發(fā)布時間：2019-04-21 07:52

【摘要】：隨著我國高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展與現(xiàn)代通信技術(shù)的與時俱進,對高速鐵路下的寬帶接入技術(shù)也提出了新的挑戰(zhàn)。2010年中國鐵路在第七屆世界高速鐵路大會上提出了自主研發(fā)時分雙工的LTE-R鐵路寬帶移動通信系統(tǒng),該系統(tǒng)基于的正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù),具有頻譜利用率高和抗多徑干擾能力強等突出優(yōu)點,能滿足高傳輸速率的要求。因此,研究高速鐵路環(huán)境下的OFDM通信技術(shù)具有重大意義。然而,OFDM系統(tǒng)中要求其載波間保持嚴格的正交性,在移動環(huán)境下,尤其是在超高速移動環(huán)境下,由于快速移動產(chǎn)生的多普勒頻偏,將破壞載波間的正交性,從而引起載波間干擾(ICI),導(dǎo)致通信性能急劇下降。為此,解決高速鐵路環(huán)境下OFDM系統(tǒng)中的ICI問題成為近年來研究的熱點。首先,簡單概述了傳統(tǒng)的信道模型和表征高速鐵路環(huán)境的信道模型,并給出對應(yīng)的MIMO-OFDM系統(tǒng)模型,推得具體的ICI表達式,由此引出本文要研究的主要問題是分析和消除ICI。其次,通過分析研究表征高速鐵路的信道模型和ICI表達式,得出信道的時變性是發(fā)生ICI的根本原因,進一步分析可知影響ICI大小的因素有萊斯K因子、信道多徑數(shù)和多普勒頻偏。載波干擾比作為衡量ICI嚴重程度的標準,定量分析了載波干擾比分別受萊斯K因子、信道多徑數(shù)和多普勒頻偏的影響程度,并仿真分析了實際中,車速變化時對期望信號功率和ICI功率的影響。最后,提出了兩種ICI消除算法:1、循環(huán)前綴與迫零均衡聯(lián)合消除法;2、自適應(yīng)相位旋轉(zhuǎn)共軛消除法。其中,循環(huán)前綴與迫零均衡聯(lián)合消除法,是利用循環(huán)前綴實現(xiàn)ICI的自消除,有效的提高載波干擾比,通過迫零均衡技術(shù)檢測得到發(fā)送的數(shù)據(jù)。自適應(yīng)相位旋轉(zhuǎn)共軛消除法,是采取兩路傳輸技術(shù),對發(fā)射信號采取共軛發(fā)送,對接收信號采取共軛接收并附加一組旋轉(zhuǎn)相位的處理方式,通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)相位實現(xiàn)接收端載波干擾比最大化。再采用每兩個符號周期更新一次旋轉(zhuǎn)相位的機制實現(xiàn)自適應(yīng)接收。本文三方面工作,完整的研究了引起ICI的原因,影響ICI大小的因素和有效消除ICI的方法,為以后鐵路通信技術(shù)的快速提供了強有力的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
[Abstract]:With the rapid development of China's high-speed railway construction and the development of modern communication technology, In 2010, China Railway proposed a time division duplex LTE-R railway broadband mobile communication system at the Seventh World High Speed Railway Congress. The orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technology based on this system has many outstanding advantages, such as high spectrum efficiency and strong anti-multipath interference ability, and can meet the requirements of high transmission rate. Therefore, it is of great significance to study the OFDM communication technology in high-speed railway environment. However, OFDM system requires strict orthogonality between carriers. In mobile environment, especially in ultra-high speed mobile environment, the Doppler frequency offset caused by fast moving will destroy the orthogonality between carriers. As a result, inter-carrier interference (ICI) (ICI), leads to a sharp decline in communication performance. Therefore, solving the problem of ICI in OFDM system under high-speed railway environment has become a hot topic in recent years. Firstly, the traditional channel model and the channel model which represent the environment of high-speed railway are briefly summarized, and the corresponding MIMO-OFDM system model is given, and the concrete ICI expression is derived. The main problem of this paper is to analyze and eliminate the ICI.. Secondly, by analyzing and studying the channel model and ICI expression of the high-speed railway, it is concluded that the time-variability of the channel is the fundamental reason for the occurrence of ICI, and further analysis shows that the factors affecting the size of ICI are Rice K factor. Channel multipath number and Doppler frequency offset. As a standard to measure the severity of ICI, the influence of Les K factor, channel multipath and Doppler frequency offset on carrier interference ratio is quantitatively analyzed, and the simulation results show that the carrier interference ratio is affected by Les K factor, channel multipath number and Doppler frequency offset, respectively. The influence of speed change on expected signal power and ICI power. Finally, two ICI elimination algorithms are proposed: 1, the combined elimination of cyclic prefix and zero-forcing equalization, and 2, adaptive phase rotation conjugate elimination. Among them, the combined elimination of cyclic prefix and zero-forcing equalization is to use cyclic prefix to realize the self-cancellation of ICI, to improve the carrier interference ratio effectively, and to detect the transmitted data by zero-forcing equalization technique. The adaptive phase rotation conjugation elimination method is a two-way transmission technique, which adopts conjugate transmission to transmit signals, conjugate reception to received signals and append a set of rotating phases to the received signals. The receiver carrier interference ratio is maximized by adjusting the rotation phase. The self-adaptive reception is realized by updating the rotation phase once every two symbol periods. In this paper, the causes of ICI, the factors affecting the size of ICI and the effective methods to eliminate ICI are studied in three aspects, which provides a strong theoretical basis and technical support for the rapid development of railway communication technology in the future.
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN919.3

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本文編號：2461991