高速铁路中基于组导频的OFDM系统时变信道估计算法

高速铁路环境下产生的多普勒扩展现象表现为等效信道随时间变化。其破坏了正交频分复用(OFDM)系统的正交性并产生严重的子载波间干扰(ICI)。基于基扩展模型(BEM)的信道估计方法将时变信道估计转化为对基函数系数的估计,并通过导频信号进行系数估计。在高速移动环境下,严重的ICI干扰会导致基函数系数估计误差增大并造成性能恶化。该文在分析ICI功率分布的基础上,提出基于频域组导频分布的时变信道估计算法。仿真结果表明,在高速铁路中,相比较基于梳状导频的传统BEM信道估计算法,该文提出的方法能有效减小ICI,提高时变信道估计算法的性能。     

一种新的基于小波基的时变信道估计

基扩展模型是最常用的快时变信道建模方法之一,而基函数的选取决定了建模的准确性。本文在多分辨率分析和Mallat算法的基础上,提出一种基于小波尺度函数构造基函数的方法,该方法采用Daubechies、Symlet、Coiflet小波的尺度函数进行快时变信道拟合。理论分析和仿真结果均表明,采用本文提出的基函数拟合时变信道,其信道估计性能优于基于传统的CE-BEM、GCE-BEM、P-BEM、DCT-BEM等模型的信道估计性能,复杂度低于DKL-BEM、DPS-BEM模型。相比于其他利用小波尺度函数构造的基函数,利用Sym2小波尺度函数构造的基函数的性能最优。     

基于WCDMA的高铁宽带无线信道测量方法研究

随着高速铁路的发展,高速铁路车地间的通信数据越来越多,因此迫切需要建立新一代高速铁路宽带无线接入系统。信道特性是无线通信系统设计的基础,传统无线通信系统的信道测量方法很难或不适合用于高铁场景下的信道测量。本文研究一种基于现有蜂窝网络WCDMA的高铁宽带无线信道在途测量方法,并以Sora(Soft Radio)软件无线电平台为基础,通过应用开发与硬件扩展,改制了一种低成本、便携式信道测量仪MSounder(Mobile Sounder)。通过射频矢量信号发生器、信道衰落模块和MSounder搭建的无线信道测量半实物仿真平台进行校准测试,测试结果与预设信道模型相匹配。该方法可用于高铁无线信道的实际测量与模型建立。     

高速铁路场景大尺度传播模型与时频色散特性研究

随着高速铁路的快速发展,未来高速铁路无线通信系统要求同时支持列车控制、面向运行安全的在途检测数据传输以及旅客信息服务。无线信道是无线通信系统设计的基础,准确认知无线信道的传播特性是设计无线通信系统的前提条件。然而,现有高速铁路宽带信道传播特性的研究存在一定空白,无法为下一代高速铁路无线通信系统的设计提供足够参考。本文基于标准信道探测仪获取的测量数据,研究高速铁路信道的大尺度和小尺度衰落特性。统计路径损耗和阴影衰落参数,建立高速铁路典型场景的大尺度传播模型。根据提取的多径时延、多普勒和角度相关参数,探讨高架桥和U形槽场景的信道时间色散、频率色散以及空间色散特性。     

一种基于DCS-KF的高移动稀疏信道估计方法

<正>交频分复用技术已经被广泛用于现行无线通信系统,也是未来移动通信的关键技术。OFDM系统通常采用相干检测的方法,因而信道状态信息估计准确与否直接影响到整个系统通信质量。提出了一种针对高速铁路山区的快时变稀疏环境下OFDM系统信道状态信息估计的新方法。首先采用BEM模型对快时变信道建模,降低待估计参数数量,然后根据多个OFDM符号之间信道响应主径的位置关系,采用DCS理论对多个OFDM符号主径的位置进行联合估计,提高主径估计准确度,最后采用卡尔曼滤波技术估计BEM系数,降低系数估计误差,获得信道响应。理论分析和仿真结果均表明,基于DCS-KF的信道估计方法在主径位置估计准确度和信道估计均方差性能方面均优于传统方法。     

双选择衰落信道下OFDM系统基于梳状导频的变换域频率分集式信道估计

由于高速铁路无线信道表现出频率选择性和时间选择性衰落(双选择性衰落),正交频分复用(OFDM)在该信道上传输,需要实时跟踪估计信道变化,降低估计噪声。由于离散傅里叶变换具有快速算法IFFT/FFT,基于变换域的信道估计技术逐渐受到关注。通常,OFDM系统的梳状导频数多于信道冲击响应长度,导致变换域信道估计方法降噪比较困难。本文提出一种梳状导频变换域频率分集式信道估计方法,它通过联合若干分组的变换域信道估计,明显降低估计噪声,从而降低信道估计的均方误差(MSE)和系统的误码率(BER)。理论分析和仿真结果表明,在时不变信道中,当分集数为L,该方法对MSE的增益是10lg(L);在时变信道中,该方法出现"错误平底",但相对于传统变换域信道估计方法,性能仍有改善。     

基于卡尔曼滤波的高速铁路时间同步网时间补偿

LTE-R作为下一代高速铁路无线通信系统，保持时间同步对于高速铁路行车安全至关重要。针对现有时间同步方法仅考虑随机噪声，而忽略LTE-R无线信道多径衰落、多普勒频移等对时钟同步过程的影响，导致主从时钟偏移估计不准确的问题，提出一种基于卡尔曼滤波的高速铁路时间同步网时间补偿方法：建立LTE-R下主从时钟之间相位、频率偏移的状态转移方程；构建引入伯努利随机变量的时钟相位、频率偏移观测方程；利用改进的卡尔曼滤波算法得到最优时钟偏移估计值；使用本方法实现对LTE-R时间同步误差的补偿；通过实验仿真，得到LTE-R下信道多径衰落、多普勒频移、信噪比、列车车速等对高速铁路时间同步的影响，并实现对不同高铁运行场景下时间同步偏差的定量分析。结果表明：本方法能够有效消除LTE-R无线信道时钟偏差，与其他补偿方法相比，具有更好的稳定性和鲁棒性。     

高速铁路GSM-R系统无线信道特性仿真

根据无线信道特性和高速铁路场景,建立高速铁路GSM-R系统无线信道小尺度衰落模型。从时域和频域2个方面,定量分析时延扩展、相干带宽、电平通过率和相干时间等无线信道参数。利用搭建的高速铁路GSM-R系统半实物仿真平台,对高速铁路GSM-R系统的性能进行仿真测试。计算机仿真和半实物仿真结果表明:列车运行速度的提高会造成通信质量不同程度的下降;列车运行速度为350 km.h-1时的下行链路通信质量与80 km.h-1时相比有一定程度的下降,但可以满足GSM-R系统的要求,通信质量是有保障的;列车运行速度达到500 km.h-1后,通信质量发生明显的恶化;优化接收机设计是解决通信质量恶化问题的关键。     

基于扩频序列的高铁无线信道测量仿真系统研究

为了评估不同扩频序列对高铁无线信道测量性能的影响，构建了基于扩频滑动相关的高铁无线信道测量仿真系统。在发射端分别生成Random、m、Kasami、Gold、ZC、Golay等6种扩频序列，通过COST207丘陵场景的标准信道模型传输调制信号，在接收端利用滑动相关算法估计出信道冲击响应。研究结果表明：Golay序列、ZC序列和m序列的自相关特性优于另外3种序列，进行高铁无线信道测量时误差相对较小；接收端利用估计的信道冲击响应可以有效提取信道的多径时延和多普勒扩展特性。仿真结果为构建可工程化应用的高铁无线信道测量系统提供了技术支撑。     

高速铁路专用通信信道电波传播特性

依据射线跟踪法和帐篷定律,计算高速列车车厢内高速铁路专用通信信道电波传播的频率响应可知,电波在车厢内传播的路径损耗大于30 dB.实测车厢内电波传播的频率响应,对实测数据进行IFFT变换处理可知,在直达路径(LOS)和非直达路径(NLOS)条件下,电波传播的平均功率时延谱符合Saleh-Valenzuela(SV)模型,均方根时延扩展与传播距离的关系更适合选用幂函数描述.进一步对实测数据进行统计处理,得到SV模型关键参数,以及车厢内电波传播的小尺度衰落模型和路径损耗模型;车厢内电波传播的小尺度幅度衰落在LOS场景下服从对数正态分布,在NLOS场景下服从瑞利分布;车厢内电波传播环境指数LOS场景下为1.283,NLOS场景下为1.098.     

高速铁路信道小尺度衰落与非平稳特性研究

高速铁路的快速发展使得高速铁路无线信道特性的研究成为热点,但高速铁路信道测量的不易性也使目前的研究工作仍存在不足之处。以北京—天津(京津)城际高速铁路无线信道的具体环境为基础,在平原、车站、城郊3个典型的高速铁路环境中,从两方面深入剖析高速铁路信道的传播特性。一方面,通过莱斯K因子、时延扩展、到达角以及功率角度谱等信道参数,研究高速铁路信道的小尺度衰落特性;另一方面,把以功率相关性为基础的稳态间隔作为特征参数来刻画高速铁路信道的非平稳特性,并基于有限状态的马尔科夫链模型,分析高铁信道多径传播的时变特性。     

一种新的基于导频簇的OFDM系统信道估计

本文对快速移动环境下的正交频分复用系统信道估计及导频设计进行了研究。基于时变信道的线性分段模型假设,通过研究分析得出,频域信道矩阵在大子载波数下可近似为带状矩阵,且对角线元素的左右两边可近似为相反数,基于此特点提出一种新的导频簇图案,以消除子载波间干扰。理论分析和仿真实验表明,本文提出的导频图案能够在大子载波数和高多普勒频移的环境下,获取比传统方案更好的性能。     

高速铁路GSM-R系统电波传播场景分类与路径损耗指数的求解

基于电波传播的机理,结合高速铁路电波传播的特点,对高速铁路电波传播衰落影响因素进行分析,对高速铁路电波传播场景进行划分.利用最小平方差估计算法,提出大尺度传播模型路径损耗指数n、均方差的数学求解方法.将联调联试取得的实测数据按照典型的传播场景划分整理,统计出各典型地形场景电波传播路径损耗指数n、均方差和接收电平初值.     

高速铁路宽带无线信道测量方法研究

高速铁路的发展要求与之配套的车地宽带无线通信系统得到相适应发展。一方面为乘客提供通信服务,除基本语音服务外,宽带数据业务的需求呈上升趋势;另一方面为保障列车安全运行,列车关键部件的大量实时状态信息需要及时传输到地面监控中心。因此,构建适应高铁环境的宽带无线接入系统势在必行。高铁无线信道模型是通信系统设计的基础,本文以高速铁路宽带无线接入为应用场景,分析高铁无线信道测量的特殊性,讨论经典信道测量方法和设备在高铁场景下的优缺点,研究了基于无线蜂窝的高铁宽带无线信道的测量方法。     

高速移动环境大规模MIMO信道建模与性能分析

基于几何随机分布模型GBSM的信道建模方法,建立高速铁路系统中深沟堑场景下大规模MIMO的三维3D信道模型。模型中实际散射体等价为随机分布在接收端的虚拟圆柱体表面的等效散射体,使用虚拟的球体表征Massive MIMO的不平衡特性;分析信道统计特性中的时空特性,得出空时相关函数STCF的闭式表达式。通过对STCF进行傅里叶变换得到相应的多普勒频谱密度。仿真表明,闭式表达式正确,3D模型比2D模型更好地反映了实际的电磁波传播场景,影响STCF绝对值的主要是移动台天线阵列的仰角,基站侧天线阵列仰角的改变几乎不影响STCF绝对值。     

高速铁路平原场景无线信道小尺度衰落特征的研究

研究高速移动条件下无线信道特性是发展高铁新型通信系统的基础。本文基于标准信道探测仪Propsound在高速移动条件下平原场景的无线信道探测数据,分析此场景下的小尺度衰落特征。K因子在列车靠近接收天线时最大值为20dB,远离天线时取值为8dB～10dB;时间色散特性上,多径延时随着列车先靠近又远离接收天线而变化;区别于经典的Doppler功率谱,高速条件下无线信道在列车穿越基站的过程中呈现快速Doppler特性,并无Doppler扩展。     

面向5G-R大规模物联网的新型多址方案

在移动通信网中,实现高速铁路智能化及高速铁路场景下大规模低成本、低功耗设备的联防联控,需要建设5G-R网络,其中大规模机器通信场景是实现高速轨道交通大规模物联网的重要支撑.目前,一种面向大规模机器通信场景的新型多址方案被提出,称为串联扩展多址方案,解决了大规模的用户数与有限的无线电资源间的矛盾.然而,该方案尚未考虑高速...     

一种基于策略梯度强化学习的列车智能控制方法

近年来,我国已初步建成巨大的城市轨道交通和高速铁路网络,逐步开始走向提升整体运营效率的新阶段。城市轨道交通系统的大规模和高密度运营,使得系统能耗急剧增长。现有的自动驾驶控制方法基于已有的模型,能够完成在正常场景下的自动驾驶。基于现有列车自动驾驶技术的控制原理和优秀司机的驾驶经验,提出一种列车智能控制方法,以减小列车的牵引能耗。首先,建立列车控制专家系统,能满足乘客舒适度要求;在此基础上,利用神经网络作为列车驾驶控制器,设计了一种基于策略的强化学习算法,优化神经网络的参数,以适应变化的运营场景。基于地铁现场运行数据仿真结果表明,该智能算法比现有算法具有更好地节能效果和准时性。     

基于混合通信顺序进程的高速铁路列控系统形式化建模与验证方法

针对高速铁路列控系统的混杂特性,提出一种基于混合通信顺序进程(HCSP)的列控系统形式化建模与验证方法。引入了HCSP的假设条件,建立列控系统的行为模型;定义了HCSP到混合自动机(HA)的转换规则,将HCSP模型转换成HA模型;利用模型检验工具PHAVer对HA模型进行自动验证。以高速铁路列控系统典型的行车许可运营场景为例,建立区间闭塞分区行车许可场景的HCSP模型;根据转换规则将行车许可场景的HCSP模型转换成HA模型;用PHAVer验证了所建立的区间闭塞分区行车许可场景模型的正确性,从而证明了基于HCSP的高速铁路列控系统建模及验证方法的有效性。     

基于铁道OFDM系统的信道估计改进算法的研究

针对铁路通信系统,在深入研究信道估计方法的基础上,从提高导频子信道估计精度与提高数据子信道估计精度2个方面,提出一种改进型的信道估计算法。在提高导频子信道估计精度方面,利用降噪的处理来解决,在提高数据子信道估计精度方面,利用非线性内插来解决,这样使得所提出的方法具有低的计算复杂度和高的估计精度,改进算法经计算机仿真后证明其有效性,也为今后OFDM信道估计的进一步研究开拓思路。