高速铁路复杂环境下的移动通信信道模型与仿真(2)
2.3.1 Clarke模型 8
2.3.2 Jakes 模型 8
2.3.3 改进与完善 9
2.4 本章小结 11
3 高铁环境下的移动信道的仿真 12
3.1 Rician 衰落 12
3.2 Rayleigh 衰落 13
3.3 多普勒频移下的 Rayleigh 衰落 15
3.4 多径衰落信道 17
3.4.1 多径衰落的参考模型 17
3.4.2 仿真程序与图像 18
3.5仿真中的问题 20
3.6仿真分析 21
4 结论与展望 22
4.1 总结 22
4.2 展望 22
致谢 23
参考文献 24
1 绪论
1.1 论文研究背景和意义
从上世纪60年代到今天,我国高速铁路技术取得巨大的突破，极大的推动了高速铁路的建设。根据相关统计数据，“截止到2002年的时候,整个世界的高速铁路运行速度超过200km/h以上的线路约为5000km；2010年底,欧洲高铁已增加到6000km；2020年规模将达到10000km，高速铁路的发展引领着世界铁路的发展趋势；为了跟上世界高铁的发展,促进国民经济的逐渐好转,我国在“十一五”规划中，规划建立 “四纵四横”铁路快速客运通道,在2014年，我国高铁速度350km/h以上的高铁里程达到28000km,最高时速可达380km/h”[1]。随着高速铁路速度的提升，人们的出行也越来越方便。人们不仅期待更短暂的车程时间,并且希望在旅途中享受到更为优质的移动通信服务。
对移动信道特点的理解，是在较为稀缺的频谱资源上尽可能高质量、大容量传输的基础；然后根据移动信道的传播特性，采取一些针对性的措施来抵制干扰和衰落所带来的影响,以达到高质量和高容量的传输需要。因此，移动通信系统设计的关键在于信道模型的建立,而建立不同的信道模型决定于移动信道特性的不同。查阅过往的研究，可以发现信道模型多数是在低速或静止状态下所建立的；少数建立在高速状态的的模型也并不能满足复杂的环境的要求。在复杂环境下，由于技术问题，在信道参数的测量上也存在较大的问题。由于高速场景所带来的信道特性的变化，建立模型显得较为困难。但在以往的研究设计中，相关人员还是建立了比如WINNER II模型之类的模型，并且确实可以较为准确的描述移动信道的特点，便于专业人员的研究；然而，WINNER II模型的上层协议的设计很是复杂，而且性能分析也很困难。故此,一个便于分析计算且尽可能准确的无线移动信道模型才是我们所需要的,这是对通信系统进行评价和分析的极其重要的一面。
根据相关移动高速场景的相关资料，研究高速铁路的移动通信，总结相关特性如下：
(1)由于高速铁路车程时间长、距离远，途经过很多复杂的地貌环境,比如说山道、斜坡、沟壑等等,这时就会造成较大的路径损耗。在如此复杂的传输环境下,无线信号微弱,难以满足乘客的通信要求。
(2)在电磁波从发射端到接收端的过程中,遇到各种各样的障碍物,会产生各种各样的反射、折射、绕射等,就会造成多径传播。
(3)在高速铁路高速长途的行驶中，无线移动信道复杂多变，加剧了多普勒频移的变大。在传输过程中，快衰落带来接收端的移动信道信号质量的恶化,BER大大增加。
1.2 高速铁路信道模型的研究进展
随着高速铁路的发展，便捷的交通虽然给人们带来了出行的方便，但是在高速铁路上的无线移动通信方面依然存在着许多实际上的问题。比如路径损耗、小区切换、信号衰落等问题。近年来，高速场景下的移动通讯相关方面的问题引起广大研究人员的兴趣和关注。目前在高铁信道移动信道建模方面主要存在着两个问题,即高铁信道场景的测量和高铁信道建模。