基于速率变换的高速移动场景模拟方法及性能研究

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随着高速铁路的迅速发展,高速移动环境下的铁路专用移动通信系统也面临着极大的挑战。日益提升的高速率、大带宽、低时延、高服务质量等新需求,使得目前的铁路数字移动通信系统(Global System for Mobile Communications for Railway,GSM-R)已无法满足应用需求,下一代铁路专用移动通信系统的研究和开发十分重要。高速移动环境下的通信系统与公网不同,具有场景多样化、多普勒频移大等特殊性,因此对高速移动场景通信系统进行测量和评估非常重要。常用的技术手段有虚拟路测、半实物仿真和现场实测等。但是虚拟路测的技术尚在发展中,半实物仿真难以对信道精确建模。现场测试能全面获知信道信息和系统性能情况,但测试活动复杂,成本高,与铁路相关部门的协调十分困难。本文采用了信号速率变换的方法进行高速移动场景模拟。该方法可以在低速测试中通过对信号进行插值,引入高时变信道对符号的影响,来模拟高速移动。从而降低高速环境测试的成本和复杂度。首先研究了高速移动模拟方法并开发高速移动模拟信道测量系统,之后开展外场测试,分析测试结果,从无线信道角度验证该方法的可行性。最后在实验室环境下,开发了基于高速移动模拟的性能测试验证系统,结合信道仿真器,对比验证了不同信道模型下的高速移动场景模拟性能,分析该方法的适用性。本论文的主要工作如下:(1)通过研究高速移动场景模拟方法,开发并搭建了基于速率变换的高速移动模拟信道测试系统,实现了信号的发射、接收以及速率变换等功能。研究了信道冲激响应的计算方法。开展了高速移动模拟信道测试,基于提取到的信道冲激响应,进一步计算了路径损耗、阴影衰落、小尺度衰落等无线信道特性参数分析验证了高速移动模拟方法的可行性。(2)在实验室环境下,以长期演进(Long Term Evolution,LTE)系统为例,基于开源LTE系统和信道仿真器开发搭建了高速移动模拟性能测试验证系统。完成了速率变换、性能测试、指标统计等功能。制定了与信道仿真器的对比验证测试方案,在标准衰落模型、不可分辨单径、两径条件下进行了性能对比验证测试:分析了系统误块率受无线信道影响的情况;对比验证了高速移动模拟方法的可行性和适用性。
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