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Geometric Analysis of the Doppler Frequency for General Non-Stationary 3D Mobile-to-Mobile Channels based on Prolate Spheroidal Coordinates

Walter, Michael und Schmidhammer, Martin und Shutin, Dmitriy und Matolak, David und Zajic, Alenka (2020) Geometric Analysis of the Doppler Frequency for General Non-Stationary 3D Mobile-to-Mobile Channels based on Prolate Spheroidal Coordinates. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 69 (10), Seiten 10419-10434. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TVT.2020.3011408. ISSN 0018-9545.

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Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9146779

Kurzfassung

Mobile-to-mobile channels often exhibit timevariant Doppler frequency shifts due to the movement of transmitter and receiver. An accurate description of the Doppler frequency turns out to be very difficult in Cartesian coordinates, and any subsequent algebraic analysis of the Doppler frequency is intractable. In contrast to other approaches, we base our investigation on a geometric description of the Doppler frequency with the following three mathematical pillars: prolate spheroidal coordinate system, algebraic curve theory, and differential forms. The prolate spheroidal coordinate system is more appropriate to algebraically investigate the problem. After the transformation into the new coordinate system, the theory of algebraic curves is needed to resolve the ambiguities. Finally, the differential forms are required to derive the joint delay Doppler probability density function. This function is normalized by the equivalent ellipsoidal area of the scattering plane bounded by the delay ellipsoid. The results generalize in a natural way our previous model to a complete 3D description. Our solutions enable insight into the geometry of the Doppler frequency and we were able to derive a Doppler frequency that is dependent on the delay and the scattering plane. The presented theory allows describing any time-variant, single-bounce, mobile-to-mobile scattering channel.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/135621/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Geometric Analysis of the Doppler Frequency for General Non-Stationary 3D Mobile-to-Mobile Channels based on Prolate Spheroidal Coordinates
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Walter, Michaelm.walter (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5659-8716NICHT SPEZIFIZIERT
Schmidhammer, Martinmartin.schmidhammer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9345-142XNICHT SPEZIFIZIERT
Shutin, Dmitriydmitriy.shutin (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6065-6453NICHT SPEZIFIZIERT
Matolak, DavidMATOLAK (at) cec.sc.eduhttps://orcid.org/0000-0002-7469-4864NICHT SPEZIFIZIERT
Zajic, Alenkaalenka.zajic (at) ece.gatech.eduhttps://orcid.org/0000-0003-1158-3785NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:23 Juli 2020
Erschienen in:IEEE Transactions on Vehicular Technology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:69
DOI:10.1109/TVT.2020.3011408
Seitenbereich:Seiten 10419-10434
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
Name der Reihe:IEEE Transactions on Vehicular Technology
ISSN:0018-9545
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Doppler frequency, mobile-to-mobile communication, geometry-based stochastic channel model, algebraic curve, prolate spheroidal coordinate system, differential forms
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation und Navigation
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KN - Kommunikation und Navigation
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben GNSS2/Neue Dienste und Produkte (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation
Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Hinterlegt von: Walter, Dr. Michael
Hinterlegt am:24 Jul 2020 10:28
Letzte Änderung:05 Dez 2023 07:06

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