详情

原文传递高速铁路环境下波束赋形技术探究

论文题名：	高速铁路环境下波束赋形技术探究
关键词：	高速铁路;无线通信系统;波束赋形技术;误差分析
摘要：	传统的单天线无线通信系统可利用的资源包括功率、带宽和码字等。如果通过增加发射功率或带宽来提高系统性能会带来很多问题，而且在码分多址CDMA(Code Division Multi-Access)系统中如果用户的码字之间并非完全正交还会造成用户的相互干扰。由此看来，单天线系统的资源具有一定的局限性。但是随着信息技术的发展，人们对无线通信提出了“四高”的要求:高数据传输速率、高接收信号质量、高频谱利用效率和高系统容量，但是单天线系统难以满足上述要求，因此第三代移动通信系统开始采用多天线技术MIMO（Multi-InputMulti-Output），该技术在发射机和接收机配置多根天线，引入了丰富的空间资源，从而进一步改善通信系统的性能。　　多天线技术在不显著增加系统开销的同时使系统获得功率增益、空间分集增益、空间复用增益、干扰抑制增益和阵列增益，从而提高系统的覆盖范围，改善信号质量，提高系统容量、频谱利用率以及用户数据速率。鉴于多天线技术的巨大潜力，该技术被认为是新一代无线通信系统必须采用的关键技术，也成为当前研究的热点。在3GPP TS36.211技术规范中已经明确规定在LTE(Long TermEvolution)系统中使用该技术，并且针对不同类型的多天线技术进行了具体的规范。根据信号处理方法的不同，LTE系统中采用的多天线技术主要可以分为空间分集、空间复用和波束赋形，这三种技术具有不同的原理和适用范围。　　由于经济发展的需要，高速铁路已经成为一种重要交通方式，乘客在列车上也需要频繁的通信，如打电话、上网等业务。因此要保证业务的流畅，必须改善高速铁路环境下的通信质量。由于铁轨一般铺设在人烟稀少的地带，基站到列车之间的信道环境不同于一般的蜂窝小区，因此在这种特殊的场景下，需要对LTE系统中的三种多天线技术进行具体分析和比较。　　本文首先对多天线技术的研究现状进行了总结，在分析空间分集、空间复用和波束赋形技术的原理、特点和适用条件的基础上，指出前两种技术要求信道具有弱相关性，只有波束赋形可以利用信道强相关性。因此在高速铁路这种典型的莱斯、强相关信道环境下采用波束赋形技术的性能最优。然后提出了一种基于直达波离开角DOD(Direction of Departure)的位置辅助波束赋形算法LABF(LocationAssistant Beamforming)，根据位置信息计算直达波DOD，求出加权因子并在发射端对不同天线的信号进行加权处理。通过LTE链路仿真平台验证该算法可以使系统的信噪比提高N倍（N表示发射天线数量）。由于加权因子是根据直达波DOD计算得到，定位误差引起的角度误差会导致性能恶化，因此论文还分析了定位和角度误差对系统性能的影响并通过仿真进行验证。针对定位误差的影响，论文最后提出了一种分布式波束赋形算法DBF(Distributed Beamforming)，并从理论和仿真的角度验证该算法性能优于位置辅助波束赋形，而且对定位误差具有更强的鲁棒性。
作者：	王晨
专业：	通信与信息系统
导师：	钟章队
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文