M2M MIMO寬帶無線信道模型和特性研究.pdf

1、無線移動端到移動端(Mobile-to-Mobile，M2M)信道建模是第四代和第五代通信系統(tǒng)協(xié)同通信中的關(guān)鍵技術(shù)，信道模型在評估物理層傳輸技術(shù)中必不可少，是通信系統(tǒng)鏈路和系統(tǒng)仿真及設(shè)計的基礎(chǔ)。M2M通信在移動自組織網(wǎng)絡(luò)，基于移動中繼的蜂窩網(wǎng)絡(luò)和智能交通系統(tǒng)中起著重要作用。在發(fā)射端(Transmitter，Tx)和接收端(Receiver，Rx)采用多個天線的多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，M

2、IMO)技術(shù)可以大大地提高鏈路可靠性和整體系統(tǒng)容量。在M2M通信系統(tǒng)中，收發(fā)兩端均置于環(huán)境中、等高且都處在運動中。這與只有一個終端移動的傳統(tǒng)的固定端到移動端(Fixed-to-Mobile，F(xiàn)2M)的蜂窩系統(tǒng)不同。而且現(xiàn)有M2M通信的研究大多是關(guān)于窄帶信道特性，對于寬帶信道的研究非常匱乏。因此，本文致力于M2M通信系統(tǒng)的MIMO寬帶信道的建模和仿真，所提出的信道建模和信道實現(xiàn)方法對于無線M2M MIMO寬帶通信系統(tǒng)的設(shè)計、鏈路與系統(tǒng)級仿

3、真和傳輸新技術(shù)性能評估等具有重要意義。
　　鑒于基于幾何的隨機(jī)建模方法便于理論分析和數(shù)學(xué)處理，本文根據(jù)電波傳播理論建立了基于空間幾何基礎(chǔ)上的統(tǒng)一坐標(biāo)下的隨機(jī)模型，該模型與陣列Ⅱ向應(yīng)、時延、多普勒頻移、離開角(Angle-of-Departure，AoD)和到達(dá)角(Angle-of-Arrival，AoA)等信道參數(shù)有關(guān)。結(jié)合已建立的空間幾何模型和在不同環(huán)境下的信道參數(shù)，實現(xiàn)信道仿真，以此來研究信道參數(shù)的統(tǒng)計規(guī)律及其信道的傳播特性，

4、并將仿真結(jié)果與現(xiàn)有的理論結(jié)果和實驗結(jié)果進(jìn)行對比來修正和完善信道模型。本文的主要工作和創(chuàng)新點如下:
　　(1)建立了用于M2M MIMO寬帶信道的雙環(huán)幾何隨機(jī)散射模型，并將載頻帶寬引入信道模型中，構(gòu)建了信道矩陣。基于實現(xiàn)的信道，進(jìn)一步研究了M2M MIMO寬帶信道在大尺度參數(shù)不同條件下的特性和參數(shù)，如功率延遲分布(Power-Delay-Profile，PDP)、均方根(root mean square，rms)時延擴(kuò)展等。

5、　　(2)在雙環(huán)幾何模型的基礎(chǔ)上，提出了用于M2M MIMO寬帶信道比其它二維(Two-Dimensional，2D)幾何散射模型更加通用的多環(huán)和多橢圓結(jié)合的幾何模型，并且使用了2D MIMO交叉極化天線?；谔岢龅男诺滥Ｐ秃蛯崿F(xiàn)信道，進(jìn)一步比較分析了載頻分別為2和5 GHz，帶寬為100MHz時視距(Line-of-Sight，LOS)和非視距(Non-Line-of-Sight，NLOS)場景下的寬帶信道特性和參數(shù)。
　　(3

6、)提出了一種用于車到車(Vehicle-to-Vehicle，V2V) MIMO寬帶信道的幾何動態(tài)街道散射模型。假設(shè)街道兩邊的靜態(tài)散射體分布在時變的橢圓上，移動散射體分布在時變路段上，并且靜態(tài)散射體和移動散射體的個數(shù)也是隨環(huán)境變化的。對相對低速和高速的移動散射體進(jìn)行了分析研究，并與只有固定散射體的情形進(jìn)行了對比。
　　(4)將基于三維(Three-Dimensional，3D)雙柱體的窄帶隨機(jī)散射模型擴(kuò)展到寬帶并將載頻帶寬引入到該

7、3D模型中?；诘玫降腗2M MIMO寬帶信道模型和實現(xiàn)的信道分析研究了該模型的信道特性并與2D雙環(huán)模型進(jìn)行了對比。
　　(5)提出了一個適用于M2M MIMO寬帶信道的基于雙柱體和多圓環(huán)結(jié)合的幾何隨機(jī)散射信道模型，3D雙柱體用來模擬固定散射體，2D多圓環(huán)用來模擬移動散射體，模型中使用了更為普遍的3D MIMO交叉極化天線。由于V2V傳播信道的非穩(wěn)定性，根據(jù)提出的幾何模型和實現(xiàn)的信道進(jìn)一步研究了其時變信道特性和參數(shù)。
　　(

8、6)建立了用于V2V MIMO寬帶非視距中繼系統(tǒng)的三柱體隨機(jī)散射模型。發(fā)射信號在從源移動臺到目的移動臺過程中經(jīng)由移動中繼放大和轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify-and-Forward，AF)。本文首次分析了基于中繼的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的M2M寬帶信道特性和信號幅度分布規(guī)律。
　　(7)提出了移動散射體存在的2D和3D V2V無線傳播信道模型，考慮了經(jīng)由移動散射體碰撞產(chǎn)生的一次散射發(fā)射(Single-Bounce Transmit，SBT)、一次散射接收