【摘要】：近年來(lái),由于高鐵的快速發(fā)展與普及,這使得高速移動(dòng)下的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的需求迅速增加。正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)作為第四代移動(dòng)通信(4G)的核心技術(shù)之一,具有抗多徑衰落,頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn),將OFDM應(yīng)用到高鐵場(chǎng)景具有很高的實(shí)用價(jià)值。由于列車高速引起的多普勒頻移以及鐵路周邊復(fù)雜的電磁環(huán)境會(huì)給OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)和信道建模帶來(lái)困難。因此,針對(duì)上述問(wèn)題,本文的研究工作主要包括:(1)研究了高鐵場(chǎng)景下無(wú)線信道的特性,并對(duì)高鐵場(chǎng)景下OFDM系統(tǒng)的子載波干擾(Inter Carrier Interference,ICI)進(jìn)行了分析。深入研究了 OFDM系統(tǒng)的導(dǎo)頻的插入方式和基于導(dǎo)頻輔助的信道估計(jì)算法,并針對(duì)基于離散傅里葉變換(Discrete Fourier Transform,DFT)的插值算法不能抑制信道沖擊響應(yīng)中循環(huán)前綴長(zhǎng)度內(nèi)的噪聲的問(wèn)題,本文對(duì)DFT插值算法進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)算法通過(guò)引入門限值來(lái)判別信道沖擊響應(yīng)中循環(huán)前綴長(zhǎng)度內(nèi)的噪聲并進(jìn)行噪聲消除,然后進(jìn)行多次迭代運(yùn)算,增加了插值的精度。實(shí)驗(yàn)表明本文改進(jìn)算法具有較好的性能。(2)針對(duì)高鐵場(chǎng)景下無(wú)線信道快時(shí)變的特性,本文重點(diǎn)研究了基擴(kuò)展模型(BasisExpansion Model,BEM)信道估計(jì)算法。為了減小ICI對(duì)導(dǎo)頻位置的影響,提高基函數(shù)系數(shù)的精度,本文的導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)采用了導(dǎo)頻束的形式。通過(guò)對(duì)子載波干擾的分析,本文對(duì)導(dǎo)頻束結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化,提高了頻譜效率。為了進(jìn)一步提高高鐵場(chǎng)景下OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)精確度,本文在基擴(kuò)展模型算法的基礎(chǔ)上提出了一種基擴(kuò)展模型聯(lián)合離散傅里葉變換(Discrete Fourier Transform,DFT)的信道估計(jì)算法,該算法利用基擴(kuò)展模型算法得到ICI系數(shù)并進(jìn)行ICI消除,然后利用本文改進(jìn)的DFT插值算法進(jìn)行二次降噪并恢復(fù)出所有子載波位置的信道信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所提算法具有較好的性能。(3)探究了不同高鐵場(chǎng)景下OFDM系統(tǒng)的性能。首先利用抽頭延時(shí)線(Tapped Delay Line,TDL)對(duì)不同高鐵場(chǎng)景的無(wú)線信道進(jìn)行建模,然后結(jié)合本文所研究的信道估計(jì)算法,最后使用Matlab搭建高鐵場(chǎng)景下的OFDM系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)中,對(duì)于不同的高鐵場(chǎng)景,本文探索了不同信噪比,不同區(qū)域和不同信道估計(jì)方法對(duì)OFDM系統(tǒng)吞吐量的影響。
[Abstract]:In recent years, due to the rapid development and popularization of high-speed rail, the demand for mobile communication services under high-speed mobile is increasing rapidly. As one of the core technologies of fourth generation mobile communication (4G), orthogonal Frequency Division Multiplexing (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM) has the advantages of anti-multipath fading and high spectrum efficiency. It is of great practical value to apply OFDM to high-speed railway scenarios. The Doppler frequency shift caused by high speed train and the complex electromagnetic environment around the railway will make the channel estimation and channel modeling of OFDM system difficult. Therefore, in order to solve the above problems, the main work of this paper is as follows: (1) the characteristics of wireless channel in high-speed rail scenario are studied, and the sub-carrier interference (Inter Carrier Interference,ICI) of OFDM system in high-speed rail scenario is analyzed. In this paper, the pilot insertion method and pilot aided channel estimation algorithm for OFDM system are studied in depth, and the discrete Fourier transform based (Discrete Fourier Transform, (discrete Fourier transform) is used to estimate the channel. The interpolation algorithm of DFT can not suppress the noise in the cyclic prefix length in the impulse response of the channel. In this paper, the DFT interpolation algorithm is improved. The improved algorithm uses threshold value to distinguish and eliminate the noise within the cyclic prefix length in the impulse response of the channel, and then performs many iterative operations to increase the accuracy of the interpolation. Experiments show that the improved algorithm has good performance. (2) in view of the fast time-varying characteristics of wireless channel in high-speed railway scenario, this paper focuses on the basis-extended model (BasisExpansion Model,BEM) channel estimation algorithm. In order to reduce the influence of ICI on the pilot position and improve the accuracy of the basis function coefficient, the pilot structure of this paper adopts the form of pilot beam. By analyzing the subcarrier interference, the structure of the pilot beam is simplified and the spectral efficiency is improved. In order to further improve the channel estimation accuracy of OFDM system in high-speed rail scenario, this paper proposes a new channel estimation algorithm based on the basis-extended model algorithm and discrete Fourier transform (Discrete Fourier Transform,DFT). The algorithm uses the basis extended model algorithm to obtain the ICI coefficients and eliminate the ICI. Then the improved DFT interpolation algorithm is used to reduce the noise twice and recover the channel information of all subcarrier positions. The experimental results show that the proposed algorithm has good performance. (3) the performance of OFDM system in different high-speed scenario is investigated. Firstly, the wireless channel of different high-speed railway scenarios is modeled by tap delay line (Tapped Delay Line,TDL), then the channel estimation algorithm is studied in this paper. Finally, the OFDM system in high-speed rail scenario is built by using Matlab. In the experiment, for different high-speed rail scenarios, the effects of different SNR, different regions and different channel estimation methods on the throughput of OFDM system are explored.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN929.53

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本文編號(hào)：2452977