高速移动场景下分布式MIMO系统的信道建模及性能仿真

作     者：董冠军 

作者单位：南京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：侯晓赟

授予年度：2021年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：分布式MIMO系统 高速铁路无线通信系统 信道建模 导频污染 导频分配 

摘      要：为了满足人们对高速移动场景下更高速率和更好的使用体验的需求,确保用户在高铁上也能使用上与日常低速运动时高速率的稳定传输服务,第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication System,5G)在高铁上的应用必须能达到系统速率和功率效率等目标。分布式多输入多输出(MIMO)系统继承了MIMO技术的长处还获得分布式天线技术的优势,通过在小区中密集部署分布式天线,不仅可以改善无线网络覆盖的边缘问题,还明显提高了频谱资源利用率。本文基于这样的背景,对相关的系统进行了建模和性能分析。首先,本文阐述了主要的研究背景,介绍了国内外相关的研究现状,接着对研究涉及到的技术知识进行了简单的描述。其次,考虑到高铁中的边缘效应明显和系统容量较差的问题,基于分布式MIMO系统为高速铁路无线通信设计了一种双边分布式MIMO系统架构。该架构中不仅基站端天线采用分布式的拓扑结构,在列车端也采用分布式的拓扑结构,并把高速铁路通信分为“两跳式链路:第一跳链路为基站与列车上天线的无线通信链路,第二跳链路为列车内天线与用户之间的无线通信链路,接着基于该架构我们建立了相应的信道模型。然后本文基于所设计的双边分布式MIMO系统对信道容量进行了详细的分析,结果表明,所设计的双边分布式MIMO系统在高速铁路中有着更高的系统容量与更好的覆盖效果。最后,本文对当系统中有大规模天线时的分布式结构中存在的导频污染问题,给出了一种改进的K均值聚类方法,结合Kuhn-Munkras最优匹配算法设计了一种均匀导频分配方案,仿真结果表明给出的分配方案在高铁沿线不同的基站设置情况下与随机导频分配相比均有着较为明显的优势。