【摘要】：隨著高速鐵路的快速發(fā)展,列車操作控制系統(tǒng)為高速列車乘客實(shí)現(xiàn)“隨時(shí)隨地”通信的呼聲越演愈烈。全雙工通信技術(shù)為快速、安全地提供通信創(chuàng)造了條件。同時(shí),隨著全雙工通信技術(shù)的不斷應(yīng)用,也發(fā)現(xiàn)一些有待研究的問(wèn)題。如用戶處于移動(dòng)狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)將受到多普勒頻移的影響。因此,本文系統(tǒng)地研究了多普勒頻移對(duì)全雙工(Full-Duplex,FD)大規(guī)模多輸入多輸出(Multi-input Multi-output,MIMO)系統(tǒng)的影響,具體研究?jī)?nèi)容如下:首先,本文研究了單小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中多普勒頻移對(duì)系統(tǒng)性能的影響。主要從已知信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)情形和未知CSI情形這兩個(gè)方面,建立了系統(tǒng)模型。對(duì)于CSI已知的情況,通過(guò)對(duì)信道建模,并應(yīng)用了最大比組合/傳輸(Maximum Ratio Combining/Transmission,MRC/MRT)處理以及大數(shù)定律,最終推導(dǎo)出了多普勒頻移影響下的全雙工大規(guī)模MIMO的上行鏈路漸近可達(dá)速率和下行鏈路漸近可達(dá)速率,并通過(guò)數(shù)值仿真得出了相應(yīng)參數(shù)下的系統(tǒng)性能,并對(duì)不同參數(shù)下的系統(tǒng)性能做出對(duì)比,也證明了理論分析的正確性。對(duì)于CSI未知的情況,除了分析MRC/MRT處理時(shí)的系統(tǒng)性能,又增加了迫零接收/迫零傳輸(Zero-Forcing Reception/Transmission,ZFR/ZFT)處理與之進(jìn)行對(duì)比。然后,本文研究了多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中多普勒頻移對(duì)系統(tǒng)性能的影響。分別從已知CSI和未知CSI兩種情形進(jìn)行研究。對(duì)于已知CSI的情況,通過(guò)對(duì)信道建模以及應(yīng)用MRC/MRT處理,最終分析出多普勒頻移影響下的全雙工大規(guī)模MIMO的上行鏈路漸近可達(dá)速率和下行鏈路漸近可達(dá)速率。對(duì)于CSI未知的情況,同樣分析了在MRC/MRT處理下多普勒頻移影響下的全雙工大規(guī)模MIMO的上行鏈路漸近可達(dá)速率和下行鏈路漸近可達(dá)速率。從數(shù)值仿真上,可直觀地看出多普勒頻移對(duì)多小區(qū)全雙工大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的影響。最后,本文考慮了研究的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。主要研究了高鐵應(yīng)用中全雙工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,考慮多普勒頻移的影響,介紹并分析了全雙工中繼系統(tǒng)。中繼站采用MRC/MRT來(lái)處理信號(hào),通過(guò)數(shù)學(xué)分析得出了系統(tǒng)可達(dá)速率的表達(dá)式,并比較了不同參數(shù)下的的性能,從仿真結(jié)果可以直觀地觀察多普勒頻移對(duì)高鐵系統(tǒng)的影響。當(dāng)列車速度提升時(shí),由于多普勒頻移的影響,系統(tǒng)速率有所下降。仿真表明,可以通過(guò)增加一定數(shù)目的天線來(lái)維持系統(tǒng)速率,降低多普勒頻移的影響。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN929.5
【圖文】：

的關(guān)于多普勒頻移的研究均是針對(duì)大規(guī)模 MIMO 半雙工模式而模 MIMO 全雙工模式中的分析尚未發(fā)現(xiàn)。并且交通和通信已成因素。這些年以來(lái)，中國(guó)交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，依照《綜合交通網(wǎng)020 年左右，12 萬(wàn) km 的鐵路將在全國(guó)范圍內(nèi)鋪展，并且速度大于將有 1.8 萬(wàn) km。研究和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在高速移動(dòng)場(chǎng)景中的無(wú)線通信快速切換、多普勒頻移等。于上述全雙工技術(shù)、大規(guī)模 MIMO 以及交通發(fā)展的知識(shí)，本文擬 MIMO 系統(tǒng)，研究大規(guī)模 MIMO 中多用戶全雙工通信中的多用戶和多小區(qū)多用戶兩個(gè)場(chǎng)景著手，研究用戶移動(dòng)過(guò)程中的多普引起的時(shí)變信道中大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)的可達(dá)速率表達(dá)式，并分影響以及系統(tǒng)對(duì)此如何優(yōu)化。最后，本文將針對(duì)高鐵這一高速通優(yōu)化方案。實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐的跨越。如圖 1.1 所示。

圖 2.1 單小區(qū)多用戶系統(tǒng)時(shí)間 n ( n 0)開(kāi)始移動(dòng)，我們應(yīng)用自回歸模型[59]： , , ,[ ] [0] [ ], ,b k b k b kg n ag e n b U D)D s T n是時(shí)間相關(guān)參數(shù)，其中0J ()是零階第一類貝塞爾函數(shù)， 是用戶的相對(duì)速度），fc是載波頻率，c 是光速）。 , [ ] b k e n 起的信道誤差矢量，它與,[0]b kg 無(wú)關(guān)。設(shè), ,[ ] [0]b k b kg n ag ，, , ,[ ] [ ] [ ]b k b k b kg n g n e n析上行鏈路的通信，BS 處的接收信號(hào)可以表示為： 0 H H HU U U D BB D P F n G n x n P F n G W n x n F

大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士研究生學(xué)位論文 第二章單小區(qū)多用戶全2.3 示出了 K 6和 10UP dB時(shí)，對(duì)于不同的歸一化多普勒頻移，系統(tǒng)的上速率隨天線數(shù)量N 變化的關(guān)系。從該圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著天線數(shù)量的下行鏈路速率變得越來(lái)越大�？傊�，隨著歸一化多普勒頻移變大，即多普，如我們預(yù)期的那樣，速率損失變得越來(lái)越大。最后，我們觀察到在具有多普勒頻移的情況下，BS 部署更多的天線可以顯著減輕由于多普勒頻移的失。.4 示出了具有 128 個(gè)天線和 10 個(gè)用戶的上行鏈路/下行鏈路速率與用戶速出，隨著用戶速度變大，上行鏈路/下行鏈路速率變得越來(lái)越小，這與我們要的是，我們觀察到當(dāng)用戶移動(dòng)得更快時(shí)，速率從一開(kāi)始就急劇下降，然慢，在這種情況下，通信質(zhì)量相當(dāng)差。

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