高速环境下MIMO信道参数估计及建模研究

发布时间：2017-07-08 06:32

  本文关键词：高速环境下MIMO信道参数估计及建模研究

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【摘要】：近年来,高速铁路在全世界范围内经历了蓬勃的发展,高铁带来的强大运输能力以及全面的经济效益获得了全社会的肯定。预计在将来的一段时间内,高速铁路将会持续当今的发展势头,以满足社会发展的必然需要。高速铁路列车速度快,载客量大,其大面积应用以及移动互联网迅速发展所带来宽带业务需求也给高铁环境下的无线通信带来了更高的挑战。以往的高速铁路通信系统已经无法满足最新的需求。现如今,随着无线蜂窝通信网络的高速发展,4G LTE技术经历了充分的研究、发展以及商用,其体现出的优良通信性能使其成为解决高铁无线通信的研究重点。 本课题以此为基础,搭建了适用于高速铁路环境的信道测量平台,提出了进行参数估计的算法,并利用搭建的平台与提出的算法展开在高速铁路环境下的实地测量,通过测量结果搭建真实准确的高速铁路环境下的传输信道模型,为今后高铁无线通信系统的研究提供了可靠而宝贵的参考数据及研究工具。 本文首先研究了在高速铁路特定场景下无线电波的传播特性,分析了在高速铁路下建立及优化无线通信系统的主要挑战,并提出了本课题研究过程的重点及难点,着重提出了建立高速铁路下信道模型的重要性。文章分析了信道参数估计已有的主要算法,分别介绍了谱估计法、参数子空间估计法以及确定参数估计法三类方法并对其代表算法进行了分析,分析了各算法的原理、步骤、优缺点以及适用条件。随后重点介绍分析了本课题所应用的空间转换期望最大算法(SAGE),对SAG E算法的性能进行了具体的仿真分析,推导了适用于本课题实地测量的步骤,并利用Matlab搭建了数据处理平台。介绍了实地测量的原理及所搭建的测量平台后,本文对哈尔滨-大连高铁线路的实地测量数据进行了全面的处理分析,给出了山地、高架桥、开阔地以及城区的参数处理结果,重点研究了路径损耗、阴影衰落、功率延迟分布等参数,提出了各个场景下的对数距离路径损耗模型以及延迟线模型。 本文所提出的测量方案、参数处理算法以及最终提出的参数处理结果将为将来的高速铁路通信系统研究提供宝贵的参考价值。
【关键词】：高速铁路 信道建模 信道测量 参数估计
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U285.2;TN919.3;TN911.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题背景9-10
• 1.1.1 高速铁路运输的蓬勃发展9
• 1.1.2 高速铁路无线通信系统的新挑战9-10
• 1.2 研究意义10-11
• 1.3 研究现状11-12
• 1.3.1 无线信道参数估计技术11
• 1.3.2 信道建模技术11-12
• 1.4 本文主要内容及安排12-15
• 第二章 无线信道电波传播特性15-22
• 2.1 概述15
• 2.2 大尺度衰落15-17
• 2.2.1 自由空间传播模型16
• 2.2.2 对数正态阴影模型16-17
• 2.3 小尺度衰落17-20
• 2.3.1 频率选择性衰落17-18
• 2.3.2 时间选择性衰落18-19
• 2.3.3 空间选择性衰落19-20
• 2.4 高速铁路环境下电波传播特性20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 无线信道参数估计算法22-44
• 3.1 谱估计22-25
• 3.1.1 MUSIC算法原理介绍22-24
• 3.1.2 MISIC算法的性能仿真分析24-25
• 3.2 参数子空间估计25-27
• 3.2.1 ESPRIT算法原理介绍26-27
• 3.2.2 ESPRIT算法与MUSIC算法性能比较27
• 3.3 确定参数估计27-30
• 3.3.1 最大似然估计(ML)算法28
• 3.3.2 期望最大(EM)算法28-29
• 3.3.3 空间转换期望最大(SAGE)算法29-30
• 3.4 SAGE算法原理介绍30-38
• 3.4.1 空间转换期望最大(SAGE)算法中的传播模型30-32
• 3.4.2 信道探测技术和探测信号32-34
• 3.4.3 SAGE算法步骤34-38
• 3.5 SAGE算法的性能仿真分析38-43
• 3.5.1 仿真参数设置38-39
• 3.5.2 速度对参数估计的影响39-41
• 3.5.3 天线阵列对参数估计的影响41-43
• 3.5.4 快拍数对参数估计的影响43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 高速铁路测量方案与测量平台的搭建44-57
• 4.1 基本原理44-45
• 4.2 参数设置45-46
• 4.2.1 发射端参数45
• 4.2.2 接收端参数45-46
• 4.3 数据处理方法46-55
• 4.3.1 大尺度参数处理原理与步骤46-48
• 4.3.2 小尺度参数处理原理与步骤48-54
• 4.3.3 SAGE在高铁2~*2信道实测中的应用54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 高铁实地测量数据的拟合与分析57-73
• 5.1 实测场景概述57
• 5.2 高速铁路场景的测量结果与分析57-71
• 5.2.1 山地57-62
• 5.2.2 高架桥62-65
• 5.2.3 开阔地65-69
• 5.2.4 城区69-71
• 5.3 与经典模型的对比71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 论文工作总结73-74
• 6.2 进一步研究工作74-75
• 参考文献75-77
• 致谢77-79
• 攻读学位期间发表的学术论文目录79

【参考文献】

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1 张燕;王玉v，

本文编号：533390