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用高速铁路信道模型评估LTE-R
LTE-R(铁路专用宽带移动通信系统)大体上被认为是高速铁路的下一代无线通信系统。本文的主要目的是在现实条件下使用一个混合的高速铁路信道模型包括WINNER II信道模型对LTE—R的性质进行评估,在欧洲WINNER II信道模型是使用WPI信道模型工作包的测量值被精炼和验证的。在中国在3GPP和大尺度模型下的高速列车信道模型是基于一组对郑—西客运专线的测量。本文对高速铁路信道中LTE-R适当尺寸的BER和PSD提出了一个详细的评估。这个调查包括对由发射器和接收器速度引起的多普勒频移的分析,由无线电服务覆盖区域内地形引起的反射和衍射造成的多径效应,和其他的一些严重的损害因素。结果表明LTE—R有潜力用在高速铁路的环境下。
关键词:高速铁路; LTE-R; MIMO; OFDM

近年来,为了满足高速铁路新的宽带移动通信系统日益增加的需求,铁路的长期演进被提出,它是基于LTE(长期演进)和SAE(系统架构演进)标准。自从主要的LTE-R的物理层关键技术涉及到了LTE,OFDM和MIMO就是新系统的核心。
正交频分复用(OFDM)提出了一个极具吸引力的解决方案来面对下一代无线通信系统。在OFDM中传输带宽被分成了许多窄的子信道,它们在衰落信道中并行传输,并且通过对每块数据添加保护间隔,符号间干扰几乎可以完全避免,因此在高速数据传输中OFDM被认为是一种有效的技术,很显然,适当的保护间隔的尺寸是很关键的,因为它决定是否LTE-R系统能够消除符号间干扰同时也是一个具有高频谱效率的系统。因此,在高速铁路下确定OFDM参数是必要的。在各种信道中许多关于OFDM性能和参数配置的研究工作已被做成了报告。然而在现实的高速铁路下没有人写评估和参数设置的论文。特别是在列车速度高达500km/小时情况下。
对于另一个焦点MIMO,以往的研究专注在一个相对较短距离上的,介于发送器和接收器之间的MIMO的性能,这一点是相当不同于高速铁路的情况。因此,在一个真实的高速铁路列车尺寸下在LTE-R中MIMO的性能是需要重新评估的。
在本文中,LTE-R的性能被准确的评估了在混合的现实的高速铁路信道模型下,由WINNER II信道模型组成的模型提供的多径衰落适合于欧洲的高速铁路。对于中国高速铁路3GPP下的高速铁路信道模型提供的多普勒频移曲线和大尺度模型是基于一组郑——西客运专线提供的路径损耗情况的测量值。同时,本文也对一个适合高速铁路情况下的LTE-R尺寸的BER和PSD作出了详细的评估。

为了研究LTE-R的性能,一个现实的高速铁路传输的多径传播信道被表征是必要的。D2a场景下的WINNER II信道模型被认作是以路径的数量,最大的延迟时间,每条路径的衰落,每条路径的AOA(到达角度)和AOD(离开角度)为特征的典型的高速铁路多径衰落信道。例如,表1中所展示的。
传播情况D2(农村移动网络)代表在AP(接入点(BS))和UE(用户设备(MS))正在移动环境下无线电的传播,可能在农村地区以非常高的速度移动。与火车的连接是通过使用布置在托架上面的移动中继站,如图1所示,D2a指的是接入点与中继站连接的子场景。在WINNER II信道模型的D2a场景下,时变信道脉冲响应在Eq. (1)中给出:
h(,)