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高铁场景下OFDM系统性能分析与研究
| 论文题名： | 高铁场景下OFDM系统性能分析与研究 |
| 关键词： | 高速铁路;正交频分复用;子载波干扰;基扩展模型;抽头延时线 |
| 摘要： | 近年来，由于高铁的快速发展与普及，这使得高速移动下的移动通信业务的需求迅速增加。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)作为第四代移动通信(4G)的核心技术之一，具有抗多径衰落，频谱利用率高等优点，将OFDM应用到高铁场景具有很高的实用价值。由于列车高速引起的多普勒频移以及铁路周边复杂的电磁环境会给OFDM系统的信道估计和信道建模带来困难。因此，针对上述问题，本文的研究工作主要包括: (1)研究了高铁场景下无线信道的特性，并对高铁场景下OFDM系统的子载波干扰(Inter Carrier Interference，ICI)进行了分析。深入研究了OFDM系统的导频的插入方式和基于导频辅助的信道估计算法，并针对基于离散傅里叶变换(DiscreteFourier Transform，DFT)的插值算法不能抑制信道冲击响应中循环前缀长度内的噪声的问题，本文对DFT插值算法进行改进。改进算法通过引入门限值来判别信道冲击响应中循环前缀长度内的噪声并进行噪声消除，然后进行多次迭代运算，增加了插值的精度。实验表明本文改进算法具有较好的性能。 (2)针对高铁场景下无线信道快时变的特性，本文重点研究了基扩展模型(Basis Expansion Model，BEM)信道估计算法。为了减小ICI对导频位置的影响，提高基函数系数的精度，本文的导频结构采用了导频束的形式。通过对子载波干扰的分析，本文对导频束结构进行了简化，提高了频谱效率。为了进一步提高高铁场景下OFDM系统的信道估计精确度，本文在基扩展模型算法的基础上提出了一种基扩展模型联合离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)的信道估计算法，该算法利用基扩展模型算法得到ICI系数并进行ICI消除，然后利用本文改进的DFT插值算法进行二次降噪并恢复出所有子载波位置的信道信息。实验结果表明本文所提算法具有较好的性能。 (3)探究了不同高铁场景下OFDM系统的性能。首先利用抽头延时线(TappedDelay Line，TDL)对不同高铁场景的无线信道进行建模，然后结合本文所研究的信道估计算法，最后使用Matlab搭建高铁场景下的OFDM系统。在实验中，对于不同的高铁场景，本文探索了不同信噪比，不同区域和不同信道估计方法对OFDM系统吞吐量的影响。 |
| 作者： | 郭世磊 |
| 专业： | 计算机技术 |
| 导师： | 王公仆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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