高铁通信中的毫米波大规模MIMO波束赋形研究
发布时间：2022-02-12 21:27
高铁通信是交通通信重要组成部分。随着无线通信的发展和乘客需求的提高,高铁通信质量需要显著的提升。高铁通信主要分为两部分:车地通信和车内通信,车地通信和车内通信也分为上行链路和下行链路传输。本文侧重研究的是车地通信的下行链路传输部分。毫米波频率高、波长短,可以显著提高数据的传输速率,是下一代无线通信的研究重点。毫米波通信可以减少天线尺寸,有利于大规模天线技术的使用。而大规模多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）可以降低毫米波因远距离传输带来的损耗问题。特别是波束赋形技术,既可以增大边缘信号的覆盖范围、提高总体吞吐量,还可以抑制干扰。因此毫米波通信与大规模MIMO波束赋形结合起来可以显著提高无线通信的系统性能,从而为下一代高铁通信技术的发展提供有力的支持。本文将毫米波大规模MIMO通信和高铁这种特殊场景结合起来,主要研究的是其中的波束赋形技术。本文研究的主要内容及结果如下:（1）结合传统的MIMO波束赋形方法,分析了一种基于到达角（Direction Of Arrival,DOA）位置波束赋形方法。通过仿真对比了最优波束赋形、传统机会波束赋形...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１高铁通信模型??Ｆｉｇ．?２．１?Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ?ｒａｉｌ?ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??
连海事大学专业学位硕士学位论文???存在估计误差，九为第ｍ根接收天线的到达角，下文将会详细讲述九的计算方法。??表示莱斯信道中的散射部分，这个向量是一个复高斯随机变量，其中每个元素满足均值??为０，方差为１的均匀变化。相关莱斯信道可以表示为：??Ｋｋ＝羅?Ｗ（見）?＋?（２．４）??ｅ＾２ｎｋｄｆｃ＾ｍ?（２．５）??Ｃ??（２）毫米波信道??毫米波之所以称作毫米波是因为它的波长是１到ｌ〇ｍｍ，单位为毫米级，而它的频??率范围是３０ＧＨｚ到３００ＧＨｚ。毫米波的频谱如图２．２所示。??？６?！???＜｜?射频??）．ＪｉｌＢｔ?１??■电裝?＼?＇?Ｊ??ｆ?长中毎Ｉ?｜?ｉ｜?｜?！??５?波续《?ｆｔ?後波丨?《?ｓ賤；＾外§?消线：■线??ｓ分厘丨毫?远中：ｉ??￥米米丨米?釭红??一＿＿＿＿＿＿＿Ｉ＿＿＿＿Ｕ＿＿Ｌｇ丄．揍—ｍｉｄ＿＿Ｊｔ」—ａｉＬ?＿ＬＪ???Ｍ?ｉｈ?３?ｉｌｌ？．?Ｗ｝?ｉｈ?５０?３?以！?．Ｈ＇Ｏ?ｉ：ｋ?ｉｖ?ＴＨ？．??ｍｈ?ｊＯｋＢｊ?３ｉｚ?ｍｍｉ?ｊｏ?ｈ?ｉｎ：??ｌ（！?０００?ｎ?ｉ：丨丨丨ｋ?Ｉ?ｋａ?ＩＤｅ?１０?ｖｃ?＿?（！．?ｉ?ｕｉｉｉ?１０?Ａ?０．！Ａ?０侧．４??！＿ｂ?１Ｇ?ｋｓ?ｉ?ｃ?ｋ?１．２：?ｉ．ｌ?２２?１?ｆｉｘ?Ｏ．Ｕ?ＩＡ?０．０１?Ａ??图２．?２毫米波频谱??Ｆｉｇ．?２．２?Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ?ｗａｖｅ?ｓｐｅｃｔｒｕｍ??毫米波频谱如图２．２所示［３６］，毫米波频率高，波长短，生成的波束窄。但是毫米波??也有很多缺点，比如：绕射能力差，受外界影响大，衰减快。跟传
；?：?：?：?．?：?Ｉ?）??ｆＴ）?：ｎ?ｍ??１１０＇?．?＼＿ｙ?Ｖ＿ｙ?＇??１?＇■：卜＾?Ｃｖ??ｉ，ｎ〇：＇?：：：：：??：?：?：?ｒ：：ｑｒ？ｑ：ｚｊＬ±ｚｂｚ＾??Ｉ?ｊ?ｒ?Ｉ?Ｔ?｜?｜?￣￣｜￣￣￣?Ｉ?．．■■．．．ｊ?Ｉ?－１￣￣￣￣｜?Ｉ?Ｉ?Ｉ?［?Ｉ??＇０?２０?４（）?ｍ?ａ）?ＫＸ）?ＤＯＷ?Ｋｉ）?ＩＳＯ?２Ｘ）２３０２４０３ＳＯ?２８０?．ＴＯ３２０３４０?３Ｃｉ）?ＳＯ－ＫＸ）??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?（ＧＨｚ）??图２．?３毫米波频段的大气吸收率??Ｆｉｇ．?２．３?Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｒａｔｅ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ?ｗａｖｅ?ｂａｎｄ??毫米波频段的大气吸收率如图２．３所示［３７１。从图可以看出随着频率的增加，毫米波??受大气影响衰减是增加的，在６０ＧＨｚ、１２０ＧＨｚ、１８５ＧＨｚ等频率的时候大气吸收率达到??一个高峰，衰减是很严重的。??信道衰落除了跟大气中物质有关，距离也是决定信道衰落大小的一个因素，发射和??接收天线之间的信号衰落强度和距离成正比。信道传播损耗如下式所示：??Ａ〇ｔａ，＝＾（＾）?＋?＾?＋?＾ａｓ＋Ａａｌｎ?（２－６）??从上式可以看出，假设总的损耗用表示，ｚｇａｓ表示大气影响衰减，包括烟雾、??大气压等影响，Ｌｒａｍ则表示降雨或者水蒸气对信号在大气中传输损耗的影响，Ｉ则是??用来表示环境中遮挡物对信号产生的遮挡导致的阴影衰落，最后表示路径损耗。??本文中只考虑路径损耗ｐｚｐ；），它是一个随着高铁行驶距离变远，值就会变大的一个物??理量。路径损耗建模方式有多种，包括基于距离的ＣＩ模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]5G毫米波场景信道建模与发展应用[J]. 郭宇航,陈祎祎,任宇鑫. 信息通信技术与政策. 2018(11)
[2]高铁基于毫米波的自适应波束分合传输方案[J]. 闫莉,方旭明. 电子与信息学报. 2016(01)
[3]60GHz毫米波无线通信技术标准综述[J]. 彭晓明,卓兰. 信息技术与标准化. 2012(12)
博士论文
[1]高铁移动通信系统多天线传输技术研究[D]. 崔亚平.西南交通大学 2017
[2]高铁下一代无线通信系统的波束赋形与大规模多天线传输技术研究[D]. 程梦.西南交通大学 2015
硕士论文
[1]高速移动宽带无线信道模型的研究[D]. 王刚.南京邮电大学 2012
[2]MIMO系统中的信号检测与预编码技术研究[D]. 闫晓鹏.北京邮电大学 2007
本文编号：3622411
【文章来源】：大连海事大学辽宁省211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１高铁通信模型??Ｆｉｇ．?２．１?Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ?ｒａｉｌ?ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??
连海事大学专业学位硕士学位论文???存在估计误差，九为第ｍ根接收天线的到达角，下文将会详细讲述九的计算方法。??表示莱斯信道中的散射部分，这个向量是一个复高斯随机变量，其中每个元素满足均值??为０，方差为１的均匀变化。相关莱斯信道可以表示为：??Ｋｋ＝羅?Ｗ（見）?＋?（２．４）??ｅ＾２ｎｋｄｆｃ＾ｍ?（２．５）??Ｃ??（２）毫米波信道??毫米波之所以称作毫米波是因为它的波长是１到ｌ〇ｍｍ，单位为毫米级，而它的频??率范围是３０ＧＨｚ到３００ＧＨｚ。毫米波的频谱如图２．２所示。??？６?！???＜｜?射频??）．ＪｉｌＢｔ?１??■电裝?＼?＇?Ｊ??ｆ?长中毎Ｉ?｜?ｉ｜?｜?！??５?波续《?ｆｔ?後波丨?《?ｓ賤；＾外§?消线：■线??ｓ分厘丨毫?远中：ｉ??￥米米丨米?釭红??一＿＿＿＿＿＿＿Ｉ＿＿＿＿Ｕ＿＿Ｌｇ丄．揍—ｍｉｄ＿＿Ｊｔ」—ａｉＬ?＿ＬＪ???Ｍ?ｉｈ?３?ｉｌｌ？．?Ｗ｝?ｉｈ?５０?３?以！?．Ｈ＇Ｏ?ｉ：ｋ?ｉｖ?ＴＨ？．??ｍｈ?ｊＯｋＢｊ?３ｉｚ?ｍｍｉ?ｊｏ?ｈ?ｉｎ：??ｌ（！?０００?ｎ?ｉ：丨丨丨ｋ?Ｉ?ｋａ?ＩＤｅ?１０?ｖｃ?＿?（！．?ｉ?ｕｉｉｉ?１０?Ａ?０．！Ａ?０侧．４??！＿ｂ?１Ｇ?ｋｓ?ｉ?ｃ?ｋ?１．２：?ｉ．ｌ?２２?１?ｆｉｘ?Ｏ．Ｕ?ＩＡ?０．０１?Ａ??图２．?２毫米波频谱??Ｆｉｇ．?２．２?Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ?ｗａｖｅ?ｓｐｅｃｔｒｕｍ??毫米波频谱如图２．２所示［３６］，毫米波频率高，波长短，生成的波束窄。但是毫米波??也有很多缺点，比如：绕射能力差，受外界影响大，衰减快。跟传
；?：?：?：?．?：?Ｉ?）??ｆＴ）?：ｎ?ｍ??１１０＇?．?＼＿ｙ?Ｖ＿ｙ?＇??１?＇■：卜＾?Ｃｖ??ｉ，ｎ〇：＇?：：：：：??：?：?：?ｒ：：ｑｒ？ｑ：ｚｊＬ±ｚｂｚ＾??Ｉ?ｊ?ｒ?Ｉ?Ｔ?｜?｜?￣￣｜￣￣￣?Ｉ?．．■■．．．ｊ?Ｉ?－１￣￣￣￣｜?Ｉ?Ｉ?Ｉ?［?Ｉ??＇０?２０?４（）?ｍ?ａ）?ＫＸ）?ＤＯＷ?Ｋｉ）?ＩＳＯ?２Ｘ）２３０２４０３ＳＯ?２８０?．ＴＯ３２０３４０?３Ｃｉ）?ＳＯ－ＫＸ）??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?（ＧＨｚ）??图２．?３毫米波频段的大气吸收率??Ｆｉｇ．?２．３?Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｒａｔｅ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ?ｗａｖｅ?ｂａｎｄ??毫米波频段的大气吸收率如图２．３所示［３７１。从图可以看出随着频率的增加，毫米波??受大气影响衰减是增加的，在６０ＧＨｚ、１２０ＧＨｚ、１８５ＧＨｚ等频率的时候大气吸收率达到??一个高峰，衰减是很严重的。??信道衰落除了跟大气中物质有关，距离也是决定信道衰落大小的一个因素，发射和??接收天线之间的信号衰落强度和距离成正比。信道传播损耗如下式所示：??Ａ〇ｔａ，＝＾（＾）?＋?＾?＋?＾ａｓ＋Ａａｌｎ?（２－６）??从上式可以看出，假设总的损耗用表示，ｚｇａｓ表示大气影响衰减，包括烟雾、??大气压等影响，Ｌｒａｍ则表示降雨或者水蒸气对信号在大气中传输损耗的影响，Ｉ则是??用来表示环境中遮挡物对信号产生的遮挡导致的阴影衰落，最后表示路径损耗。??本文中只考虑路径损耗ｐｚｐ；），它是一个随着高铁行驶距离变远，值就会变大的一个物??理量。路径损耗建模方式有多种，包括基于距离的ＣＩ模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]5G毫米波场景信道建模与发展应用[J]. 郭宇航,陈祎祎,任宇鑫. 信息通信技术与政策. 2018(11)
[2]高铁基于毫米波的自适应波束分合传输方案[J]. 闫莉,方旭明. 电子与信息学报. 2016(01)
[3]60GHz毫米波无线通信技术标准综述[J]. 彭晓明,卓兰. 信息技术与标准化. 2012(12)
博士论文
[1]高铁移动通信系统多天线传输技术研究[D]. 崔亚平.西南交通大学 2017
[2]高铁下一代无线通信系统的波束赋形与大规模多天线传输技术研究[D]. 程梦.西南交通大学 2015
硕士论文
[1]高速移动宽带无线信道模型的研究[D]. 王刚.南京邮电大学 2012
[2]MIMO系统中的信号检测与预编码技术研究[D]. 闫晓鹏.北京邮电大学 2007
本文编号：3622411
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