【摘要】：隨著第四代移動通信系統(tǒng)(4G)的逐步商用,面向Beyond IMT-Advanced系統(tǒng),即第五代移動通信系統(tǒng)(5G)的研究已成為學術界和工業(yè)界廣泛討論的熱點。5G系統(tǒng)提出了更高的指標,一方面需要支持數(shù)十Gbps的數(shù)據(jù)傳輸峰值速率,毫秒級的端到端時延,另一方面要提升5至10倍的頻譜效率和百倍以上的系統(tǒng)能效。為了滿足這些需求,新的應用場景和通信技術逐漸涌現(xiàn)。無線信道測量與建模作為新場景下通信技術研究與評估,系統(tǒng)部署與優(yōu)化的前提,是必要和先行的基礎性工作。本論文主要面向Beyond IMT-Advanced系統(tǒng),針對高速鐵路和設備間通信(D2D)場景進行了信道測量和建模,并基于多天線衰落信道特性,利用天線選擇,提高了系統(tǒng)的定時同步精度。論文的主要工作和創(chuàng)新點包括： ·高速鐵路的寬帶無線信道傳播特性及建模研究。高速鐵路場景已經成為了未來移動通信系統(tǒng)的重要應用場景之一,而由于高速列車移動速度快,難于上車實測等因素,使得針對高鐵寬帶信道的測量及其信道特性的研究相對匱乏。本文針對高速鐵路的兩類典型場景——高架橋和U型槽,在200km/h時速的鄭西高鐵線上進行了2.35GHz中心頻率、50MHz帶寬的寬帶無線信道測量,采集了將近百萬個信道樣本,較為全面的研究了高鐵寬帶無線信道特性�；趯崪y數(shù)據(jù),分析了這兩類典型場景下無線寬帶信道的大尺度衰落特性,建立了路徑損耗和陰影衰落模型；給出了萊斯因子的統(tǒng)計分布參數(shù),建立了其隨收發(fā)端距離變化的線性模型；重點分析了寬帶系統(tǒng)中重要的時延域統(tǒng)計特性,采用r分布和Log-normal分布刻畫了多徑數(shù)目和均方根時延擴展的統(tǒng)計特性,并建立了時延擴展隨距離的變化的線性模型；研究了信道的多普勒頻移特征,得到了多普勒最大頻移的變化趨勢。最后,基于高鐵信道的特性分析結果,提出適用于高鐵信道的仿真方法。 ·高速鐵路信道的非平穩(wěn)特性研究。高鐵列車及散射體的高速移動引起的信道的時變性相比傳統(tǒng)蜂窩網絡更加嚴峻,而基于傳統(tǒng)的低速平穩(wěn)的假設而建立的模型已經不適用,因此研究高速鐵路的非平穩(wěn)特性是十分有意義的。本文采用非平穩(wěn)隨機信號的分析方法,定義了時變信道的非平穩(wěn)特性度量——非平穩(wěn)度。并給出了基于實際測量得到的信道沖激響應,計算寬帶時變信道的非平穩(wěn)度的方法。進一步利用高速鐵路U型槽場景得到的信道數(shù)據(jù),驗證了利用非平穩(wěn)度衡量高鐵信道非平穩(wěn)特性的有效性。 ·D2D通信室外場景的寬帶無線信道特性研究。設備間通信(D2D)由于其收發(fā)端天線高度低等特征,與傳統(tǒng)蜂窩網的傳播環(huán)境有明顯區(qū)別,且缺少基于測量的信道模型進行仿真評估。本文定義了兩類D2D通信室外場景,開闊區(qū)和街道場景,并進行了寬帶無線信道測量。基于實測數(shù)據(jù),分析了兩類場景中,在視距、阻擋視距和非視距不同傳播條件下的路徑損耗、陰影衰落、萊斯K因子、有效多徑數(shù)目和時延域特征參數(shù)等無線信道特性。通過建立實測路徑損耗和陰影衰落模型,發(fā)現(xiàn)實測路徑損耗要高于3GPP目前建議使用的D2D模型。在街道場景視距條件下,萊斯K因子由于“波導效應”,統(tǒng)計均值達到13dB,遠遠高于3GPP的建議模型。實測的均方根時延擴展的統(tǒng)計分布相比傳統(tǒng)的Log-normal分布更加符合Log-logistic分布,并且統(tǒng)計均值遠遠大于第三代合作計劃(3GPP)建議使用的ITU-R M.2135UMi場景中的數(shù)值。最后,基于實測分析結果,給出了3GPP的D2D室外信道模型的仿真建議。 ·MIMO-OFDM系統(tǒng)的定時同步方案研究。多輸入多輸出—正交頻分復用(MIMO-OFDM)系統(tǒng)對同步誤差極其敏感,定時同步在接收機的設計中十分重要。本文利用多天線衰落信道,提出了發(fā)射端采用選擇性傳輸(ST)選擇信噪比好的天線發(fā)送同步序列,接收端采用最大比合并(MRC)提高同步精度的ST/MRC聯(lián)合方案進行定時同步。在平坦衰落信道下,定義了正確定時概率(CTP),并推導了ST/MRC、ST.最大比傳輸(MRT)和MRC多種方案在不同天線配置情況下,CTP和錯誤定時概率(ETP)的閉式表達式和近似表達式,并給出不同方案的ETP理論值與仿真結果,驗證了ST/MRC方案在平坦衰落信道下的性能優(yōu)越性。更進一步的,研究了多徑衰落信道下,所提出的ST/MRC方案的定時同步性能,通過計算機仿真,比較了多種方案在多徑衰落信道中,不同天線配置下的CTP性能,證明了ST/MRC方案的優(yōu)越性。 綜上所述,本論文面向Beyond IMT-Advanced系統(tǒng),針對高速鐵路和D2D兩種新型場景,進行了寬帶無線信道測量,基于實測數(shù)據(jù)對信道的大尺度、小尺度特性以及時變特性進行了分析和建模。測量和分析的結果可以為未來移動通信技術評估和系統(tǒng)部署提供參考。此外,針對MIMO-OFDM系統(tǒng)中的定時同步問題,提出了ST/MRC方案,有效改善了定時同步的性能。并且在實際應用中,該方案能夠減少定時同步過程中使用的射頻鏈路的數(shù)目,從而降低系統(tǒng)的復雜度。
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【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5

【參考文獻】

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1 白潔,張建華,劉若菊,何學奇,張平;MIMO-OFDM系統(tǒng)定時與多徑時延估計[J];北京郵電大學學報;2005年05期

2 陶成;劉留;邱佳慧;談振輝;;高速鐵路寬帶無線接入系統(tǒng)架構與關鍵技術[J];電信科學;2010年06期

3 ;Review of wideband MIMO channel measurement and modeling for IMT-Advanced systems[J];Chinese Science Bulletin;2012年19期

4 ;Cell search algorithms for the 3G long-term evolution[J];The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications;2007年02期

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本文編號：2256041