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文档分类:通信/电子

基于改进Jakes模型高速铁路LTE系统信道建模.doc


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基于改进Jakes模型高速铁路LTE系统信道建模.doc
文档介绍:
基于改进Jakes模型高速铁路LTE系统信道建模.doc基于改进Jakes模型高速铁路LTE系统信道
建模
【摘要】随着LTE技术的日臻完善,其在高铁环境下的 信道建模分析也日益重要。文章针对时速超过300km/h情况 下的高铁无线信道建模进行了分析与研究,对理想模型和 Jakes模型进行改进,使其更加符合高速运动的情况。仿真 结果表明所建立的模型为一个平稳随机过程,且信号包络服 从瑞利均匀分布。
【关键词】高速铁路LTE系统 信道建模
1引言
移动通信发展至今,经历了三代:第一代模拟通信系统, 第二代数字通信系统,第三代宽带数字通信系统。第三代移 动通信系统的数据传输速率有了大幅提升,但是仍然无法满 足现代生活对高速率多媒体通信的需求,为此3GPP在2004 年制定了长期演进计划LTE (Long Term Evolution),以提 供更高的带宽,更低的时延,更可靠的通信质量[1-3] o
近些年来,高铁发展迅速,最高时速都超过了 300km/ho 由于高铁的LTE无线传播环境类似于农村场景,反射体较少, 直射路径为多,多普勒频率扩散不严重,但是多普勒频率偏 移很严重。当中心频点为2. 6GHz,运动速度达到350km/h时, 多普勒频偏将达到840Hz,对信道传输产生显著影响[4-5] o
高速铁路通常建设在郊区或农村空旷地带,车外的传播环境 大多是典型的乡村信道场景。在终端和基站之间存在较强的 视距,多径的影响不大,且为大信噪比环境,多普勒频偏的 影响较为突出。
基于此,本文通过分析常用的Jakes信道仿真模型,通 过对理想模型与Jakes模型的对比得出Jakes信道模型在 LTE系统高铁运行应用上的缺点与不足,并根据这些缺点对 Jakes模型进行一定程度的改进,从而使Jakes模型可以更 加清晰准确地反映不同情况下高速铁路LTE系统信道的各种 特性。
2高铁环境下的LTE的信道特性
2. 1理想情况下的参考模型
当前的移动通信传输系统,主要被分为马尔科夫和散射 两类信道模型。在一般的非高速运动情况下LTE系统信道建 模分析中可以知道,在接收机中接收到的信号,是由很多个 经历了不同路径环境的传播后到达的信号平面波之间相互 叠加产生的波,这个接收到的信号可以表示为:
(1)
(2)
上式中,an表示第条路径到达角,Cn表示第n条路径 衰减,E0表示电场余弦波幅度,©n表示经过路径n后附加
的相移,sm表示最大多普勒频移,sc表示载波频率[6]。 其中信号经过了不同路径,由于不同路径里面各种因素的不 同,各个信号产生的附加相移©n是互不相同的,这些相移 可以用均匀的随机分布来表示。式中最大多普勒频移为:
(3)
因此,这些平坦衰落的信号都是随机信号R (t),可以
用变量组(Cn, an, dn),来进行表示。研究可知,这些
变量之间都是相互独立互不干扰的。为了方便比较,将函数
归一化之后得到:
(4)
式中
(5)
(6)
参考模型之所以可以称之为理想的条件,主要是因为它 里面的参数都是均匀随机分布。例如入射的角度以及入射的 能量等参数可以表不为:
(7)
(8)
(9)
(10)
计算可得:
(11)
从上面各式可知,这个模型R (t)属于一种'‘随机仿真 器”。为了验证参考模型能否反映出真实信道的重要特性, 本文必须对它的统计特性进行研究。
包络概率分布函数
当接收信号满足式(7) — (10)的条件时,它的包络 函数可以表示为:
(rq) qdq (12)
图1绘出了当路径数N为6、8、34时的包络分布。根 据图形所示的分布趋势,当N=34时这个分布相似于瑞利分 布,根据瑞利分布的特性可以知道,在径数增加的情况下, 它的分布将无限地接近瑞利分布,从图中还可以看到这个包 络的形状与时间没有关系,因此还可以得出这是一个广义平 稳的过程。
相位分布函数
接收信号相位的密度函数表示如下:
(13)
自相关函数
接收信号自相关函数表示如下:
RRR (14)
从式(14)可知自相关函数只与时间差tl-t2有关,因 此这个衰落信号R (t)符合广义平稳随机的过程。当N为偶 数的时候式(14)可以化简为:
RRR (15)
从图2中,可以看到其自相关函数的特性:随着N的增 大,自相关函数趋近Bessel函数。特别是当N=50时,自相 关函数与贝塞尔函数完全吻合。
互相关函数
计算同相分量的Xc (t)和正交分量的Xs (t)之间的 互相关性:
(16)
2.2 Jakes原始模型
通过对上面模型的分析,可以看出在这个理想的参考模 型中,无论是相位分布还是自相关与互相关性,都与传统的 Clarke信道模型[2]如
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  • 上传人蓝天
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  • 时间2021-07-12