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用高速铁路信道模型评价LTE-R

用高速铁路信道模型评价LTE-R用高速铁路信道模型评估LTE-RLTE-R（铁路专用宽带移动通信系统）大体上被认为是高速铁路的下一代无线通信系统。本文的主要目的是在现实条件下使用一个混合的高速铁路信道模型包括WINNERII信道模型对LTE—R的性质进行评估，在欧洲WINNERII信道模型是使用WPI信道模型工作包的测量值被精炼和验证的。在中国在3GPP和大尺度模型下的高速列车信道模型是基于一组对郑一西客运专线的测量。本文对高速铁路信道中LTE-R适当尺寸的BER和PSD提出了一个详细的评估。这个调查包括对由发射器和接收器速度引起的多普勒频移的分...

用高速铁路信道模型评估LTE-RLTE-R（铁路专用宽带移动通信系统）大体上被认为是高速铁路的下一代无线通信系统。本文的主要目的是在现实条件下使用一个混合的高速铁路信道模型包括WINNERII信道模型对LTE—R的性质进行评估，在欧洲WINNERII信道模型是使用WPI信道模型工作包的测量值被精炼和验证的。在中国在3GPP和大尺度模型下的高速列车信道模型是基于一组对郑一西客运专线的测量。本文对高速铁路信道中LTE-R适当尺寸的BER和PSD提出了一个详细的评估。这个调查包括对由发射器和接收器速度引起的多普勒频移的分析，由无线电服务覆盖区域内地形引起的反射和衍射造成的多径效应，和其他的一些严重的损害因素。结果表明LTE—R有潜力用在高速铁路的环境下。关键词：高速铁路；LTE-R;MIMO;OFDM近年来，为了满足高速铁路新的宽带移动通信系统日益增加的需求，铁路的长期演进被提出，它是基于LTE（长期演进）和SAE（系统架构演进）标准。自从主要的LTE-R的物理层关键技术涉及到了LTE,OFDM和MIMO就是新系统的核心。正交频分复用（OFDM）提出了一个极具吸引力的解决方案来面对下一代无线通信系统。在OFDM中传输带宽被分成了许多窄的子信道，它们在衰落信道中并行传输，并且通过对每块数据添加保护间隔，符号间干扰几乎可以完全避免，因此在高速数据传输中OFDM被认为是一种有效的技术，很显然，适当的保护间隔的尺寸是很关键的，因为它决定是否LTE-R系统能够消除符号问干扰同时也是一个具有高频谱效率的系统。因此，在高速铁路下确定OFDM参数是必要的。在各种信道中许多关于OFDM性能和参数配置的研究工作已被做成了报告。然而在现实的高速铁路下没有人写评估和参数设置的论文。特别是在列车速度高达500km/小时情况下。对于另一个焦点MIMO,以往的研究专注在一个相对较短距离上的，介于发送器和接收器之间的MIMO的性能，这一点是相当不同于高速铁路的情况。因此，在一个真实的高速铁路列车尺寸下在LTE-R中MIMO的性能是需要重新评估的。在本文中，LTE-R的性能被准确的评估了在混合的现实的高速铁路信道模型下，由WINNERII信道模型组成的模型提供的多径衰落适合于欧洲的高速铁路。对于中国高速铁路3GPP下的高速铁路信道模型提供的多普勒频移曲线和大尺度模型是基于一组郑一一西客运专线提供的路径损耗情况的测量值。同时，本文也对一个适合高速铁路情况下的LTE-R尺寸的BER和PSD作出了详细的评估。为了研究LTE-R的性能，一个现实的高速铁路传输的多径传播信道被表征是必要的。D2a场景下的WINNERII信道模型被认作是以路径的数量，最大的延迟时间，每条路径的衰落，每条路径的AOA（到达角度）和AOD（离开角度）为特征的典型的高速铁路多径衰落信道。例如，表1中所展示的。TABLE1D2ASCFNARItJCHANNELCHARACTBRISDCSOFWINNERHNo.ofPathsDelay[ns]Power[dB]AoD[°]AoA[°]10Q。0.00.0255-17.8127-80.0360-13.686.0485-16.513.484.45110-184-13987.56115-157-13,0-8227130-13.987.58210-17.313.786.2传播情况D2（农村移动网络）代表在AP（接入点（BS））和UE（用户设备（MS））正在移动环境下无线电的传播，可能在农村地区以非常高的速度移动。与火车的连接是通过使用布置在托架上面的移动中继站，如图1所示，D2a指的是接入点与中继站连接的子场景。在WINNERII信道模型的D2a场景下，时变信道脉冲响应在Eq.（1）中给出：Fig.1.D2ScenarioforhighspeedrailwayinWINNERILLh(t，)=E")?(t-i(t))⑴i1在这个表达式中每条路径的复振幅和它的时延一样都是时变的。在系数Ei(t)=EiiEsi中，两个不同的部分能够被区分，日描述了大尺度衰落(长期变化，慢衰落)，Esi描述了大尺度衰落(短期变化，快衰落)，而Np描述的是ith路径的延时。大尺度衰落模型日可以表示为：pt[dBm]gPL⑴酣]pL°therX日二1020⑵对于给定的值t,PL⑴是所有给定的路径损耗的平均值，R是传输功率，信号G是增益，PLother是由器械和馈线所造成的衰减(单位dB),X是一个均值为零的高斯分布，标准差是(单位dB),对数正态分布描述了传播路径上的随机的阴影效应，这被称为符合对数正态阴影。使用路径损耗模型是基于对郑西客运专线的测量，pl⑴可以表示为：PL(t)via10gl0(v?t)+2010gl0(f)⑶PL(t)pialogi0(v?t)+20lOg10(f)⑷其中PL(t)via和PL(t)p1a分别是高速铁路在高架桥和平原上的路径损耗。f是运行频率，v代表列车的速度，小尺度衰落Esi可以表示为:jj2tcos..Bijfsij「a^eejia是每条路径的振幅，“是每条路径的初始相位，相位在区间［-,］上服从均匀分布，ij代表每条路径的入射角。fs是由3GPP给出的多普勒频移的变化。(6)fs(t)=fdcos(t)其中fs（t）是多普勒频移，fd是最大多普勒频率。余弦角（t）由下式给出JDa/2—ft;物管严,,02Ds/v其中D%是列车从BS出发的初始距离，并且Dmin是BS一铁轨距离，以米为单位。V是火车的速度，单位是m/s,t是时间秒。根据从表1中选择的最大时延扩展对LTE-R系统参数进行计算，在表1中找到小。=21。以8一般来说，任何信号到达CP间隔内都会被接收器丢弃，所以CP间隔应该尽可能的短自从有了信息论的术语。它是信道容量的冗余部分，通常CP的长度是max的4倍，因此在这种情况下丁卯=4'=&*0,用在OFDM系统采用一个Cp时，频谱效率如下：其中H是源程序的嫡，Tcp是CP的长度，Tu是OFDM有用时间，实际上仁"）W0.25,因此1/上0.758,这意味着频谱效率的减少高达25%。频谱效率因为关键的时间-频率密度被最大化配=1）。这确保了子载波之间的正交性。因此子载波的间距是OFDM符号持续时间的倒数，在一个5-20MHZ的频谱范围内LTE-R的目标被提出为20Mbps。因此LTE—R的参数就能被计算出来基于混合的高速铁路多径衰落信道的时延扩展。就像表2中所列出的Fl.1RiftWhI『标注3¥EZwffiiil忡411"kiirfHWnWl。he^QAAA.Fif.5-..Spc-LljdDmiiil)atllic〔igniJb>J^crinltaileniim口£2R0rSptkDfril[>nxjiyl<[heVmsoiiiledsignal、iihMQUM.I6QAMjndQI&hLrvApcctnulj.5intlTwmuMFip4孰*仃SpwLrila■a■baaj■aaaadI■AABaaaJIbaaS"1■r■■■■vn■ranJ■inaaro,■■・p・・r-■■r■n■■嘴里里/驾坐粤段喧-4-HighconTfiiamnmiimo16OA1MIZDOon/h--O--LOWMIW1GQAM2m匐Ml-«-bowcocDonmimo1&Qam3Kmm-b—LM©Ofn&iaKinMIMOIGOAMSOOKmnHighconreiatonMumo16aAM£(M»m/h■*-Highxrr由或mMimp31vhil!illilllli^imil[i!i|II]IEI!lliilimiIBUmililimIIINI：nimi!Bl!!!ll!!l!!!!imiHLIlHlBim；!BI!HI!!SI!!胤喝■■rt«■■«・rei■■rw・・・L】，■m■rer■■rb«|■s-r■■m(■kp・・rh■■rwr■:aH■b4■■■^bb■■■J■■I.B&aa■a.-■■a.■■.a■jab■.E■■.a■■i..a,ShIRfdB)Fig.7.BLRperformanceofLTE-Rsystemusing16QAMmodulation.CcmparisonbetweenhighandI。1AcorrtlatvdMIMOfhann

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