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高速铁路宽带无线信道特性分析与仿真方法研究

发布时间:2018-04-10 12:33

  本文选题:高速铁路 + SFN场景 ; 参考:《北京交通大学》2017年硕士论文


【摘要】:近年来,高速铁路飞速发展。用户在乘坐高铁的过程中,大量使用智能手机和平板电脑等移动终端,对移动通信数据需求不断增加,因此,研究高速铁路宽带移动通信系统具有重要意义。高速铁路场景具有特殊的电波传播环境、以线状覆盖方式为主、多普勒频移较大等特点。单频网(Single Frequency Network,SFN)场景是3GPP针对高速铁路确定的典型场景。SFN场景下的无线信道模型与传统的无线信道存在显著不同,主要体现在:1)传统无线信道模型多为统计模型,而SFN信道模型是确定性模型,多普勒频移、时延和功率是确定的;2)传统信道模型假定信道特性不随时间发生变化,即信道是平稳的,而SFN信道模型中各参数均随时间动态变化,信道是非平稳的。因此,传统的信道仿真方法不完全适用于高速铁路SFN场景下无线信道研究,有必要开展高速铁路宽带无线信道特性分析和仿真方法研究。本论文的主要内容如下:(1)对3GPP在高速铁路场景及无线信道建模的研究进展进行调研,分析SFN场景、隧道中的泄漏电缆场景和单向RRH布置场景等三大典型场景的特点,选取在高速铁路沿线场景中占比最大的SFN场景作为研究重点,选取单径和两径SFN信道模型作为研究对象;(2)研究了 SFN信道模型的仿真方法,提出了非平稳信道冲激响应生成方法,实现了对各动态变化的信道参数(多普勒频移、时延和功率)的精确模拟;(3)在LTE链路仿真平台上,基于单径和两径SFN信道模型,设计了仿真案例,评估多普勒频移和多径干扰对LTE系统性能的影响,提出高速铁路SFN组网条件下天线类型选择及网络部署建议;(4)分析了SFN场景下的MIMO信道特性,研究了基于相关矩阵的MIMO信道仿真方法,提出了改进的MIMO信道模型,确定了 MIMO技术在SFN场景下的适用性。本论文的研究成果可以应用于高速铁路场景的公网LTE系统,也可以用于下一代铁路专用移动通信系统(LTE for Railways,LTE-R)的关键技术研究、系统设计、设备研发、网络部署等。
[Abstract]:In recent years, high-speed railway has developed rapidly.In the process of high-speed rail, users use a large number of mobile terminals such as smart phones and tablets, so the demand for mobile communication data is increasing. Therefore, it is of great significance to study the high-speed railway broadband mobile communication system.The scene of high-speed railway is characterized by special radio wave propagation environment, mainly linear coverage mode, large Doppler frequency shift and so on.Single Frequency Network (SFN) scenario is a typical scenario determined by 3GPP for high-speed railway. The wireless channel model under SFN scenario is significantly different from the traditional wireless channel model, mainly reflected in: 1) the traditional wireless channel models are mostly statistical models.The SFN channel model is deterministic, and the Doppler shift, delay and power are deterministic. The traditional channel model assumes that the channel characteristics do not change with time, that is, the channel is stationary, while the parameters of the SFN channel model change dynamically with time.The channel is non-stationary.Therefore, the traditional channel simulation method is not fully applicable to the research of wireless channel in high-speed railway SFN scenario. It is necessary to study the characteristics of broadband wireless channel in high-speed railway and the simulation method.The main contents of this thesis are as follows: (1) the research progress of 3GPP in high-speed railway scene and wireless channel modeling is investigated, and the characteristics of three typical scenarios, such as SFN scene, leakage cable scene in tunnel and one-way RRH layout scene, are analyzed.The SFN scene, which has the largest proportion in the high-speed railway scene, is chosen as the research focus. The single-path and two-path SFN channel model is chosen as the research object. (2) the simulation method of the SFN channel model is studied.A method for generating impulse response of non-stationary channel is proposed. The accurate simulation of various dynamic channel parameters (Doppler frequency shift, delay and power) is realized on the LTE link simulation platform, based on single-path and two-path SFN channel models.A simulation case is designed to evaluate the influence of Doppler frequency shift and multipath interference on the performance of LTE system. A suggestion of antenna type selection and network deployment under the condition of high-speed railway SFN networking is proposed. (4) the channel characteristics of MIMO in SFN scene are analyzed.The MIMO channel simulation method based on correlation matrix is studied. An improved MIMO channel model is proposed and the applicability of MIMO technology in SFN scenario is determined.The research results of this paper can be applied to the public network LTE system of the high-speed railway scene, or to the key technology research, system design, equipment development, network deployment of the next generation railway special mobile communication system (LTE for Railways / LTE-R).
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U285.2;TN929.5

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本文编号:1731217

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