[发明专利]基于散射特征的高铁无线信道多普勒功率谱的计算方法

说明书

本发明提供了一种基于散射特征的高铁无线信道多普勒功率谱的计算方法，包括将高铁散射场景中的无线信道按照接收信号中所含散射分量权重大小分为甚弱散射场、弱散射场、强散射场和甚强散射场；确定接收信号中直射径数和散射径数；根据不同场景计算高铁移动端的多普勒功率谱。本发明能够准确地描述高铁运行在不同的散射场景下，其在某一时刻接收信号中可分辨的直射径数和散射径数，通过对散射场景的归类与量化，将对高铁无线信道特征更加详细而准确地表征，拓展了在三维空间中对高铁统计信道模型的研究，这将有助于提高对信道参数仿真实验的准确性，为未来第五代（5G）移动通信系统的超高速无线接入及高铁组网提供有效的解决方案。

技术领域

本发明涉及无线通信信号处理领域，特别涉及一种基于散射特征的高铁无线信道多普勒功率谱的计算方法。

背景技术

近年来，我国高铁发展举世瞩目，高铁车地间的通信已成为当前的一个研究热点问题，发展满足高铁乘客宽带数据业务和面向运行安全的检测数据传输的宽带无线通信系统已成为学术界和产业界的共识，支持第五代(5G)移动通信系统的高铁宽带无线接入俨然已成为当前亟待解决的关键问题。高速移动所产生的多普勒频移和快衰落，是无线信道发生剧烈变化的主要原因之一，从而极大地影响了高铁无线通信系统的质量，尤其在高速(350～580km/h)移动条件下，信道变化愈加复杂多变，Doppler频率偏移，信道快衰落给高速率信息传输带来极大威胁，常常导致用户出现接通率下降、掉话频繁或脱网等恶劣问题。同时，无线通信领域中的信道编码、信道估计、信道均衡及信号处理等算法的设计以及其性能都在很大程度上依赖于无线信道的特性。因此，针对高铁运行的不同场景及地貌特征，建立能够准确描述多普勒频移及多径效应的无线信道模型，是构建超高速移动通信系统的重要步骤和先决条件。

研究在超高速移动条件下的无线信道特性是未来发展高铁新型多媒体通信系统的基础，高铁无线信道具有三大特点：(1)高铁运行场景丰富，历经地貌特征复杂多变；(2)高铁无线通信链路往往存在较强直射径(LOS,line of sight)，同时在不同散射场景中存在不同程度的散射分量；(3)高速移动往往会导致多普勒频移的剧烈变化，产生较大的频偏，这将会严重影响用户终端的通信质量。

然而，目前在高铁的无线信道建模过程中，散射体均匀或非均匀分布模型大都局限于室内或室外中低速移动场景，很少考虑到由于高速移动对信道参数估计的影响，同时为了简化模型而忽略了散射体自身物理属性对信道系数的影响，这也在一定程度上增大了信道建模误差，尤其针对高速移动环境下的无线信道模型基本无能为力，缺乏对该信道假设合理的物理解释。多普勒特征是高铁无线信道最重要的特征，它能够准确地描述高铁信道中多径的时变特征，对通信接收机同步、信道估计等算法设计具有重要的指导意义。因此，能否有效而准确地获悉高铁移动端的多普勒功率谱信息，对后续信道估计与均衡及其算法设计等均有至关重要的作用。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于散射特征的高铁无线信道多普勒功率谱的计算方法，该方法能够准确描述高铁无线散射信道特征，对于高铁移动端的多普勒功率谱计算更为准确，能高效的估计高铁无线散射信道的参数。

为达到上述目的，本发明采用下列技术方案：

一种基于散射特征的高铁无线信道多普勒功率谱的计算方法，包括如下步骤：

步骤101：将高铁散场景中的无线信道分为甚弱散射场、弱散射场、强散射场和甚强散射场；

步骤102：根据步骤101高铁散射场景类型，按照既定标准确定接收端信号中所含直射径数m和散射径数n；

步骤103：根据步骤102中实际场景中发射端或接收端的周围分布散射体的几何尺寸,材质及其他物理属性，依据步骤102中的散射径数n，确定各散射子信道所对应的散射系数；