矩形隧道无线传播信道建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109639378A(43)申请公布日2019.04.16(21)申请号201910088590.0(22)申请日2019.01.29(71)申请人南京信息工程大学地址211500江苏省南京市江北新区宁六路219号(72)发明人周杰陈珍(74)专利代理机构南京钟山专利代理有限公司32252代理人上官凤栖(51)Int.Cl.H04B17/391(2015.01)权利要求书6页说明书13页附图10页(54)发明名称矩形隧道无线传播信道建模方法(57)摘要本发明提出了一种矩形隧道无线传播信道建模方法，是用于隧道V2V散射环境的统计信道模型，移动发射机和接收机都配备均匀线性天线阵列。假设散射体自由分布在隧道壁上，且发射机和接收机均处于移动状态。其中，在矩形隧道散射区域内考虑了LOS和NLOS散射条件。对3D隧道几何模型进行分析，得到空时频互相关函数、时间自相关函数和频率相关函数。为证实模型的合理性和可行性，将本发明的理论参数和参考模型进行对比，结果表明模型的时间自相关函数和频率相关函数与参考信道模型相符。同时，研究了模型参数对多普勒功率谱密度和MIMO信道容量的影响。本发明通过计算矩形隧道的统计特性参数，提高了隧道V2V通信系统性能。CN109639378ACN109639378A权利要求书1/6页1.矩形隧道无线传播信道建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据矩形隧道的实际尺寸建立隧道系统的几何模型，将几何模型划分为若干个散射体，且散射体是自由分布的，利用发射机、接收机和散射体的位置获得传播路线，在发射机和接收机上配置均匀线性天线阵列，利用矩形隧道中发射机、接收机和散射体的几何关系，得到隧道模型的漫反射分量和视距分量，将两个分量相加得到该模型的时变传递函数；步骤二、通过隧道散射场景中的几何关系以及三角恒等式，利用散射体的位置表示出天线的仰角和方位角；步骤三、结合时变传递函数以及仰角和方位角计算出隧道模型的统计特性；步骤四、基于漫反射分量和视距分量的传输矩阵，得到隧道模型的信道容量。2.如权利要求1所述的矩形隧道无线传播信道建模方法，其特征在于：所述步骤一中，利用发射端和接收端任意两天线的传播路线得到传递函数Hkl(f′，t)，表示为：其中和分别是时变传递函数的漫反射分量和视距分量；均匀平面波从第l根发射天线元件发出经过散射体S(mno)到达第k根接收天线时变传递函数Hkl(f′，t)中的漫反射分量表示为：其中式中M表示x轴一侧的散射体总数，N表示y轴一侧的散射体总数，O表示z轴一侧的散射体总数，cR表示莱斯分布因子，m表示x轴一侧的第m个散射体，n表示y轴一侧的第n个散射体，o表示z轴一侧的第o个散射体，λ表示波长，表示发射端第l根天线经过散射体S(mno)到达接收端第k根天线的总距离，表示发射端受散射体S(mno)影响引起的多普勒频率，表示接收端受散射体S(mno)影响引起的多普勒频率，t表示时间，θ(mno)表示电磁波特定时刻的相位，表示传播延迟，c0表示光速，f′表示频率；2CN109639378A权利要求书2/6页表示发射端第l根天线到达散射体S(mno)的距离，表示散射体S(mno)到达接收端第k根天线的距离；xm表示散射体的横坐标，xT表示发射机天线阵列的横坐标，yn表示散射体的纵坐标，yT表示发射机天线阵列的纵坐标，zo表示散射体的竖轴坐标，zT表示发射机天线阵列的竖轴坐标，MT表示发射端配置的天线数量，δT表示发射端天线单元间距，φT表示发射端天线阵列相对于xy平面的仰角，表示发射端的垂直发射角EAOD，γT表示发射端天线阵列的倾斜角度，表示发射端的水平发射角AAOD；xR表示接收机天线阵列的横坐标，yR表示接收机天线阵列的纵坐标，zR表示接收机天线阵列的竖轴坐标，MR表示接收端配置的天线数量，δR表示接收端天线单元间距，φR表示接收端天线阵列相对于xy平面的仰角，表示接收端的垂直到达角EAOA，γR表示接收端天线阵列的倾斜角度，表示接收端的水平到达角AAOA；fTmax表示发射端最大多普勒频率，fTmax＝vT/λ，vT表示发射机行驶速度，表示发射机行驶方向与x轴的夹角；fRmax表示接收端最大多普勒频率，fRmax＝vR/λ，vR表示接收机行驶速度，表示接收机行驶方向与x轴的夹角；时变传递函数Hkl(f′，t)中的视距分量表示为：其中式中，表示视距分量的莱斯分布因子，表示发射端第l根天线接收端第k根天线的距离，表示视距路径中发射端的多普勒频率，表示视距路径中接收端的多普勒频率，表示视距路径中的传播延迟；表示视距分量的AAOD，表示视距分量的EAOD，表示视距分量的AAOA，表示视距分量的EAOA。3.如权利要求2所述的矩形隧道