本文關(guān)鍵詞：高鐵場(chǎng)景下無線信道特性與系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：中國(guó)高速鐵路(High-Speed Railway—HSR)的發(fā)展舉世矚目,推動(dòng)了其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的崛起和發(fā)展,例如通信、機(jī)械制造以及電力等,進(jìn)而產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益。隨著中國(guó)邁入4G時(shí)代,寬帶移動(dòng)通信已經(jīng)成為高鐵服務(wù)中不可缺少的一部分,旅客希望在高速列車上通過寬帶接入來體驗(yàn)音頻、視頻、高速上傳及下載等服務(wù)。本論文以高速鐵路寬帶無線接入為研究對(duì)象,著重研究了高速鐵路寬帶無線接入條件下的信道特性以及系統(tǒng)性能優(yōu)化的方法,主要內(nèi)容包括： 對(duì)高鐵場(chǎng)景下信道測(cè)量方法和分析方法進(jìn)行了研究。從測(cè)量原理出發(fā)總結(jié)了常用的信道測(cè)量方法,比較了業(yè)內(nèi)常用的三種測(cè)量設(shè)備(包括德國(guó)RUSK,芬蘭PropSound和芬蘭的TKK Sounder)的參數(shù)和特點(diǎn)。驗(yàn)證了基于WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)的信道測(cè)量與基于PropSound的信道測(cè)量的可行性,包括實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)以及實(shí)際測(cè)量驗(yàn)證,并對(duì)測(cè)量的基本參數(shù)進(jìn)行分析。在測(cè)量數(shù)據(jù)的提取方法中,根據(jù)不同測(cè)試帶寬的需求,本文提出了局部最大化法,門限限定法和分簇識(shí)別法三種多徑搜索方法,通過實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)比較了三種搜索方法的不同。最后總結(jié)了常用的建模方法,分析了抽頭延遲線模型(Tap Delay Line—TDL),簇延遲線模型(Cluster Delay Line—CDL)和非平穩(wěn)狀態(tài)下基于馬爾科夫鏈的TDL信道模型的原理。 為了深入研究高鐵場(chǎng)景下無線信道衰落特性,在鄭西線開展了基于2.35GHz頻點(diǎn),帶寬為50MHz的信道測(cè)量。根據(jù)列車穿越基站過程中可分辨多徑的變化,將整個(gè)測(cè)量過程分為RA (Remote Area)、TA (Toward Area)、CA (Close Area)和AA (Arrival Area)四個(gè)區(qū)域。通過對(duì)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的分析可得,高鐵場(chǎng)景下的信道特性受兩個(gè)因素影響：由列車兩側(cè)的電桿產(chǎn)生的規(guī)律性散射以及由周圍其他散射體產(chǎn)生的不規(guī)律性散射。根據(jù)這兩種不同的散射,本文提出一種聯(lián)合理論模型和統(tǒng)計(jì)模型的混合簇模型。該模型包含不同區(qū)域中的簇?cái)?shù)量,平均簇增益以及每一簇中的平均多徑分量(Multipath Component—MPC)數(shù)量和平均MPC衰落系數(shù)等參數(shù)。同時(shí)本文利用測(cè)試數(shù)據(jù)分析了高鐵高架橋場(chǎng)景下信道的時(shí)域特性、頻域特性以及列車穿越基站過程中多普勒的變化特性。通過與其他信道模型以及測(cè)量數(shù)據(jù)的比對(duì),發(fā)現(xiàn)其中的相似性。最后為評(píng)估所提出信道模型的準(zhǔn)確性,利用Matlab根據(jù)信道模型參數(shù)產(chǎn)生大量隨機(jī)的信道沖激響應(yīng)(Channel Impulse Response—CIR),并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,將仿真的信道特性參數(shù)與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的信道特性參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證其一致性。 作為L(zhǎng)TE (Long Term Evolution)的下行調(diào)制技術(shù),正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division multiplex—OFDM)容易受到頻率偏差的影響。由于OFDM系統(tǒng)子載波之間頻譜相互重疊,要求子載波之間相互正交,而高速條件下產(chǎn)生的多普勒會(huì)破壞OFDM系統(tǒng)子載波之間的正交性,產(chǎn)生載波間干擾(Inter-carrier Interference—ICI)。本文研究了高鐵環(huán)境中基于兩跳通信架構(gòu)的OFDMA系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)資源分配,該架構(gòu)中車頂?shù)囊苿?dòng)基站(Moving Base Station—MBS)將地面基站(Base Station—BS)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至車廂內(nèi)部用戶(User Equipment—UE)。文中以最大化系統(tǒng)容量為目標(biāo)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù),通過子載波分配,載波配對(duì)以及功率分配對(duì)抗由多普勒產(chǎn)生的ICI影響。由于ICI的復(fù)雜表達(dá)式,目標(biāo)函數(shù)的聯(lián)合優(yōu)化問題被分解為三個(gè)次優(yōu)的問題。在優(yōu)化問題中,受載波間干擾的影響,功率的優(yōu)化問題是一個(gè)非凸問題,因此采用移動(dòng)基站端和基站端的迭代功率優(yōu)化。為了降低基于單個(gè)子載波的功率分配的復(fù)雜度,本文利用了相鄰子載波間的相關(guān)性,采用基于資源塊的資源分配可降低系統(tǒng)復(fù)雜度。仿真結(jié)果表明,功率迭代優(yōu)化具有收斂性,且采用提出的優(yōu)化方式可以有效的改善系統(tǒng)容量。 最后分析了高速移動(dòng)條件下寬帶無線接入的信道特性,高速移動(dòng)帶來的多普勒頻偏擴(kuò)展較大,導(dǎo)致信道快速衰落。本文以高速條件下信道的時(shí)變特性為基礎(chǔ),對(duì)OFDM在高速條件下所受干擾進(jìn)行推導(dǎo),得到OFDM在傳輸過程中的頻域信道矩陣,通過仿真驗(yàn)證多普勒越大,其所受ICI越嚴(yán)重。文中提出一種聯(lián)合符號(hào)時(shí)域插值的信道估計(jì)方法,建立時(shí)域的時(shí)變沖激響應(yīng)矩陣,從而轉(zhuǎn)換為等效的信道頻域響應(yīng)矩陣,該矩陣中對(duì)角線元素為信道抽頭衰落增益,而非對(duì)角線元素則為ICI干擾系數(shù)。采用連續(xù)干擾消除的方法,根據(jù)信干比(Signal to Interference Ratio—SIR)的大小對(duì)子載波逐一進(jìn)行解調(diào),同時(shí)消除該子載波對(duì)其他子載波的影響,與并行干擾消除相比,采用連續(xù)干擾消除可進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。
【關(guān)鍵詞】：高速鐵路 信道測(cè)量與建模 LTE 資源分配 多普勒 子載波間干擾消除
【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】：2015
【分類號(hào)】：U285.2;TN929.5
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 序言11-12
• 縮略語說明12-17
• 1 引言17-25
• 1.1 研究背景和意義17-19
• 1.2 高鐵場(chǎng)景下的通信架構(gòu)19
• 1.3 高鐵場(chǎng)景下通信的特點(diǎn)19-21
• 1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-23
• 1.4.1 高鐵場(chǎng)景下信道測(cè)量與建模研究現(xiàn)狀21-22
• 1.4.2 高鐵場(chǎng)景下系統(tǒng)優(yōu)化研究現(xiàn)狀22-23
• 1.5 本文的主要工作及內(nèi)容安排23-25
• 2 高鐵場(chǎng)景下信道測(cè)量方法和分析方法的研究25-51
• 2.1 高速鐵路場(chǎng)景下信道測(cè)量的難點(diǎn)25-26
• 2.2 信道測(cè)量原理及方法26-32
• 2.2.1 周期性脈沖測(cè)試方法27
• 2.2.2 偽隨機(jī)序列無線信道探測(cè)方法27-28
• 2.2.3 頻域信道探測(cè)方法28-29
• 2.2.4 多天線信道探測(cè)方法29-31
• 2.2.5 基于無線蜂窩的高鐵信道測(cè)量方法31-32
• 2.3 基于WCDMA的信道測(cè)量可行性驗(yàn)證32-40
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)33-34
• 2.3.2 鄭西線現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試34-38
• 2.3.3 京津線現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試38-40
• 2.4 基于PROPSOUND的信道測(cè)量可行性驗(yàn)證40-41
• 2.5 數(shù)據(jù)提取方法41-45
• 2.5.1 選取噪底42
• 2.5.2 多徑搜索方法42-45
• 2.6 建模方法45-49
• 2.6.1 TDL模型45-46
• 2.6.2 CDL模型46-48
• 2.6.3 非平穩(wěn)狀態(tài)下基于馬爾科夫鏈的TDL模型48-49
• 2.7 本章小結(jié)49-51
• 3 基于實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的高鐵無線信道模型51-75
• 3.1 測(cè)試場(chǎng)景和參數(shù)描述51-53
• 3.2 數(shù)據(jù)處理53-54
• 3.3 參數(shù)提取54-60
• 3.3.1 理論模型參數(shù)提取57-59
• 3.3.2 簇模型參數(shù)59-60
• 3.4 參數(shù)分析60-67
• 3.4.1 頻域相關(guān)性61-63
• 3.4.2 時(shí)域特性63-66
• 3.4.3 高速條件下的信道非平穩(wěn)特性66
• 3.4.4 基于位置的多普勒衰落特征66-67
• 3.5 混合多徑傳播模型67-69
• 3.6 信道模型的對(duì)比與驗(yàn)證69-74
• 3.6.1 測(cè)量結(jié)果對(duì)比69-70
• 3.6.2 統(tǒng)計(jì)模型驗(yàn)證70-72
• 3.6.3 理論模型的驗(yàn)證72-74
• 3.7 本章小結(jié)74-75
• 4 高鐵環(huán)境下LTE系統(tǒng)基于車載基站的資源分配75-97
• 4.1 系統(tǒng)模型75-78
• 4.2 資源分配算法78-88
• 4.2.1 已知子載波分配和載波配對(duì)時(shí)的功率優(yōu)化分配78-85
• 4.2.2 已知功率分配和子載波分配條件下的子載波配對(duì)85-86
• 4.2.3 已知功率分配和子載波配對(duì)條件下的子載波分配86-87
• 4.2.4 算法總結(jié)87-88
• 4.3 基于資源塊的資源分配88-90
• 4.4 復(fù)雜度分析90
• 4.5 仿真結(jié)果90-96
• 4.5.1 收斂性90-92
• 4.5.2 容量性能92-94
• 4.5.3 高鐵場(chǎng)景下的性能測(cè)試94-96
• 4.6 本章小結(jié)96-97
• 5 LTE在高速移動(dòng)條件下的載波間干擾消除97-117
• 5.1 高速條件下的無線信道特性97-100
• 5.1.1 信道的頻率選擇性衰落97-98
• 5.1.2 信道的時(shí)間選擇性衰落98-99
• 5.1.3 多普勒功率譜99-100
• 5.2 信道的時(shí)變性分析100-102
• 5.3 OFDM在高速移動(dòng)條件下的干擾分析102-106
• 5.4 信道估計(jì)106-110
• 5.4.1 頻域信道估計(jì)107-108
• 5.4.2 時(shí)域信道估計(jì)108-109
• 5.4.3 聯(lián)合符號(hào)時(shí)域差值信道估計(jì)109-110
• 5.5 載波間干擾消除技術(shù)110-111
• 5.6 子載波連續(xù)迭代消除ICI111-112
• 5.7 仿真結(jié)果112-116
• 5.8 本章小結(jié)116-117
• 6 總結(jié)與展望117-121
• 6.1 本文主要貢獻(xiàn)117-118
• 6.2 下一步研究工作展望118-121
• 參考文獻(xiàn)121-129
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果129-133
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集133

【參考文獻(xiàn)】

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8 劉留;陶成;邱佳慧;余立;董偉輝;;高速鐵路寬帶無線信道測(cè)量方法研究[J];鐵道學(xué)報(bào);2011年05期

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本文編號(hào)：320993