收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高速铁路场景快速时变信道特性分析与建模方法研究

杨靖雅  
【摘要】:铁路是国民经济大动脉,也是我国对外交流合作新名片和共建“一带一路”倡议的重要领域。截至2018年底,中国铁路营业里程已达13.1万公里,其中,高速铁路(以下简称“高铁”)营业里程已达2.9万公里,占全世界总里程超过2/3,累计运输旅客突破90亿人次,成为中国铁路运输的主渠道。铁路专用移动通信系统是高铁关键基础设施,承载了铁路调度指挥、列车运行控制、故障预警等与列车行车安全相关的重要业务。为了加强高铁绿色、高效的比较优势,实现便捷、舒适的优质服务,铁路移动通信新业务不断涌现,例如铁路多媒体调度指挥通信、列车远程视频监控、铁路物联网、旅客娱乐服务等。铁路移动通信已经启动了由窄带移动通信系统(Global System for Mobile Communications-Railway,GSM-R)向下一代宽带移动通信系统(Long Term Evolution for Railway,LTE-R)的演进。针对未来智慧铁路发展,基于第五代通信技术的铁路专用系统(5th Generation Communications for Railway,5G-R)已经开展基础理论与关键技术的研究。本文以高铁的业务需求和高铁专用移动通信关键技术需求为导向,以体现“高铁列车高移动性”为特征,针对高铁不同移动通信系统、多样典型场景,基于电波传播理论、建模与优化理论、概率论和随机过程,研究高铁场景快速时变信道特性分析方法以及信道建模方法,为高铁移动通信系统设计与评估提供坚实基础。本文的创新性工作主要包括如下四个方面:1)针对如何表征高铁场景多维度的动态信道特征,提出了高铁典型场景快速时变信道特性分析方法。利用高铁典型场景的宽带信道测量数据,校验射线跟踪仿真器,构建了适用于LTE-R移动通信系统的高性能信道仿真工具,以采集高铁典型场景准确、全面信道数据,解决了高铁无线信道数据在多普勒域和三维角度域缺失的问题。并基于信道采集数据,提出了高铁典型场景快速时变信道准平稳区间分析方法,以获得合理统计量化信道特征参数的分析窗口;揭示了高铁快速时变信道多维度特征的变化机理,以此阐述了多径信号空间分布与散射体的对应关系,提取了高铁不同典型场景的显著散射体。2)针对LTE-R移动通信系统,如何刻画高铁场景电波传播的一般特性,提出了高铁典型场景多维度时变信道统计建模方法。在高铁三个典型场景中,利用测量验证的射线跟踪信道仿真工具,萃取了信道时-空-频统计特征参数,以建模宽带信道抽头延迟线模型和空间相关矩阵,有效模拟了高铁不同典型场景无线信道的多维、一般特征;对于抽头的不同衰落特性,揭示了导致长时延多径信号的散射体稀疏、成簇分布特征,利用Weibull分布加以描述,为高铁宽带信道快衰落的准确建模奠定基础。提出了面向LTE-R移动通信系统的2 X 2MIMO宽带信道随机模型,并建立了LTE-R链路级仿真应用实例,以支持LTE-R网络可靠传输关键技术的评估。3)针对5G-R移动通信系统,如何描述高铁场景毫米波信道多径分布与结构的快变特性,提出了高铁城区场景毫米波时变非平稳信道主要多径建模方法。利用高铁毫米波信道测量数据,校验射线跟踪仿真器,构建了适用于高铁典型环境及5G-R移动通信场景的毫米波多天线、静态及动态信道仿真工具,解决了高铁毫米波动态信道测量数据短缺问题。在此基础上,揭示了高铁城区场景毫米波时变非平稳信道的主要多径变化规律,利用能够反映散射体位置信息的几何因子对主要多径进行检测与跟踪,推导了信道动态时延、多普勒频移与变化几何因子的关系;提出了基于混合概率密度分布的信道主要多径动态模型,并对模型的准确性完成了验证,该模型能够准确描述高铁城区场景快变环境中主要多径的生灭机理。4)针对5G-R移动通信系统,如何掌握高铁场景真实的多维度、细粒度信道信息,提出了高铁城区场景毫米波信道基于环境模式的动态建模方法。利用构建的5G-R信道仿真工具,揭示了高铁城区中显著散射体导致的毫米波不同传播特性,并发现了对应于不同传播机制的显著散射体分布规律,以此建立了环境模式,其极大地简化了真实信道的几何建模。依次对直射径、反射多径和散射多径信号进行其几何和传递函数建模,并考虑了信道的频率依赖性,提出了面向高铁毫米波移动通信系统的超宽带、方向性、非平稳信道模型,并完成其准确性验证。此外,利用该模型,分析了信道时延域和多普勒域的时变特征,基于此提出了5G-R毫米波通信系统时-频域信号传输的指导方案。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 宋光明;费礼;方毅伟;;连续时变信道对协作通信性能影响的研究[J];海军航空工程学院学报;2016年05期
2 饶邦国;徐中伟;曹召义;;基于基扩展的快时变信道建模及仿真[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2015年01期
3 胡蝶,杨绿溪;OFDM系统中基于导频的时变信道估计[J];电子与信息学报;2004年09期
4 程浩;姜华;左烨;;无线通信中的快时变信道建模[J];数学的实践与认识;2015年14期
5 赵星宇;张家典;崔文明;;无线通信中的快时变信道建模[J];数学的实践与认识;2015年14期
6 陈东华;仇洪冰;;一种新的适用于OFDM系统的时变信道估计与均衡方案[J];西安电子科技大学学报;2010年06期
7 崔会亮;穆晓敏;杨守义;齐林;;OFDM系统中时变信道参数的估计[J];计算机工程与应用;2008年03期
8 郭士伟;曹雪虹;苏岚;;OFDM系统中基于预编码的时变信道半盲估计方法[J];电力系统通信;2008年03期
9 江铭炎;袁东风;;基于序贯蒙特卡罗算法的多天线快时变信道的盲跟踪[J];通信学报;2007年02期
10 陈恩庆;陶然;张卫强;;一种基于分数阶傅立叶变换的时变信道参数估计方法[J];电子学报;2005年12期
11 刘晓真;多射线时变信道比特同步时间分集接收技术研究[J];无线电通信技术;1995年05期
12 樊同亮;张玉元;;基于总体最小二乘准则的OFDM系统时变信道估计[J];电讯技术;2016年08期
13 元天鹏;蒋琴艳;宋恒国;崔琪楣;张鹏;;无线通信中的快时变信道建模[J];数学的实践与认识;2015年14期
14 戴耀森;;高频时变信道研究进展[J];科技通报;1985年02期
15 戴耀森;关于《双平稳时变信道的序列检测》的评注[J];通信学报;1981年04期
16 孟德智;王钰炜;王明军;秦启波;俞晖;;快速时变信道下的基扩展模型信道估计性能分析[J];上海师范大学学报(自然科学版);2019年01期
17 黄荣梅;;网络时变信道点跟踪算法研究与仿真[J];科技通报;2015年10期
18 王栋;;HSUPA系统中HARQ优化方案[J];信息系统工程;2013年07期
19 刘雨佳;;基于复指数基扩展方法的快时变信道模型[J];电信快报;2015年05期
20 戴耀森;时变信道序列检测的概率收敛定理和检测截止所引起的误码增量[J];杭州大学学报(自然科学版);1985年01期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 任术波;郭俊奇;项海格;;基于SFBC-OFDM系统的时变信道估计和信号检测联合算法[A];2009年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2009年
2 刘顺佳;胡波;曾益;;UWB通信中的自适应单载波频域信道均衡[A];中国通信学会第五届学术年会论文集[C];2008年
3 苑传林;张来保;李蔚海;;OFDM信道估计中的导频结构的设计[A];中国航海学会通信导航专业委员会2004学术年会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨靖雅;高速铁路场景快速时变信道特性分析与建模方法研究[D];北京交通大学;2019年
2 刘翼;基于压缩感知的OFDM系统快速时变信道估计[D];北京理工大学;2015年
3 秦文;OFDM系统中子载波间干扰的产生因素及消除研究[D];电子科技大学;2008年
4 李勇;快速时变信道下基于WFRFT和部分FFT的传输方法[D];哈尔滨工业大学;2014年
5 吴海涛;面向深空通信网络的高效文件传输策略研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
6 陈东华;宽带移动通信系统中的关键技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
7 王毅;面向B4G/5G的大规模MIMO无线通信系统关键技术研究[D];东南大学;2016年
8 景源;MIMO-OFDM无线通信系统中信道估计和频率同步的研究[D];大连理工大学;2010年
9 张钦娟;OFDM系统高速环境下的信道估计研究[D];北京邮电大学;2013年
10 任大孟;快速时变信道下无线OFDM系统信道估计技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 胡天择;时变信道下极化码的混合自动重传策略研究[D];浙江大学;2019年
2 叶露聪;低信噪比动态时变信道中频偏估计技术研究[D];北京邮电大学;2019年
3 李珊珊;基于信道稀疏特征的时变信道建模及估计技术研究[D];北京邮电大学;2019年
4 周艳;基扩展快时变信道下OFDM系统信道估计研究[D];湖南大学;2017年
5 王敏;高速铁路场景下基于ICI消除的快时变信道估计方法研究[D];华东交通大学;2018年
6 曹丽果;基于粒子滤波的OFDM时变信道估计研究[D];郑州大学;2011年
7 李欣;快速衰落时变信道的估计与均衡技术[D];电子科技大学;2002年
8 刘祎;OFDM时变信道估计研究[D];南京理工大学;2008年
9 尹艳玲;时变信道下的OFDM稳健通信技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
10 孙殿杰;基旋转星座解映射及多径时变信道模拟器的设计与实现[D];西安电子科技大学;2017年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978