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高铁场景下Massive MIMO技术应用研究
| 论文题名： | 高铁场景下Massive MIMO技术应用研究 |
| 关键词： | 高速铁路;通信系统;多天线技术;蜂窝网;主成分分析法 |
| 摘要： | 多天线技术能够在不增加天线发送功率及频谱资源的情况下成倍的提高系统容量，是下一代无线通信系统的关键技术之一。通过进一步增加天线阵元的规模，MassiveMIMO系统又进一步为传统多天线技术提供了更多的传输潜力。但是，系统天线数的增加也带来了很多新的技术问题。相比于Massive MIMO技术在蜂窝网中的诸多研究，高铁场景下的通信网络结构及规律性的移动特性可很大程度上简化该技术的应用。因此，根据高铁场景特性，开展高移动及铁路通信网络架构下的Massive MIMO关键技术研究具有重大的理论及现实意义。 根据对高铁通信环境特性及各多天线技术特点分析，本文主要从强相关高铁信道下的自适应多流复用技术及高移动下的自适应波束赋形技术两个角度对高铁场景下的Massive MIMO应用进行了重点研究。 针对高铁场景强LOS(Line Of Sight)传输及稀疏散射体分布带来的信道强相关性，本文提出了利用主成分分析法将强相关的高铁通信信道重构为一个低相关的等效聚合信道，并基于聚合信道建立了高铁通信场景下的自适应多流复用传输优化方案。该优化方案以最大化系统容量为目标，并通过预设的条件数约束来保证传输链路的可靠性。通过仿真分析，本文验证了该优化方案在列车距基站近距离位置运行时可显著提升系统容量，而在小区边缘位置时又能保持传统传输方案的系统性能。 高铁信道本身稀疏的散射体环境能支持同时多流复用传输的有效空间自由度不超过30％。而传统的单波束DOA-BF技术在能量提升到系统设置的最大调制编码等级后也将无法继续提升系统的容量。为进一步挖掘高铁信道的有限有效空间自由度并提高能量传输效率，本文根据高铁规律性移动的特点，利用Massive MIMO系统的大规模天线阵列提出了采用基于到达角的分组多波束赋形的高铁自适应波束赋形方案，通过波束空间上的隔离来实现多个波束的并行传输。通过仿真，本文验证了该方案在高铁LOS场景下相比传统波束赋形方案能获得更优越的系统容量并能降低系统的能耗。 |
| 作者： | 程祥乐 |
| 专业： | 通信与信息系统 |
| 导师： | 方旭明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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