,构建3D信道模型;利用冯·米塞斯(VMF)分布模型表征散射体的有效分布,分析散射体的方位角和仰角对信道统计特性的影响,推导出3D信道模型的空时相关函数(space-time correlation function,STCF),空间互相关函数(cross correlation function,CCF)和时间自相关函数(auto correlation function,ACF)的数学表达式.仿真结果表明,基于GBSM的3D模型具有较低的空间CCF和时间ACF值,能更真实地表征高铁山地地形下无线电波的空间多样性,山地地形信道建模的普适性问题得到了有效解决.     

WSSUS时变多径信道的统计特性与仿真

广义平稳非相关散射WSSUS(Wide—Sense Stationary—Uncorrelated Scattering)信道模型是移动通信中时变多径信道的常用模型，其二阶统计特性可由散射函数Ps(υ，τ)完全确定。证明了WSSUS信道概率密度函数与散射函数之间的正比关系，并用蒙特卡洛(Monte Carlo)仿真法对典型城市地区和恶劣城市地区两种信道进行了仿真，结果表明，WSSUS信道模型与实际信道情况非常吻合。     

采用发射窄波束的短波通信信道特性研究

提出在短波通信中利用发射端窄波束, 在空间上将能量集中于主路径且抑制其他路径来改善多径信道环境;并基于一种时变双层平谷电子密度模式对窄波束信道特性进行了理论分析。以中纬度地区的中距离通信为例, 计算了不同时刻使用不同发射天线数时的信道参数, 并计算了特定窄波束的服务区间范围。理论分析和计算结果均表明:在短波通信中使用发射窄波束, 主路径相对其他路径的功率比值增益以及信道相干带宽都会显著提高。     

基于ITS模型的短波宽带移动信道建模与仿真

短波宽带移动信道模型是远程机动平台移动通信系统性能分析评估的基础,现有短波宽带信道模型不能有效表征机动平台移动信道快时变多普勒效应,难以适应机动平台短波移动通信需要。鉴于此,在分析机动平台行为模式与信道时变多普勒效应的映射关系基础上,推导出了机动平台移动信道冲激响应表达式,基于ITS(international telecommunication society)模型提出了一种适用于固定与机动不同场景、不同传播模式、宽窄带融合的短波通信信道模型。利用信道冲激响应与信道散射函数从时域色散、频域色散两个维度对本文信道模型的有效性进行了验证。结果表明,该信道模型能够基于机动平台运动轨迹实现时变多普勒效应传播复现与信道模拟;也能在运动轨迹未知情况下,基于飞行器种类、机动频率等先验信息,实现具有各态历经性的机动平台短波宽带信道仿真,对机动平台短波移动通信系统效能评估有重要意义。     

卫星移动通信Suzuki-Corazza混合信道模型仿真研究

结合Suzuki和Corazza模型,提出了一种新的Suzuki-Corazza混合模型.深入研究了阴影衰落信道模型,直射路径分量和多径散射分量分别受2个相互独立的Lognormal分布随机过程的影响.给出了混合模型的仿真实现框图、功率谱密度函数、自相关函数、概率密度函数(PDF)的详细推导过程、概率密度函数和累积分布函数(CDF)的理论仿真比较图.仿真结果与分析结果吻合得非常好.     

基于截获因子的直序扩频水声通信隐蔽性能分析

研究了对数正态衰落水声信道条件下直接序列扩频通信的隐蔽性能.首先建立水声隐蔽通信系统模型,提出了基于可检测距离的截获因子作为衡量水声通信系统隐蔽性的方法.理论研究了直接序列扩频信号经过对数正态衰落水声信道传输后,截获接收机能量检测工作特性以及通信接收机同步相关检测特性和扩频通信误码性能.仿真分析了不同的信道衰减参数及信号参数、调制方式等对水声通信系统隐蔽性能的影响.仿真结果表明:在对数正态衰落水声信道条件下,直序扩频通信具有低截获通信能力;在一定条件下,降低发射载波频率、增大信号时间带宽积、降低调制阶数和通信速率将有利于提升水声通信隐蔽性;浅海信道比深海信道更利于隐蔽通信,近程水声通信比中远程通信更容易实现隐蔽.