本文關(guān)鍵詞：數(shù)字集群通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和多天線技術(shù)的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京交通大學(xué)》 2012年

數(shù)字集群通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和多天線技術(shù)的研究

孔勇  

【摘要】：集群移動(dòng)通信系統(tǒng),作為特殊移動(dòng)無(wú)線電系統(tǒng)或?qū)Ｓ靡苿?dòng)無(wú)線電系統(tǒng)的一種,它在鐵路運(yùn)輸、船舶通信、港口導(dǎo)航、航空業(yè)務(wù)、氣象預(yù)報(bào)、森林作業(yè)、礦區(qū)作業(yè)、公安等眾多專用指揮調(diào)度通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著人們對(duì)集群系統(tǒng)功能的要求越來(lái)越高,數(shù)字集群系統(tǒng)將逐漸往業(yè)務(wù)寬帶化和業(yè)務(wù)定制化的方向發(fā)展。現(xiàn)有數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)都是基于2G的,而基于3G及以后的標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有成熟的方案,其最大的問(wèn)題就是不能滿足更高速率的數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫?因此急需建立新的數(shù)字集群通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),以適應(yīng)未來(lái)集群通信業(yè)務(wù)多元化和寬帶化的要求。多天線技術(shù)作為提高數(shù)據(jù)傳輸速率的重要手段得到越來(lái)越多的關(guān)注,被認(rèn)為是新一代無(wú)線通信技術(shù)的革命。多天線系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)處理的方式不同分為智能天線和多入多出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技術(shù)兩種。分布式天線結(jié)構(gòu)作為多天線系統(tǒng)的未來(lái)主要建設(shè)模式,能夠得到較好地信號(hào)覆蓋,有效解決小區(qū)邊緣問(wèn)題。論文在綜述現(xiàn)有研究成果基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對(duì)數(shù)字集群通信系統(tǒng)分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和多天線技術(shù)進(jìn)行研究,從實(shí)際應(yīng)用角度提出了分布式天線結(jié)構(gòu)在高鐵無(wú)線覆蓋中的應(yīng)用。論文的主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新如下： (1)通過(guò)對(duì)公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展的分析,提出了基于分布式架構(gòu)的數(shù)字集群通信系統(tǒng),對(duì)其系統(tǒng)組成和特點(diǎn)進(jìn)行了闡述。首先闡述了數(shù)字集群通信跟隨公眾移動(dòng)通信的發(fā)展步伐,將逐漸往業(yè)務(wù)寬帶化和業(yè)務(wù)定制化的方向發(fā)展。分布式架構(gòu)的數(shù)字集群通信系統(tǒng)能夠支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率；具有更加靈活的組網(wǎng)能力；分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提高了網(wǎng)絡(luò)的連通性和可靠性,在突發(fā)應(yīng)急事件中將起到重要作用；扁平化全I(xiàn)P的數(shù)字集群系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)集群網(wǎng)絡(luò)與公網(wǎng)或其它各種網(wǎng)絡(luò)便捷地互聯(lián)互通,從而更好的完成指揮調(diào)度任務(wù)等。對(duì)分布式數(shù)字集群通信系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析討論,包括多天線技術(shù)、組播通信、接續(xù)時(shí)間和信令優(yōu)化、無(wú)線資源管理和認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)、協(xié)作中繼技術(shù)、載波聚合、跨層設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)等。 (2)針對(duì)數(shù)字集群業(yè)務(wù)中最重要的組播通信場(chǎng)景,研究了多天線技術(shù)中智能天線的組播波束賦形算法,提出了基于角度信息和基于位置信息的組播賦形算法。在組播通信中,用戶的完整信道狀態(tài)等信息不能及時(shí)被基站得知情況下,設(shè)計(jì)了基于角度信息的組播賦形算法,根據(jù)目標(biāo)函數(shù)不同,提出了基于角度信息的最大平均賦形增益MABG算法和最大最小賦形增益MMBG算法。通過(guò)仿真分析可得,采用MABG算法和MMBG算法相對(duì)于全向天線發(fā)射時(shí)可以獲得4dB左右的平均增益,基本上滿足了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。綜合平均信噪比、最小信噪比、平均賦形增益和最小賦形增益等性能參數(shù)而言,基于MMBG算法的體現(xiàn)了較好的用戶公平性和有效性的折中。在基于角度信息算法基礎(chǔ)上,增加用戶距離信息,提出了基于位置信息的最大平均賦形增益MABG算法和最大最小賦形增益MMBG算法�；谖恢眯畔⒌腗MBG算法賦形方向圖能夠跟小區(qū)內(nèi)用戶分布情況(包括角度和距離)相吻合。分別討論了用戶分布情況、陣列天線數(shù)目和用戶簇個(gè)數(shù)等因素對(duì)組播波束賦形算法的影響。 (3)借鑒MIMO在公眾移動(dòng)通信MBMS業(yè)務(wù)中的應(yīng)用,通過(guò)對(duì)Alamouti空間分集和V-BLAST空間復(fù)用技術(shù)的性能分析和比較,提出了組播通信中基于分組的自適應(yīng)MIMO技術(shù),即利用分組的概念,根據(jù)用戶位置的分布,將群組內(nèi)所有用戶分成兩組,其中一個(gè)接收質(zhì)量較差的用戶組應(yīng)用MIMO空間分集技術(shù)提高接收質(zhì)量,另一個(gè)接收質(zhì)量較好的用戶組應(yīng)用MIMO空間復(fù)用技術(shù)提高數(shù)據(jù)傳輸速率,從而充分利用空間資源。首先在特定條件下分析得到了單個(gè)用戶根據(jù)其位置分布選擇應(yīng)用MIMO的空間分集或復(fù)用技術(shù)的空間界dBoundary'并定義了空間界系數(shù)入。然后提出了自適應(yīng)MIMO技術(shù)的3個(gè)分組算法：利用空間界dBoundary進(jìn)行分組;利用實(shí)際存在用戶到基站的最遠(yuǎn)距離和空間界系數(shù)入進(jìn)行分組；在這兩個(gè)算法的基礎(chǔ)上,考慮用戶分布情況,引入用戶平均距離作為參考量進(jìn)行分組。并對(duì)3個(gè)分組算法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析比較�；诜纸M的自適應(yīng)MIMO技術(shù)通過(guò)分組選擇空間分集和空間復(fù)用技術(shù),能夠解決小區(qū)邊緣用戶通信質(zhì)量差的問(wèn)題的同時(shí),充分利用空間資源提升了組播通信系統(tǒng)的有效性。 (4)結(jié)合分布式天線結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)提出了帶有固定切換小區(qū)的新型分布式天線高鐵覆蓋模型。首先介紹了分布式天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能優(yōu)勢(shì),分析了高鐵專用移動(dòng)通信系統(tǒng)中主要技術(shù)難點(diǎn),討論了鐵路線狀覆蓋基本原理和基站覆蓋原則。針對(duì)帶有固定切換小區(qū)的分布式天線高鐵覆蓋模型系統(tǒng)覆蓋區(qū)域、重疊區(qū)域、頻率復(fù)用、信干噪比、切換時(shí)間和切換頻率等性能進(jìn)行了分析和仿真。分布式天線高鐵覆蓋能夠很好的解決由于列車速度提高造成的頻繁小區(qū)切換現(xiàn)象。通過(guò)增加固定切換小區(qū),當(dāng)列車移動(dòng)至固定切換小區(qū)后,切換過(guò)程必然發(fā)生,從而提高了對(duì)切換開(kāi)始的準(zhǔn)確性判斷。由于列車的單向移動(dòng)性,一旦切換完成,即移動(dòng)終端用戶移動(dòng)出固定切換小區(qū)后,不會(huì)再有切換過(guò)程的發(fā)生,有效地避免了乒乓切換的發(fā)生。固定切換小區(qū)的方法確保整個(gè)切換過(guò)程操作簡(jiǎn)單,并且切換準(zhǔn)確無(wú)誤,極大的降低了小區(qū)邊緣切換掉話的可能性。當(dāng)然由于引進(jìn)的固定切換小區(qū),系統(tǒng)覆蓋區(qū)域效率和信干噪比性能等較傳統(tǒng)分布式天線結(jié)構(gòu)有所降低,但是較傳統(tǒng)的單天線覆蓋系統(tǒng)仍有巨大的性能優(yōu)勢(shì)。因此,帶有固定切換小區(qū)的新型分布式天線結(jié)構(gòu)能夠很好的完成高速鐵路沿線的覆蓋,帶來(lái)各方面性能的提升,有效解決快速切換等關(guān)鍵問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TN929.52
【目錄】：

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中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王建新;王盛華;宋雨;;分布式無(wú)線光通信系統(tǒng)的研究[A];全國(guó)第十二次光纖通信暨第十三屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

2 魏克軍;侯自強(qiáng);;寬帶無(wú)線通信中MIMO信道的建模與仿真研究[A];2005'中國(guó)通信學(xué)會(huì)無(wú)線及移動(dòng)通信委員會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

3 陳鑫;余川;潘文武;;基于連續(xù)相位變化的毫米波衍射天線技術(shù)研究[A];2011年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2011年

4 修春娣;王京;;分布式無(wú)線通信系統(tǒng)的MIMO信道容量研究[A];2005年信息與通信領(lǐng)域博士后學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

5 ;摩比天線技術(shù)(深圳)有限公司[A];2005'全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（第一冊(cè)）[C];2006年

6 張洋;何定全;張為;;基型的性能評(píng)價(jià)研究等離子體天線技術(shù)的最新發(fā)展[A];2009年全國(guó)天線年會(huì)論文集（下）[C];2009年

7 許珺;王友祥;呂召彪;;LTE-A MIMO增強(qiáng)技術(shù)研究[A];2011全國(guó)無(wú)線及移動(dòng)通信學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2011年

8 王東;馬欣;程廣輝;;有源一體化天線技術(shù)研究及應(yīng)用[A];中國(guó)通信學(xué)會(huì)信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會(huì)2011年年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2011年

9 王妍;岳殿武;;具有部分反饋的四天線準(zhǔn)正交空時(shí)分組碼及其性能分析[A];2007通信理論與技術(shù)新發(fā)展——第十二屆全國(guó)青年通信學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2007年

10 李運(yùn)志;袁子倫;李軍;;多模GNSS天線技術(shù)研究與設(shè)計(jì)[A];第二屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)電子文集[C];2011年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 本報(bào)記者 王婭莉;[N];中國(guó)質(zhì)量報(bào);2008年

2 記者 馬澤文;[N];中國(guó)電子報(bào);2001年

3 中國(guó)電子學(xué)會(huì)通信學(xué)分會(huì)常務(wù)副主任兼秘書(shū)長(zhǎng) 通信專家咨詢委員會(huì)、集群通信應(yīng)用與發(fā)展論壇秘書(shū)長(zhǎng) 鄭祖輝;[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2001年

4 信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線電管理局副局長(zhǎng) 陳如明;[N];中國(guó)電子報(bào);2001年

5 鄭院生;[N];中國(guó)郵政報(bào);2002年

6 本報(bào)記者 徐勇;[N];人民郵電;2001年

7 鄭祖輝;[N];人民郵電;2004年

8 廣州通信研究所 陸錦華;[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2003年

9 江宏;[N];大眾科技報(bào);2008年

10 記者 李韜;[N];計(jì)算機(jī)世界;2004年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 孔勇;數(shù)字集群通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和多天線技術(shù)的研究[D];北京交通大學(xué);2012年

2 卿朝進(jìn);分布式天線協(xié)同時(shí)間捕獲技術(shù)[D];電子科技大學(xué);2011年

3 劉玉璽;多蜂窩環(huán)境下的分布式天線及基站協(xié)作技術(shù)研究[D];山東大學(xué);2012年

4 楊波;分布式天線無(wú)線資源管理關(guān)鍵技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2011年

5 葛文棟;基于光載分布式天線的認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中無(wú)線資源管理關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2012年

6 熊勇;B3G/4G關(guān)鍵技術(shù)—多天線技術(shù)預(yù)研[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2005年

7 陳曉明;多天線系統(tǒng)中的有限反饋與預(yù)編碼技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2011年

8 房亮;多用戶多天線系統(tǒng)中的有限反饋及用戶調(diào)度研究[D];北京郵電大學(xué);2010年

9 謝玉堂;寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)中的載波同步及天線校準(zhǔn)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

10 謝映海;多天線系統(tǒng)的若干新型發(fā)射與接收技術(shù)研究[D];北京交通大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 夏天;分布式天線時(shí)間頻率同步關(guān)鍵技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2011年

2 董杉;數(shù)字集群通信保障工作中的風(fēng)險(xiǎn)管理研究[D];北京郵電大學(xué);2012年

3 敬麗萍;分布式天線技術(shù)研究及在LTE-Advanced系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];重慶郵電大學(xué);2011年

4 李天宬;B3G系統(tǒng)多天線技術(shù)與無(wú)線資源管理[D];北京郵電大學(xué);2010年

5 王姍;數(shù)字集群通信商業(yè)市場(chǎng)營(yíng)銷渠道研究[D];北京郵電大學(xué);2010年

6 熊康;分布式天線在LTE-A系統(tǒng)中的應(yīng)用研究與仿真[D];西南交通大學(xué);2011年

7 李陽(yáng);移動(dòng)通信的分布式天線分集技術(shù)研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2007年

8 趙飛;LTE多天線系統(tǒng)的去耦合研究與天線設(shè)計(jì)[D];華東師范大學(xué);2011年

9 許暉;B3G移動(dòng)通信系統(tǒng)試驗(yàn)網(wǎng)組網(wǎng)方案及實(shí)現(xiàn)[D];上海交通大學(xué);2008年

10 何濤洋;協(xié)同集團(tuán)數(shù)字集群通信業(yè)務(wù)發(fā)展戰(zhàn)略研究[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

  本文關(guān)鍵詞：數(shù)字集群通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和多天線技術(shù)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：184728