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随着高速铁路的快速发展,高速铁路无线通信网络的需求急剧增加。为了提升高铁无线网络的系统容量,我国决定向铁路长期演进(Long Term Evolution-Railway,LTE-R)系统演进。但LTE-R系统存在回波信道效应(Echo Channel Effect,ECE),限制基站间距,增加组网成本。为了消除ECE的不良影响,在LTE-R系统中引入协作多点技术,形成协作多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统。高速铁路协作MIMO系统的重要特性是多链路相关性,获取系统的信道特性需建立多链路信道模型,为协作MIMO系统在高铁场景下的设计、测试、分析和应用提供理论基础与评估参考。为此,本文提出两个基于几何的随机信道模型(Geometry Based Stochastic Model,GBSM),研究高速铁路协作MIMO系统多链路相关性的影响因素。本文的工作内容如下:(1)基于GBSM理论,提出二维(Two-Dimensional,2D)基于几何的高速铁路协作MIMO信道模型,将列车周围的局部散射体建模为GBSM的单环模型,基站到列车周围的散射体建模为GBSM的椭圆模型。通过2D模型研究了高速铁路协作MIMO系统多链路相关性的影响因素,仿真结果显示多链路相关性最大的影响因素是角度扩展。对比现有文献,验证了 2D模型的结论。拟合结果显示2D模型能够有效拟合北京——天津高铁段LTE-R信道的实测数据,证明2D模型能准确建模实际的高铁信道。2D模型是高速铁路协作MIMO信道的通用模型,可以通过调整模型的参数建模多种高铁场景的实际信道。(2)为了进行更加精确的信道建模,提出三维(Three-Dimensional,3D)基于几何的高速铁路协作MIMO信道模型。将列车周围的局部散射体建模为GBSM的单球模型,基站到列车周围的散射体建模为GBSM的椭圆柱模型,形成3D基于几何的高速铁路协作MIMO信道模型。通过3D模型研究协作MMO系统多链路相关性的影响因素。仿真结果显示多链路相关性最大的影响因素是角度集中参数。对比现有文献,验证了 3D模型的结论。对比2D模型与3D模型,验证模型扩展的正确性。拟合结果显示3D模型能够有效拟合北京——天津高铁段LTE-R信道的实测数据,证明3D模型能准确建模实际的高铁信道。3D模型同样是高速铁路协作MIMO信道的通用模型,可以通过调整模型参数建模多种高铁场景的实际信道。