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高速车地无线通信MIMO技术研究

作　者: 刘苗
导　师: 方旭明
学　校: 西南交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 高速移动分布式MIMO 信道容量隐马尔可夫模型自适应选择误码率
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 38次
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内容摘要

随着全球高速铁路的快速发展,铁路通信技术也朝着“数字化”、“无线移动化”、“宽带综合业务”的目标发展,因而将宽带无线网络应用于高铁通信将是一个发展热点,这一方面可以保证列车控制系统相关列车运行信息的安全传输,另一方面可以为高铁上的用户提供丰富多彩的多媒体业务。然而,铁路通信目前使用的GSM-R系统,仅能提供语音业务以及低速率业务,不能满足未来铁路通信的发展需求,而现有的公众移动通信系统,无论是对铁路的覆盖范围还是覆盖质量,也均无法满足列车上用户的实际需求。MIMO,作为LTE的关键技术之一,它在发送端和接收端都采用多天线单元,充分运用先进的无线传输以及信号处理技术,合理利用无线信道的多径传播,因势利导,开发空间资源,建立空间并行传输通道,能够在不增加带宽和发射功率的情况下,成倍地提高无线通信的质量和数据速率,堪称现代通信领域的重要技术突破。因此,将MIMO技术应用于高铁通信,以提高信道容量以及通信可靠性,将是未来铁路通信发展的主流趋势之一。为了提高高铁通信的信道容量,本文充分考虑高铁覆盖呈带状的地理特点以及列车车长的优势,并结合列车控制系统提供的列车位置及速度等信息,提出了一种高铁车地联合的分布式MIMO系统,同时在此基础上针对200m长的8节动车组,在充分考虑硬件成本、信号处理复杂度和车载天线安装限制等相关因素的情况下,对道旁及车载天线的实际安装方案进行了具体分析。仿真结果表明,本文提出的高铁车地联合的分布式MIMO系统,能够有效的对抗阴影衰落,提供两重宏分集增益,从而很大程度上提高信道容量。为了提高高铁通信的可靠性,本文针对高铁环境下MIMO信道时变的特点,提出了一种基于隐马尔可夫模型的MIMO空间复用及分集的自适应选择方案。本文首先对基于隐马尔可夫模型的时变MIMO信道进行了建模和性能分析,结果表明,该模型能够很好的刻画高铁环境下的时变MIMO信道,其得到的仿真结果数据能够与实测得到的数据很好的吻合。随后,基于上述时变MIMO信道模型,提出了一种基于隐马尔可夫模型的高铁MIMO复用和分集自适应选择方案,并给出了具体的实施步骤。该方案能够有效地降低通信系统的误码率,具有复杂度低、效率高等特点。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题研究意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-16
    1.2.1 MIMO无线信道建模  12-13
    1.2.2 MIMO算法研究  13-14
    1.2.3 M1MO天线设计  14-15
    1.2.4 MIMO测试平台搭建与MIMO芯片开发  15
    1.2.5 分布式MIMO系统  15-16
  1.3 论文主要工作和内容安排  16-17
第2章 MIMO系统空间复用及空间分集  17-25
  2.1 MIMO空间复用  17-18
  2.2 MIMO空间分集  18-20
  2.3 MIMO空间复用和空间分集的结合  20-24
    2.3.1 复用和分集的折衷  20-21
    2.3.2 复用和分集的自适应选择  21-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章高铁车地联合的分布式MIMO系统  25-42
  3.1 典型的分布式MIMO系统  25-28
  3.2 高铁车地联合的分布式MIMO系统  28-41
    3.2.1 高铁车地联合的分布式MIMO系统概述  28-30
    3.2.2 地面天线单元的跟踪与激活  30-31
    3.2.3 高铁分布式MIMO信道模型及容量分析  31-33
    3.2.4 仿真性能分析  33-40
    3.2.5 结论  40-41
  3.3 本章小结  41-42
第4章基于HMM的高铁MIMO复用和分集的选择  42-51
  4.1 HMM简介  42-43
  4.2 基于HMM的高铁MIMO信道模型  43-48
  4.3 基于HMM的高铁MIMO复用和分集的自适应选择  48-50
  4.4 本章小结  50-51
结论  51-52
致谢  52-53
参考文献  53-57
攻读硕士期间发表的论文及科研成果  57

高速车地无线通信MIMO技术研究

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