调制信道模型在高速铁路车地间多跳协作通信技术中的应用

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：建立高铁无线通信系统混合信道模型，从大尺度衰落和小尺度衰落两个方面入手。大尺度衰落包含有路径损耗和阴影衰落，其中阴影衰落需要考虑空间相关性对其影响，而路径损耗只与距离和所采取的路径损耗模型有关。需要注意的是，在检测RAU及其天线时，由于是索引信息，只与欧式距离有关，可以忽略滤波器与多普勒对其的影响，这在后文抗干扰的方案中有同样的处理。

建立高铁无线通信系统混合信道模型，从大尺度衰落和小尺度衰落两个方面入手。大尺度衰落包含有路径损耗和阴影衰落，其中阴影衰落需要考虑空间相关性对其影响，而路径损耗只与距离和所采取的路径损耗模型有关。可以将大尺度衰落建模为期望成路径损耗、方差为相关阴影衰落，而小尺度则可以用空时相关的莱斯信道模型进行建模，具体建模如下：基于球面电磁波传播模型[166]，在已知车载接收机的接收功率情况下，可以得到处于l位置列车的传输功率为

其中，Er是列车车载移动中继接收机的接收功率；dv是RAU与高铁轨道的垂直距离；fc为载波频率；c表示光速。

根据高铁所在位置l的不同，将高铁的信道模型表示为

其中，是小尺度衰落信道矩阵；S（l）=diag（S1（l），…SN（l）），代表的是大尺度衰落矩阵，N代表的是分布式空间调制系统的RAU的个数，如果对应于集中式的空间调制系统，N=1，并且S（l）矩阵中的元素服从均值为ψ（l）、方差为 pagenumber_ebook=66,pagenumber_book=59 的对数正态分布。为了简化起见，路径损耗系数ψ（l）可以通过发射与接收功率比表示：

另外，处在不同地理位置的传输天线仍然具有相关性，则相关阴影衰落方差因子可以表示为[99]

其中， pagenumber_ebook=67,pagenumber_book=60 （l）表示处于l位置的列车所对应的第k根天线的初始阴影衰落系数，而dt，k表示第t根天线与第k根天线之间的距离，κ表示空间相关系数。

然后，小尺度衰落矩阵GR（l）可以用空时相关的莱斯衰落表示：

其中，K是莱斯因子， pagenumber_ebook=67,pagenumber_book=60 为空间相关信道，可以用克罗内克积模型表示：

其中，τ是采样时间，fd=fcv/c为最大多普勒频移，为了方便研究，可以将时间s忽略，将采样时间τ归一化处理。

当信号来到高铁接收机的检测端，基于最大化SNR匹配滤波器的输出被采取用来解调信号，这也造成了由多普勒频移带来的SNR的损失，其在接收端接收到的SNR损失可以表示为

其中，M表示调制符号的长度；Tc=0.45×10-6s表示滤波器的采样频率，并且要满足采样频率是载波频率的两倍。同时，在信号结果滤波器之后，由最优最大似然检测器进行信号检测，其联合检测可以表示为

由于索引天线与调制符号间不相关，可以将信号检测分为单独的调制符号检测和单独的索引符号检测，而且索引天线也可以进一步分为RAU的检测和RAU内天线的检测，先根据路径损耗的不同进行RAU的检测，在检测出RAU是哪一个后再进行内部天线的检测。需要注意的是，在检测RAU及其天线时，由于是索引信息，只与欧式距离有关，可以忽略滤波器与多普勒对其的影响，这在后文抗干扰的方案中有同样的处理。

调制信道模型在高速铁路车地间多跳协作通信技术中的应用

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