隨著5G通信的到來(lái),人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來(lái)越高,大規(guī)模分布式天線系統(tǒng)憑借其高數(shù)據(jù)傳輸速率、高可靠性和易擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。之前關(guān)于分布式天線系統(tǒng)的研究主要集中在研究用戶不移動(dòng)或者移動(dòng)緩慢的場(chǎng)景,對(duì)于將分布式天線系統(tǒng)用于高速移動(dòng),如高鐵等場(chǎng)景的研究比較少。本文主要研究大規(guī)模分布式天線系統(tǒng)的特性以及探討其在高鐵環(huán)境中應(yīng)用時(shí)所需要解決的問(wèn)題。首先,本文介紹分布式天線系統(tǒng)的研究背景與現(xiàn)狀,然后描述分布式天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),接著分析分布式天線系統(tǒng)中的場(chǎng)強(qiáng)特性,依據(jù)基本的無(wú)線信道特性和模型,分析波束賦形在分布式天線系統(tǒng)中的性能,最后研究移動(dòng)環(huán)境下用戶運(yùn)動(dòng)前后信道相關(guān)性、運(yùn)動(dòng)速度、信道狀態(tài)信息反饋時(shí)延和載波頻率對(duì)分布式天線系統(tǒng)性能的影響。然后,在分析分布式天線系統(tǒng)主要特性的基礎(chǔ)上,研究動(dòng)態(tài)波束賦形在高鐵中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)方法。首先研究高鐵場(chǎng)景下分布式天線系統(tǒng)方案設(shè)計(jì),包括設(shè)計(jì)天線間隔和天線陣與鐵道的距離。提出了一種在列車(chē)高速運(yùn)行情況下的動(dòng)態(tài)波束賦形方案,包括動(dòng)態(tài)波束的產(chǎn)生過(guò)程和波束切換過(guò)程。同時(shí)分析了在分布式天線部署位置有無(wú)偏差兩種情形下,理想或存在隨機(jī)衰落兩種場(chǎng)景中動(dòng)態(tài)波束賦形的系統(tǒng)性能。最后,針對(duì)天線布設(shè)位置偏差對(duì)動(dòng)態(tài)波束賦形性能的影響,提出一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的位置偏差估計(jì)方法。我們首先介紹了有關(guān)處理回歸問(wèn)題的三種算法原理,即支持向量回歸、極端梯度提升以及深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。接著對(duì)問(wèn)題進(jìn)行建模,并詳細(xì)分析了實(shí)現(xiàn)該方法時(shí)的數(shù)據(jù)采集和特征提取過(guò)程,然后對(duì)各個(gè)模型設(shè)置合理的參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練估計(jì),最后構(gòu)建新的復(fù)合模型進(jìn)行偏差估計(jì)。研究表明,運(yùn)用該方法可在大部分情況下有效估計(jì)出位置的偏差,為大規(guī)模分布式天線系統(tǒng)在高鐵通信過(guò)程中的信號(hào)補(bǔ)償提供了一種較為便利的手段。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN828.6;U238;U285
【部分圖文】：

第二章 分布式天線系統(tǒng)及特點(diǎn)配置環(huán)境下，無(wú)論是在信道狀態(tài)信息完整或者不完整的場(chǎng)合，大規(guī)模分布式天線系統(tǒng)傳輸速率都要高于集中式天線系統(tǒng)。在分布式天線系統(tǒng)中，由于 RAU 均勻地散布在所需覆蓋的工作區(qū)域內(nèi)，且其射頻單元的發(fā)射功率相對(duì)較小，由此可以在不提高系統(tǒng)復(fù)雜性的情況下，實(shí)現(xiàn)可協(xié)調(diào)的空間域上的頻率復(fù)用，從而可顯著提高頻譜效率；進(jìn)一步，通過(guò)多個(gè) RAU 服務(wù)一個(gè)用戶，可以增加系統(tǒng)的空間分集的能力，改善誤碼率。在微蜂窩系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的大小區(qū)（宏小區(qū)）被分成許多小小區(qū)（微小區(qū)），雖然頻率復(fù)用也可以增加整個(gè)區(qū)域的系統(tǒng)容量，但是小區(qū)間使用相同的頻率會(huì)引起同頻干擾，在基站間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地高效協(xié)調(diào)比較困難，相比之下，DAS 中的頻率復(fù)用是在一個(gè)區(qū)域內(nèi)增加系統(tǒng)容量更有效的技術(shù)。綜上所述，分布式天線系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，不僅能減少發(fā)射端與用戶之間的傳輸距離，提高用戶信號(hào)質(zhì)量，還能利用空間分集和頻率復(fù)用，有效地改善誤碼率和頻譜效率。

集中式天線系統(tǒng)圖

圖 2-3 集中式天線系統(tǒng)信號(hào)功率譜分布式天線系統(tǒng)，天線單元采用分布式布設(shè)，在許多情況下多個(gè)往只有很短的距離。對(duì)于這種場(chǎng)景，雖然每一個(gè)天線單元對(duì)用戶工作的條件，但與該用戶關(guān)聯(lián)的天線陣列尺度和其所形成的電磁合遠(yuǎn)場(chǎng)工作條件的假設(shè)。圖 2-4 和圖 2-5 為分布式天線系統(tǒng)圖以功率譜圖，在圖 2-5 中，天線分別擺放在坐標(biāo)為（-10m，0m），（，（0，-10m）位置處，不同天線單元產(chǎn)生的電磁波輻射信號(hào)相號(hào)的功率密度譜形成的分布呈現(xiàn)復(fù)雜的峰谷起伏變化特性，且這號(hào)波長(zhǎng)大小相當(dāng)，這種情況形成的電磁場(chǎng)在本文中稱(chēng)為“近場(chǎng)特性稱(chēng)為“近場(chǎng)效應(yīng)”。雖然從圖 2-5 中可看到在離分布式天線信號(hào)功率譜較為平坦，但在實(shí)際環(huán)境中，用戶與分布式天線單元布式天線系統(tǒng)工作的近場(chǎng)區(qū)，由于近場(chǎng)區(qū)域功率譜峰谷起伏變收信號(hào)功率不穩(wěn)定，特別是在用戶移動(dòng)過(guò)程中，接收功率容易從
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本文編號(hào)：2851517