基于车载通信标准街道场景的电磁散射信道模型

针对室外无线信道视距(line of sight,LOS)/非视距(non-line of sight,NLOS)传输环境下的车到车(vehicular-to-vehicular,V2V)通信系统,本文提出了一种基于标准街道散射的统计信道模型,其移动发射机(mobile transmitter,MT)与移动接收机(mobile receiver,MR)处于运动状态,街道两旁分布的散射体固定.由几何模型出发又引入了一种随机的参考信道模型,其散射体有无穷多个,均以平行于街道两侧的散射条纹形式均匀分布在三维(three dimensional,3D)空间的一个二维(two dimensional,2D)矩形内部.在室外街道通信环境下,模型推导了散射信道中发射角(angle of departure,AOD)以及到达角(angle of arrival,AOA)的概率密度函数(probability density functions,PDFs)解析式;研究了多普勒功率谱密度(power spectral density,PSD)及其时间自相关函数(autocorrelation function,ACF);分析了模型多普勒参数以及街道散射体等因素对V2V通信系统性能的影响.与城市、农村的测量信道对比分析,表明本模型仿真的统计特性符合理论与实际,拓宽了室外V2V无线通信信道建模的研究.为评估室外V2V通信系统的传输特性、仿真无线通信系统提供了有力的研究工具.     

基于三维空间域移动通信统计信道的多普勒效应

针对散射体均匀分布以及三维空间域(3 dimension,3D)移动通信环境,提出了3D空间统计信道模型.对在指向性天线覆盖下的室内微小区移动通信环境,模型能够估计多径衰落信道的重要空时信道参数,如波达信号在水平面以及垂直面的信号到达角度(angle of arrival,AOA)以及多普勒效应(Doppler spectra,DS)等.移动台(mobile station,MS)的移动特性会使接收信号产生多普勒效应,根据运动的相对性理论,基站(base station,BS)也会有相对运动,因此也会有多普勒效应产生.本文引入控制变量法导出三维空间域在MS以及BS端的多普勒效应,数值仿真结果与室外3D多径衰落信道对比表明,本模型的信道参数估计结果符合理论和经验,扩展了3D空间统计信道模型的研究和应用.     

基于改进的统计信道模型与多天线系统性能分析

为提高电磁信号的到达角度以及多普勒效应等信道参数估计的准确性,在散射体非均匀分布下引入了散射概率和有效散射体两个物理概念,提出一种合理的改进型空间信道模型,该模型能准确地描述宏小区(macrocell)和微小区(microcell)等各种移动通信环境下的重要空时信道参数,并应用于多入多出系统(multiple input multiple output,MIMO)信道性能仿真中.数值仿真结果与早期多径衰落信道模型对比,表明本模型的信道参数估计结果符合理论和经验,拓展了空间统计信道模型的研究和应用,对评估多天线MIMO系统空时处理算法和仿真无线通信系统提供有力的工具.     

漏斗状几何信道模型及其角度参数分析

针对移动台(MS)处散射体分布发生突变的室外宏小区移动通信环境,在三维空间域中建立和分析漏斗状空间信道模型.将基站(BS)和移动台看作分布在一条直线上的两点,分别以其为坐标原点建立笛卡尔坐标系.考虑移动台处散射体分布空间不同大小的情况下,着重推导波达信号角度参数的概率密度和环阵列(UCA)多入多出(MIMO)多天线阵列信道容量的表达式,阐明波达信号角度参数与信道系统容量的影响机理.分析结果与半球体信道模型的多入多出多天线阵列的环阵列相比较,结果表明漏斗状空间信道模型在多天线阵列环阵列下的信道容量对方位扩展角变化的敏感度高于半球体信道模型.     

空间稀疏角域以及多普勒域下的DOA估计

提出可在稀疏角域以及多普勒域下对天线阵列信号向量进行接收和分析的方法,讨论在多普勒频域范围内的DOA估计问题,并在有效的频带范围内提取信号冲激响应较大的值. 在稀疏DOA的恢复过程中采用的是L2,0估计算法,并在多路天线频谱感知的架构下充分利用DOA所固有的稀疏特性,对其进行稀疏恢复. 对于在测试环境中不可避免的噪声问题,分析三种不同噪声分布下的DOA估计误差问题. 仿真结果显示频域范围内的L2,0-DOA估计算法具有较低的计算复杂度和较高的准确度,并且算法对噪声不敏感,鲁棒性较高.     

无人机通信场景中非平稳双圆柱信道统计特性分析

为了在城市、山体、森林等高空存在散射体的地区实现无线通信覆盖,帮助实现救援以及灾后公共基础设施的抢救与恢复,针对无人机空间域和时间域非平稳特性,提出一种无人机多输入多输出三维几何双圆柱随机模型;考虑到地面站的复杂情况,利用同心圆柱模拟散射体的分布,将接收到的信号进一步分为视线分量、无人机端的单反弹分量,以及地面站的单反弹射线与双反弹分量之和;引入时变的角度和时变的速度,模拟无人机对地信道的非平稳性,从而使所提出模型适用于各种无人机通信场景;利用所提出模型对比无人机的飞行方向和天线阵列方向等相关参数对信道统计特性的影响,推导并仿真所提出模型的空间互相关函数、时间自相关函数等重要的统计特性。结果表明：无人机的天线方向、飞行方向等参数对信道统计特性和非平稳性有重要影响,所提出模型可用于无人机多输入多输出通信系统的设计;与现有其他模型对比,时间自相关函数仿真值与实际测量值的拟合程度验证了所提出模型的实用性。     

室内直达与非直达环境无线传播综合信道建模

本文主要针对室内无线传播信道直达(line of sight, LOS)与非直达(no line of sight, NLOS)环境, 引入参考模型研究其建模设计及其相关统计特性. 文中提出了一种基于几何散射模型的综合改进室内参考信道模型, 假设将无限数量的散射体均匀分布在三维空间的一个二维(two dimensional, 2D)水平面上. 本文推导了电磁波达信号到达角(angle of arrival, AOA) 概率分布函数(probability density function, PDF)、多普勒功率谱密度(power spectral Density, PSD)、 时间自相关函数(autocorrelation function, ACF)的解析表达式, 并分析其重要参数对函数的影响. 此外, 本文还通过非现实参考模型提出了一种高效的SOC(Sum of Cisoids) 信道仿真模型, 同时提出了设计SOC信道仿真模型的两种有效参数计算方法, 并比较两者的计算性能. 仿真结果表明, 信道仿真模型的统计特性与参考模型相匹配, 即室内参考模型可以通过的SOC信道仿真模型来近似, 同时信道仿真模型可以很好的应用于评估室内无线通信系统的性能, 拓宽了室内无线信道建模的研究, 同时减少实现开支.