【摘要】：高速鐵路的通信系統(tǒng)分為用于列車調(diào)度控制的專用無(wú)線通信系統(tǒng)和用于列車上乘客接入互聯(lián)網(wǎng)的寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)。目前用于鐵路調(diào)度控制的無(wú)線通信系統(tǒng)絕大多數(shù)采用的還是GSM-R系統(tǒng),列車上的乘客接入互聯(lián)網(wǎng)主要還是依靠公網(wǎng)。然而,公網(wǎng)的移動(dòng)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足乘客對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度與質(zhì)量的要求,開發(fā)新的頻段用于高速鐵路無(wú)線通信成為必要。鐵路無(wú)線通信系統(tǒng)向下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)勢(shì)在必行,相應(yīng)的是大規(guī)模的基站等基礎(chǔ)設(shè)施的更新與替換。此外,我國(guó)的高鐵經(jīng)常穿行于偏僻、環(huán)境惡劣的山區(qū),滑坡、泥石流等自然災(zāi)害長(zhǎng)期威脅著鐵路運(yùn)營(yíng)的安全,適用于高鐵場(chǎng)景下的災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)也亟待研究。毫米波由于能夠?qū)崿F(xiàn)超高速數(shù)據(jù)傳輸速率,在下一代無(wú)線通信系統(tǒng)中具有巨大潛能;由于資源豐富,探測(cè)精度高,在雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域的研究也具有重大意義。將毫米波通信與探測(cè)技術(shù)集成于一個(gè)基站,使其成為集提供高速率的無(wú)線傳輸功能以及災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警功能為一體的安全基站。雷達(dá)設(shè)備與通信設(shè)備共站址,共基帶,共回傳,此安全基站設(shè)備不易受到破壞,且具有系統(tǒng)成本較低、探測(cè)效率高等優(yōu)勢(shì)。因此,本文基于C-RAN(Cloud-Radio Access Network)的通信與探測(cè)融合架構(gòu),對(duì)毫米波特性以及毫米波波束賦形技術(shù)的研究具有極大的理論及現(xiàn)實(shí)意義。為進(jìn)一步提高通信和探測(cè)系統(tǒng)的性能,本文對(duì)毫米波傳輸特性、波束賦形技術(shù)以及探測(cè)波束掃描方案等進(jìn)行了深入研究。首先,引入基于C-RAN的毫米波通信與探測(cè)融合架構(gòu),從毫米波傳輸特性和探測(cè)分辨率需求兩個(gè)角度研究融合系統(tǒng)的適用頻段,同時(shí)研究了毫米波通信與探測(cè)范圍和發(fā)射功率的關(guān)系。波束賦形技術(shù)對(duì)于高鐵毫米波通信至關(guān)重要,因此,本文接著詳細(xì)研究了適用于高鐵場(chǎng)景的機(jī)會(huì)波束賦形技術(shù)。首先,對(duì)波束賦形的原理、波束寬度的影響因素進(jìn)行了介紹和分析。然后,介紹了兩種機(jī)會(huì)波束賦形技術(shù),分析了基站天線數(shù)量和車載臺(tái)個(gè)數(shù)以及DOA估計(jì)誤差對(duì)于波束賦形帶來(lái)的系統(tǒng)增益的影響。另外,在此基礎(chǔ)上提出了基于位置信息的單雙流切換波束賦形技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能,并且結(jié)合兩個(gè)波束間的干擾因子和單雙波束的系統(tǒng)容量研究合適的單雙波束的切換點(diǎn)。為了提高集成系統(tǒng)的災(zāi)害探測(cè)效率,本文提出了一種災(zāi)害探測(cè)自適應(yīng)波束賦形方案。首先基于毫米波傳輸特性以及探測(cè)需求提出了分頻多波束探測(cè)方案,在此基礎(chǔ)上提出了一種自適應(yīng)波束掃描方式,并且不同的探測(cè)區(qū)域采用不同的波束探測(cè)方案。由仿真分析可知,本文所提的自適應(yīng)波束賦形方案既可以滿足各個(gè)區(qū)域的探測(cè)預(yù)警需求,也可以在一定程度上減少系統(tǒng)的復(fù)雜度,是一種有效的災(zāi)害探測(cè)波束賦形方案。
[Abstract]:The communication system of high-speed railway is divided into a special wireless communication system for train dispatching and control and a broadband wireless communication system for connecting passengers on a train to the Internet. At present, most of the wireless communication systems used in railway dispatching and control are still GSM-R system, and the passengers on the train mainly rely on public network to connect to the Internet. However, the mobile performance of the public network is far from meeting the requirements of the speed and quality of the network, so it is necessary to develop a new frequency band for high-speed railway wireless communication. It is imperative for the railway wireless communication system to evolve to the next generation mobile communication system. In addition, the natural disasters such as landslide, debris flow and other natural disasters that often travel through remote and harsh mountain areas in China threaten the safety of railway operation for a long time, and the disaster monitoring technology suitable for high-speed railway scene also needs to be studied urgently. Millimeter-wave has great potential in the next generation wireless communication system because of its ability to realize ultra-high speed data transmission rate. Because of its rich resources and high detection precision, it is also of great significance in the field of radar detection. The millimeter-wave communication and detection technology is integrated into a base station, which can provide high rate wireless transmission function, disaster monitoring and early warning function as one of the security base station. Radar equipment and communication equipment are co-located, common baseband, common transmission, this security base station equipment is not easy to be damaged, and has the advantages of low system cost, high detection efficiency and so on. Therefore, based on C-RAN (Cloud-Radio Access Network) communication and detection fusion architecture, this paper has great theoretical and practical significance for the study of millimeter-wave characteristics and millimeter-wave beamforming technology. In order to improve the performance of communication and detection system, the transmission characteristics of millimeter wave, beamforming technology and scanning scheme of detecting beam are studied in this paper. Firstly, a millimeter-wave communication and detection fusion architecture based on C-RAN is introduced to study the applicable frequency band of the fusion system from the aspects of millimeter-wave transmission characteristics and detection resolution requirements. At the same time, the relationship between millimeter wave communication and detection range and transmission power is studied. Beamforming technology is very important for high speed millimeter-wave communication. Therefore, the opportunistic beamforming technique suitable for high-speed train scenarios is studied in detail in this paper. Firstly, the principle of beamforming and the influencing factors of beamwidth are introduced and analyzed. Then, two kinds of opportunistic beamforming techniques are introduced, and the effects of the number of base station antennas, the number of vehicle stations and the DOA estimation error on the system gain caused by the beamforming are analyzed. In addition, a new beamforming technique based on position information is proposed to further improve the performance of the system. Combining the interference factor between two beams and the system capacity of single and double beams, the suitable switching points of single and double beams are studied. In order to improve the disaster detection efficiency of the integrated system, an adaptive beamforming scheme for disaster detection is proposed in this paper. Based on the characteristics of millimeter-wave transmission and the detection requirements, a frequency-division multi-beam detection scheme is proposed, and an adaptive beam scanning scheme is proposed, and different beam detection schemes are used in different detection regions. The simulation results show that the proposed adaptive beamforming scheme can not only meet the detection and early warning needs of each region but also reduce the complexity of the system to a certain extent. It is an effective beamforming scheme for disaster detection.
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN928;TN95

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本文編號(hào)：2376006