高速铁路环境下MIMO-STBC技术的研究
发布时间：2021-08-13 16:00
GSM-R技术已广泛应用于我国高速铁路线路上,但随着铁路各项业务的增加,GSM-R作为窄带通信系统难以满足更多的列车通信信息服务,因此国际铁路联盟提出了高速铁路通信将采用铁路宽带移动通信系统（LTE-R）技术发展战略。LTE-R系统在网络架构、频点规划、网络吞吐量以及业务拓展等能力上都大大超越了 GSM-R系统,而MIMO技术作为LTE-R系统中的关键技术,可以利用多天线设计提升数据的传输能力,通过空间复用技术和空间分集技术为系统提供复用增益和分集增益。鉴于MIMO技术能够有效提高系统的信道容量与可靠性,本文尝试将MIMO技术引入高速铁路环境中,重点对STBC的编译码设计和误码性能进行研究,为高速铁路环境下MIMO技术的设计及参数配置提供了参考依据,具有很强的的现实意义。本文研究工作主要包括以下几个方面:（1）在调研国内外MIMO技术和空时编码技术发展历程、总结MIMO技术在铁路通信领域的研究基础之上,分析了无线信道特征与高速铁路环境下信道的传输特性,对Okumura-Hata模型、COST-207模型、WINNER Ⅱ模型三种常用的高速铁路信道模型进行对比,并重点研究了WINNERⅡ...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１无线信道多径模型??Ｆｉｇ．?２．１?Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｗｉｒｅｌｅｓｓ?ｃｈａｎｎｅｌ??
?第二章高速铁路环境下的信道建模???道路径中进行运动所导致，另一种是基站和移动台与之间产生相对运动使接收信号??出现了频率偏移，也称作多普勒频移。列车在运行中产生的多普勒频移如图２．２所示。??Ｂｓ／???Ｚ?，??／〇????ｄ??／?Ｖ??图２．２多普勒频移示意图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｄｏｐｐｌｅｒ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｓｈｉｆｔ?ｄｉａｇｒａｍ??图２．２中，ｖ——列车的行驶速度，ｋｍ／ｈ；??ｄ—－基站覆盖的半径长度，ｍ；??ｈ——铁路与基站的间距，ｍ。??多普勒频移可表示为：??ｆｄ?＝／－－－ｃｏｓ＾?（２．９）??ｃ??ａ＝＾ｆＡ?（２．１０）??ＣＰ??上式中，／——信号载频，Ｈｚ；??ｅ——列车运行方向和电波传播方向之间的夹角；??ｍａｘ＾）?最大多普勒频移，Ｈｚ；??ａ——影响因子；??ＣＰ——子载波带宽，Ｈｚ。??当ＣＰ＝１５尺／／ｚ时，影响因子ａ在不同频段下的计算如表２．１所示。??由表２．１可知，当ａ＜２．５％时，系统性能受到的多普勒频移的影响可忽略不计；当??ａ?＞５％时，所受影响较大，这时要对系统进行多普勒补偿。针对高速铁路宽带无线通信??系统，当系统所处频段为低频段（１ＧＨｚ以下）时，系统性能受到的影响很轻微；但所处??频段为高频段（１ＧＨｚ以上）时，系统性能受到的影响较大，而且频段和速度越高，影响??越严重，只有对系统进行多普勒补偿，才能减少多普勒频移对高速铁路通信质量造成的??影响。??１１??
?第二章高速铁路环境下的信道建模???，ｒ?Ｖ?Ｖ?Ｉ??ｈ?ｈ?ｈ?ｆ／ｖ??——心。２（＾??丫丫???Ｉ?????，??Ｓ?｜￣￣＊？??图２．４?ＣＯＳＴ－２０７信道模型??Ｆｉｇ．?２．４?Ｔｈｅ?ｃｈａｎｎｅｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ＣＯＳＴ－２０７??ＣＯＳＴ－２０７模型包含了四种较为典型的信道模型，即Ｊａｋｅｓ模型、Ｒｉｃｅ模型、Ｇａｕｓｓ??Ｉ及Ｇａｕｓｓ?ＩＩ模型。??Ｊａｋｅｓ信道模型通常多用于简单的移动信道仿真中，若用人表示最大多普勒频移，??贝ｉｊ?Ｊａｋｅｓ信道中的频谱表达式为：??Ｋｆｈ——，１．（２．１７）??其功率谱如图２．５所示。??０．０２５??１?１?１?１?１?１?１?１?１???Ｉ?Ｊａｋｅｓ?；??０．０２??０．０１５?－??Ｉ??０．０１?－＼?－??０．００５?－?－??Ｑ???Ｊ，—??Ｉ?Ｊ?｜?Ｉ?Ｉ?｜??｜????－１００?－８０?－６０?－４０?－２０?０?２０?４０?６０?８０?１００??ｆ??图２．５?Ｊａｋｅｓ信道模型功率谱??Ｆｉｇ．?２．５?Ｔｈｅ?ｐｏｗｅｒ?ｓｐｅｃｔｒｕｍ?ｏｆ?ｊａｋｅｓ?ｃｈａｎｎｅｌ?ｍｏｄｅｌ??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]LTE-R通信系统的关键技术研究[J]. 沈瑜,王新新. 自动化与仪器仪表. 2017(11)
[2]简谈LTE-R网络在铁路无线通信系统的发展趋势[J]. 赵翔. 铁路通信信号工程技术. 2016(06)
[3]高速铁路场景无线信道理论与方法研究[J]. 钟章队,艾渤,官科,何睿斯,熊磊. 北京交通大学学报. 2016(04)
[4]高铁场景下无线信道传输性能的研究[J]. 李栋. 铁道通信信号. 2016(05)
[5]下一代铁路移动通信系统LTE-R技术的研究与分析[J]. 贾路颖,王晓蕾. 信息通信. 2016(05)
[6]干扰及其抑制[J]. 董杰. 科技与创新. 2016(05)
[7]LTE-A室内环境的WINNERII信道性能分析[J]. 董丽,陈发堂,陈雷成. 广东通信技术. 2015(06)
[8]高速铁路无线传播信道测量与建模综述[J]. 刘留,陶成,陈后金,周涛,孙溶辰,邱佳慧. 通信学报. 2014(01)
[9]列车高速运动过程中多普勒频偏及误码率分析[J]. 金心宇,吴端坡,吴砥柱. 铁道学报. 2012(04)
[10]基于无线通信的空时编码技术[J]. 李展癸. 移动通信. 2012(07)
博士论文
[1]MIMO无线通信系统中的空时编码方法研究[D]. 敖珺.西安电子科技大学 2009
硕士论文
[1]3D MIMO技术组网可行性研究[D]. 汤淼.南京邮电大学 2018
[2]基于USRP在高速铁路环境下MIMO的传输设计[D]. 谢迪.大连交通大学 2018
[3]基于3D信道模型的波束赋形算法的研究[D]. 王玉乾.西安电子科技大学 2017
[4]LTE-A系统中MIMO检测技术研究及其DSP实现[D]. 刘雨非.电子科技大学 2015
[5]高速铁路环境下无线信道特性与建模研究[D]. 刘旭.北京交通大学 2015
[6]MIMO系统空时编码技术研究[D]. 郑春元.南京邮电大学 2015
[7]多用户无线系统中的分集技术研究[D]. 李骥.河北大学 2014
[8]高速移动环境下LTE空时分组编码的研究与实现[D]. 张伟华.北京交通大学 2014
[9]时变衰落信道下空时分组码的研究与性能仿真[D]. 王亮.东北大学 2013
[10]MIMO空时编码系统应用研究[D]. 田启顺.南京邮电大学 2013
本文编号：3340724
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１无线信道多径模型??Ｆｉｇ．?２．１?Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｗｉｒｅｌｅｓｓ?ｃｈａｎｎｅｌ??
?第二章高速铁路环境下的信道建模???道路径中进行运动所导致，另一种是基站和移动台与之间产生相对运动使接收信号??出现了频率偏移，也称作多普勒频移。列车在运行中产生的多普勒频移如图２．２所示。??Ｂｓ／???Ｚ?，??／〇????ｄ??／?Ｖ??图２．２多普勒频移示意图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｄｏｐｐｌｅｒ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｓｈｉｆｔ?ｄｉａｇｒａｍ??图２．２中，ｖ——列车的行驶速度，ｋｍ／ｈ；??ｄ—－基站覆盖的半径长度，ｍ；??ｈ——铁路与基站的间距，ｍ。??多普勒频移可表示为：??ｆｄ?＝／－－－ｃｏｓ＾?（２．９）??ｃ??ａ＝＾ｆＡ?（２．１０）??ＣＰ??上式中，／——信号载频，Ｈｚ；??ｅ——列车运行方向和电波传播方向之间的夹角；??ｍａｘ＾）?最大多普勒频移，Ｈｚ；??ａ——影响因子；??ＣＰ——子载波带宽，Ｈｚ。??当ＣＰ＝１５尺／／ｚ时，影响因子ａ在不同频段下的计算如表２．１所示。??由表２．１可知，当ａ＜２．５％时，系统性能受到的多普勒频移的影响可忽略不计；当??ａ?＞５％时，所受影响较大，这时要对系统进行多普勒补偿。针对高速铁路宽带无线通信??系统，当系统所处频段为低频段（１ＧＨｚ以下）时，系统性能受到的影响很轻微；但所处??频段为高频段（１ＧＨｚ以上）时，系统性能受到的影响较大，而且频段和速度越高，影响??越严重，只有对系统进行多普勒补偿，才能减少多普勒频移对高速铁路通信质量造成的??影响。??１１??
?第二章高速铁路环境下的信道建模???，ｒ?Ｖ?Ｖ?Ｉ??ｈ?ｈ?ｈ?ｆ／ｖ??——心。２（＾??丫丫???Ｉ?????，??Ｓ?｜￣￣＊？??图２．４?ＣＯＳＴ－２０７信道模型??Ｆｉｇ．?２．４?Ｔｈｅ?ｃｈａｎｎｅｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ＣＯＳＴ－２０７??ＣＯＳＴ－２０７模型包含了四种较为典型的信道模型，即Ｊａｋｅｓ模型、Ｒｉｃｅ模型、Ｇａｕｓｓ??Ｉ及Ｇａｕｓｓ?ＩＩ模型。??Ｊａｋｅｓ信道模型通常多用于简单的移动信道仿真中，若用人表示最大多普勒频移，??贝ｉｊ?Ｊａｋｅｓ信道中的频谱表达式为：??Ｋｆｈ——，１．（２．１７）??其功率谱如图２．５所示。??０．０２５??１?１?１?１?１?１?１?１?１???Ｉ?Ｊａｋｅｓ?；??０．０２??０．０１５?－??Ｉ??０．０１?－＼?－??０．００５?－?－??Ｑ???Ｊ，—??Ｉ?Ｊ?｜?Ｉ?Ｉ?｜??｜????－１００?－８０?－６０?－４０?－２０?０?２０?４０?６０?８０?１００??ｆ??图２．５?Ｊａｋｅｓ信道模型功率谱??Ｆｉｇ．?２．５?Ｔｈｅ?ｐｏｗｅｒ?ｓｐｅｃｔｒｕｍ?ｏｆ?ｊａｋｅｓ?ｃｈａｎｎｅｌ?ｍｏｄｅｌ??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]LTE-R通信系统的关键技术研究[J]. 沈瑜,王新新. 自动化与仪器仪表. 2017(11)
[2]简谈LTE-R网络在铁路无线通信系统的发展趋势[J]. 赵翔. 铁路通信信号工程技术. 2016(06)
[3]高速铁路场景无线信道理论与方法研究[J]. 钟章队,艾渤,官科,何睿斯,熊磊. 北京交通大学学报. 2016(04)
[4]高铁场景下无线信道传输性能的研究[J]. 李栋. 铁道通信信号. 2016(05)
[5]下一代铁路移动通信系统LTE-R技术的研究与分析[J]. 贾路颖,王晓蕾. 信息通信. 2016(05)
[6]干扰及其抑制[J]. 董杰. 科技与创新. 2016(05)
[7]LTE-A室内环境的WINNERII信道性能分析[J]. 董丽,陈发堂,陈雷成. 广东通信技术. 2015(06)
[8]高速铁路无线传播信道测量与建模综述[J]. 刘留,陶成,陈后金,周涛,孙溶辰,邱佳慧. 通信学报. 2014(01)
[9]列车高速运动过程中多普勒频偏及误码率分析[J]. 金心宇,吴端坡,吴砥柱. 铁道学报. 2012(04)
[10]基于无线通信的空时编码技术[J]. 李展癸. 移动通信. 2012(07)
博士论文
[1]MIMO无线通信系统中的空时编码方法研究[D]. 敖珺.西安电子科技大学 2009
硕士论文
[1]3D MIMO技术组网可行性研究[D]. 汤淼.南京邮电大学 2018
[2]基于USRP在高速铁路环境下MIMO的传输设计[D]. 谢迪.大连交通大学 2018
[3]基于3D信道模型的波束赋形算法的研究[D]. 王玉乾.西安电子科技大学 2017
[4]LTE-A系统中MIMO检测技术研究及其DSP实现[D]. 刘雨非.电子科技大学 2015
[5]高速铁路环境下无线信道特性与建模研究[D]. 刘旭.北京交通大学 2015
[6]MIMO系统空时编码技术研究[D]. 郑春元.南京邮电大学 2015
[7]多用户无线系统中的分集技术研究[D]. 李骥.河北大学 2014
[8]高速移动环境下LTE空时分组编码的研究与实现[D]. 张伟华.北京交通大学 2014
[9]时变衰落信道下空时分组码的研究与性能仿真[D]. 王亮.东北大学 2013
[10]MIMO空时编码系统应用研究[D]. 田启顺.南京邮电大学 2013
本文编号：3340724
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