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高铁场景下LTE空时编码联合智能天线波束成形技术研究

秦文萍  
【摘要】:高速铁路的迅猛发展给人们的出行带来了极大的快捷与舒适,但同时也对高铁信息处理技术提出了更高的要求。目前基于第二代公共移动无线通信系统的铁路专用数字通信系统GSM-R以窄带、话音通信为主,传输速率仅为100kbps左右,很难给列车上的旅客提供高速的数据业务,GSM-R向LTE-R演进势在必行。然而LTE-R与普通公网相比有更高的可靠性和安全性要求,需要一套更为有效的解决方案。鉴于此,本文将围绕下一代铁路专用无线通信系统抗干扰技术展开研究。首先,本文介绍了面向下一代铁路无线通信系统的空时编译码技术的机理,具体包括空时分组码,空时格码,分层空时码及其对应的检测/译码算法,并基于Matlab进行了仿真实现。文章结合不同编译码算法的复杂度、可实现性以及性能,对几种方案在高铁快时变环境下的适用性进行了评估。其次,文章基于高铁特定场景为波束赋形技术带来的契机与挑战,研究了基于位置信息的波束赋形算法,并对该算法在理想定位与非理想定位两种情况下的误码性能进行了仿真分析。针对存在定位误差的情况,提出将多根接收天线分别置于列车首尾的分布式波束成形算法,以获取额外的分集增益。理论剖析与仿真结果表明,本文所提方案具有较低的加权因子求解复杂度,并且在高铁场景下能取得更好的误码性能。另外,本文还研究了LTE空时编码与发射/接收波束赋形结合的传输机制,并将这种结合算法引入到高铁场景下。文章理论推导了结合模型的系统表达式,并以误码率为主要指标对完美信道估计与过时信道状态信息两种情况下的算法性能进行了仿真。仿真结果表明,完美信道估计条件下,结合算法能获得优于单纯STBC、BF算法的性能。针对过时信道状态信息的情况,引入基于AR模型的信道预测方法,并验证了所提方案在过时CSI情况下能给系统性能带来明显改善。


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