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基于OFDM-SFCN的铁路移动通信网的研究

作　者: 宋亚平
导　师: 康维新
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 铁路通信 OFDM SFCN OPNET 无线电波传播模型
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 31次
引　用: 1次
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内容摘要

随着铁路运输业的快速发展,运输生产指挥系统对铁路移动通信和信息通信技术提出了更高的要求,铁路通信系统需要更能体现通信的实时性与可靠性。铁路移动通信系统既要能为铁路部门提供独立专用的移动通信系统,还要满足铁路行业未来的通信业务需求。现有GSM-R通信系统在实际使用中能够满足高速铁路通信的需要,但是在系统实现难易程度和越区切换方面仍存在一定的缺陷。正交频分复用(OFDM)技术,具有频谱利用率高、抗干扰能力强等特点,可以在无线信道中实现高速数据传输。单频网(SFN)是由多个位于不同地点的同步状态的无线发射机,在相同时间、以相同频率发射相同的信号,以实现对一定服务区域的可靠覆盖。该技术目前已广泛地应用于数字音频广播(DAB)、数字地面电视广播(DVB-T)和数字地面多媒体广播(DMB-T)等系统中,并取得了良好的使用效果。本文运用OFDM抗多径延时特性和单频网特点,将OFDM与单频蜂窝网(SFCN)相结合,形成OFDM-SFCN系统,将该系统运用到铁路移动通信,构成了铁路移动通信同步单频蜂窝网(OFDM-SFCNR)。本文对OFDM-SFCNR网络层面理论进行了深入研究,建立网络仿真模型,使用OPNET软件进行了仿真,通过与GSM-R比较,分析了OFDM-SFCNR在越区技术方面的性能优势。首先,分析了国内外移动通信及铁路通信的发展状况,详细描述了GSM-R铁路数字移动通信系统及在我国的应用情况,分析了GSM-R在高速铁路移动环境下的技术优势和存在的缺陷。其次,针对GSM-R越区切换的通信中断问题引出了OFDM-SFCN通信系统,详细阐述了OFDM-SFCN的技术优势,提出了OFDM-SFCN在铁路通信中的应用系统——OFDM-SFCNR。再其次,对OFDM-SFCNR进行了理论研究,建立了包括语音业务模型、运动模型在内的网络仿真模型,并使用OPNET软件来对GSM-R系统和OFDM-SFCNR系统进行仿真。在平均分组丢失率、新增呼叫阻塞率、掉话率以及越区次数等越区切换性能方面的仿真结果显示了基于OFDM-SFCN技术的性能优势,表明应用OFDM-SFCNR系统克服GSM-R越区切换时的通信中断问题具有实际应用的可行性。最后,讨论了以小尺度多径衰落模型为主的无线电波传播模型,对其相应的形成原理、影响因素进行了分析,建立高速铁路环境下的多径信道模型,并将其应用于以DAB为参考的OFDM-SFCNR仿真系统中,通过MATLAB仿真实验证实了该无线电波传播模型应用于OFDM-SFCNR的可行性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章绪论  11-15
  1.1 国内外移动通信技术发展现状  11-12
  1.2 铁路通信技术的现状与分析  12-14
  1.3 论文内容与结构安排  14-15
第2章 GSM-R铁路数字移动通信系统  15-23
  2.1 GSM-R发展历史  15-16
  2.2 GSM-R网络结构及业务模型  16-20
    2.2.1 GSM-R网络结构  16-17
    2.2.2 GSM-R业务模型  17-20
  2.3 GSM-R越区切换分析  20-22
    2.3.1 GSM-R越区切换过程概述  20-21
    2.3.2 GSM-R越区切换存在的问题  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章基于OFDM-SFCN的铁路数字移动通信系统  23-30
  3.1 OFDM概述  23-25
    3.1.1 OFDM基本原理  23-25
    3.1.2 OFDM技术特点  25
  3.2 OFDM-SFCN  25-28
    3.2.1 单频网  25-26
    3.2.2 OFDM-SFCN  26-27
    3.2.3 OFDM-SFCN技术优势  27-28
  3.3 OFDM-SFCNR  28
  3.4 本章小结  28-30
第4章 OFDM-SFCNR越区切换性能及实验仿真研究  30-57
  4.1 OFDM-SFCNR越区切换及其理论性能分析  30-37
    4.1.1 OFDM-SFCNR越区切换机制  30-31
    4.1.2 OFDM-SFCNR越区切换理论性能分析  31-37
  4.2 OFDM-SFCNR系统与GSM-R系统对比实验研究  37-51
    4.2.1 OPNET网络仿真软件简介  37-39
    4.2.2 网络仿真模型  39-41
    4.2.3 GSM-R网络仿真  41-49
    4.2.4 OFDM-SFCNR网络仿真  49-51
  4.3 实验仿真设定与结果分析  51-55
    4.3.1 实验仿真设置  51-52
    4.3.2 实验仿真结果对比分析  52-55
  4.4 本章小结  55-57
第5章高速铁路多径信道模型及其在OFDM-SFCNR中的应用分析  57-71
  5.1 小尺度多径衰落的形成原因  57-58
  5.2 高速铁路环境下的小尺度多径信道模型  58-70
    5.2.1 Clarke模型  58-59
    5.2.2 高速铁路多径信道模型的建立  59-61
    5.2.3 高速铁路多径信道模型的实验仿真  61-65
    5.2.4 高速铁路多径信道模型在OFDM-SFCNR中的应用  65-70
  5.3 本章小结  70-71
结论  71-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  77-78
致谢  78

基于OFDM-SFCN的铁路移动通信网的研究

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