高铁分布式天线系统动态波束赋形技术研究

发布时间：2020-10-22 11:11

　　 随着5G通信的到来,人们对网络数据传输速率的要求越来越高,大规模分布式天线系统凭借其高数据传输速率、高可靠性和易扩展性等优点而备受关注。之前关于分布式天线系统的研究主要集中在研究用户不移动或者移动缓慢的场景,对于将分布式天线系统用于高速移动,如高铁等场景的研究比较少。本文主要研究大规模分布式天线系统的特性以及探讨其在高铁环境中应用时所需要解决的问题。首先,本文介绍分布式天线系统的研究背景与现状,然后描述分布式天线系统的结构,接着分析分布式天线系统中的场强特性,依据基本的无线信道特性和模型,分析波束赋形在分布式天线系统中的性能,最后研究移动环境下用户运动前后信道相关性、运动速度、信道状态信息反馈时延和载波频率对分布式天线系统性能的影响。然后,在分析分布式天线系统主要特性的基础上,研究动态波束赋形在高铁中的应用与实现方法。首先研究高铁场景下分布式天线系统方案设计,包括设计天线间隔和天线阵与铁道的距离。提出了一种在列车高速运行情况下的动态波束赋形方案,包括动态波束的产生过程和波束切换过程。同时分析了在分布式天线部署位置有无偏差两种情形下,理想或存在随机衰落两种场景中动态波束赋形的系统性能。最后,针对天线布设位置偏差对动态波束赋形性能的影响,提出一种基于机器学习和深度学习的位置偏差估计方法。我们首先介绍了有关处理回归问题的三种算法原理,即支持向量回归、极端梯度提升以及深度神经网络。接着对问题进行建模,并详细分析了实现该方法时的数据采集和特征提取过程,然后对各个模型设置合理的参数进行训练估计,最后构建新的复合模型进行偏差估计。研究表明,运用该方法可在大部分情况下有效估计出位置的偏差,为大规模分布式天线系统在高铁通信过程中的信号补偿提供了一种较为便利的手段。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN828.6;U238;U285
【部分图文】：

第二章 分布式天线系统及特点配置环境下，无论是在信道状态信息完整或者不完整的场合，大规模分布式天线系统传输速率都要高于集中式天线系统。在分布式天线系统中，由于 RAU 均匀地散布在所需覆盖的工作区域内，且其射频单元的发射功率相对较小，由此可以在不提高系统复杂性的情况下，实现可协调的空间域上的频率复用，从而可显著提高频谱效率；进一步，通过多个 RAU 服务一个用户，可以增加系统的空间分集的能力，改善误码率。在微蜂窝系统中，传统的大小区（宏小区）被分成许多小小区（微小区），虽然频率复用也可以增加整个区域的系统容量，但是小区间使用相同的频率会引起同频干扰，在基站间实现实时地高效协调比较困难，相比之下，DAS 中的频率复用是在一个区域内增加系统容量更有效的技术。综上所述，分布式天线系统有许多优点，不仅能减少发射端与用户之间的传输距离，提高用户信号质量，还能利用空间分集和频率复用，有效地改善误码率和频谱效率。

集中式天线系统图

图 2-3 集中式天线系统信号功率谱分布式天线系统，天线单元采用分布式布设，在许多情况下多个往只有很短的距离。对于这种场景，虽然每一个天线单元对用户工作的条件，但与该用户关联的天线阵列尺度和其所形成的电磁合远场工作条件的假设。图 2-4 和图 2-5 为分布式天线系统图以功率谱图，在图 2-5 中，天线分别摆放在坐标为（-10m，0m），（，（0，-10m）位置处，不同天线单元产生的电磁波辐射信号相号的功率密度谱形成的分布呈现复杂的峰谷起伏变化特性，且这号波长大小相当，这种情况形成的电磁场在本文中称为“近场特性称为“近场效应”。虽然从图 2-5 中可看到在离分布式天线信号功率谱较为平坦，但在实际环境中，用户与分布式天线单元布式天线系统工作的近场区，由于近场区域功率谱峰谷起伏变收信号功率不稳定，特别是在用户移动过程中，接收功率容易从
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本文编号：2851517