發(fā)布時(shí)間：2018-10-08 08:08

【摘要】：隨著第四代移動通信系統(tǒng)(4G)的逐步商用,面向Beyond IMT-Advanced系統(tǒng),即第五代移動通信系統(tǒng)(5G)的研究已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛討論的熱點(diǎn)。5G系統(tǒng)提出了更高的指標(biāo),一方面需要支持?jǐn)?shù)十Gbps的數(shù)據(jù)傳輸峰值速率,毫秒級的端到端時(shí)延,另一方面要提升5至10倍的頻譜效率和百倍以上的系統(tǒng)能效。為了滿足這些需求,新的應(yīng)用場景和通信技術(shù)逐漸涌現(xiàn)。無線信道測量與建模作為新場景下通信技術(shù)研究與評估,系統(tǒng)部署與優(yōu)化的前提,是必要和先行的基礎(chǔ)性工作。本論文主要面向Beyond IMT-Advanced系統(tǒng),針對高速鐵路和設(shè)備間通信(D2D)場景進(jìn)行了信道測量和建模,并基于多天線衰落信道特性,利用天線選擇,提高了系統(tǒng)的定時(shí)同步精度。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括： ·高速鐵路的寬帶無線信道傳播特性及建模研究。高速鐵路場景已經(jīng)成為了未來移動通信系統(tǒng)的重要應(yīng)用場景之一,而由于高速列車移動速度快,難于上車實(shí)測等因素,使得針對高鐵寬帶信道的測量及其信道特性的研究相對匱乏。本文針對高速鐵路的兩類典型場景——高架橋和U型槽,在200km/h時(shí)速的鄭西高鐵線上進(jìn)行了2.35GHz中心頻率、50MHz帶寬的寬帶無線信道測量,采集了將近百萬個(gè)信道樣本,較為全面的研究了高鐵寬帶無線信道特性�；趯�(shí)測數(shù)據(jù),分析了這兩類典型場景下無線寬帶信道的大尺度衰落特性,建立了路徑損耗和陰影衰落模型；給出了萊斯因子的統(tǒng)計(jì)分布參數(shù),建立了其隨收發(fā)端距離變化的線性模型；重點(diǎn)分析了寬帶系統(tǒng)中重要的時(shí)延域統(tǒng)計(jì)特性,采用r分布和Log-normal分布刻畫了多徑數(shù)目和均方根時(shí)延擴(kuò)展的統(tǒng)計(jì)特性,并建立了時(shí)延擴(kuò)展隨距離的變化的線性模型；研究了信道的多普勒頻移特征,得到了多普勒最大頻移的變化趨勢。最后,基于高鐵信道的特性分析結(jié)果,提出適用于高鐵信道的仿真方法。 ·高速鐵路信道的非平穩(wěn)特性研究。高鐵列車及散射體的高速移動引起的信道的時(shí)變性相比傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)更加嚴(yán)峻,而基于傳統(tǒng)的低速平穩(wěn)的假設(shè)而建立的模型已經(jīng)不適用,因此研究高速鐵路的非平穩(wěn)特性是十分有意義的。本文采用非平穩(wěn)隨機(jī)信號的分析方法,定義了時(shí)變信道的非平穩(wěn)特性度量——非平穩(wěn)度。并給出了基于實(shí)際測量得到的信道沖激響應(yīng),計(jì)算寬帶時(shí)變信道的非平穩(wěn)度的方法。進(jìn)一步利用高速鐵路U型槽場景得到的信道數(shù)據(jù),驗(yàn)證了利用非平穩(wěn)度衡量高鐵信道非平穩(wěn)特性的有效性。 ·D2D通信室外場景的寬帶無線信道特性研究。設(shè)備間通信(D2D)由于其收發(fā)端天線高度低等特征,與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)的傳播環(huán)境有明顯區(qū)別,且缺少基于測量的信道模型進(jìn)行仿真評估。本文定義了兩類D2D通信室外場景,開闊區(qū)和街道場景,并進(jìn)行了寬帶無線信道測量�；趯�(shí)測數(shù)據(jù),分析了兩類場景中,在視距、阻擋視距和非視距不同傳播條件下的路徑損耗、陰影衰落、萊斯K因子、有效多徑數(shù)目和時(shí)延域特征參數(shù)等無線信道特性。通過建立實(shí)測路徑損耗和陰影衰落模型,發(fā)現(xiàn)實(shí)測路徑損耗要高于3GPP目前建議使用的D2D模型。在街道場景視距條件下,萊斯K因子由于“波導(dǎo)效應(yīng)”,統(tǒng)計(jì)均值達(dá)到13dB,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于3GPP的建議模型。實(shí)測的均方根時(shí)延擴(kuò)展的統(tǒng)計(jì)分布相比傳統(tǒng)的Log-normal分布更加符合Log-logistic分布,并且統(tǒng)計(jì)均值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第三代合作計(jì)劃(3GPP)建議使用的ITU-R M.2135UMi場景中的數(shù)值。最后,基于實(shí)測分析結(jié)果,給出了3GPP的D2D室外信道模型的仿真建議。 ·MIMO-OFDM系統(tǒng)的定時(shí)同步方案研究。多輸入多輸出—正交頻分復(fù)用(MIMO-OFDM)系統(tǒng)對同步誤差極其敏感,定時(shí)同步在接收機(jī)的設(shè)計(jì)中十分重要。本文利用多天線衰落信道,提出了發(fā)射端采用選擇性傳輸(ST)選擇信噪比好的天線發(fā)送同步序列,接收端采用最大比合并(MRC)提高同步精度的ST/MRC聯(lián)合方案進(jìn)行定時(shí)同步。在平坦衰落信道下,定義了正確定時(shí)概率(CTP),并推導(dǎo)了ST/MRC、ST.最大比傳輸(MRT)和MRC多種方案在不同天線配置情況下,CTP和錯(cuò)誤定時(shí)概率(ETP)的閉式表達(dá)式和近似表達(dá)式,并給出不同方案的ETP理論值與仿真結(jié)果,驗(yàn)證了ST/MRC方案在平坦衰落信道下的性能優(yōu)越性。更進(jìn)一步的,研究了多徑衰落信道下,所提出的ST/MRC方案的定時(shí)同步性能,通過計(jì)算機(jī)仿真,比較了多種方案在多徑衰落信道中,不同天線配置下的CTP性能,證明了ST/MRC方案的優(yōu)越性。 綜上所述,本論文面向Beyond IMT-Advanced系統(tǒng),針對高速鐵路和D2D兩種新型場景,進(jìn)行了寬帶無線信道測量,基于實(shí)測數(shù)據(jù)對信道的大尺度、小尺度特性以及時(shí)變特性進(jìn)行了分析和建模。測量和分析的結(jié)果可以為未來移動通信技術(shù)評估和系統(tǒng)部署提供參考。此外,針對MIMO-OFDM系統(tǒng)中的定時(shí)同步問題,提出了ST/MRC方案,有效改善了定時(shí)同步的性能。并且在實(shí)際應(yīng)用中,該方案能夠減少定時(shí)同步過程中使用的射頻鏈路的數(shù)目,從而降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。
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【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 白潔,張建華,劉若菊,何學(xué)奇,張平;MIMO-OFDM系統(tǒng)定時(shí)與多徑時(shí)延估計(jì)[J];北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào);2005年05期

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本文編號：2256041