高鐵LTE網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的多普勒頻偏算法研究.pdf

1、近年來，隨著我國交通業(yè)的迅猛發(fā)展，高鐵以其速度快價(jià)格低的特點(diǎn)快速發(fā)展著，并已成為人們差旅出行的首選。同時(shí)，隨著智能終端技術(shù)的不斷發(fā)展，乘客們在高鐵上的數(shù)據(jù)通信應(yīng)用也相繼頻繁，這對高速環(huán)境下無線通信的可靠性和有效性提出了新要求。在列車運(yùn)行速度大于200km/h的環(huán)境下，如何保證手機(jī)通話和上網(wǎng)的質(zhì)量，是對高端通信技術(shù)在高鐵上應(yīng)用提出的一個(gè)全新的挑戰(zhàn)。
　　新一代通信技術(shù)LTE已日漸成熟，它具備更小的時(shí)延、更快的傳輸速率、更寬的頻帶以及

2、更低的運(yùn)營成本，兼容3G通信技術(shù)并對3G進(jìn)行演進(jìn)，已經(jīng)成為目前移動(dòng)寬帶通信技術(shù)中最受關(guān)注的新技術(shù)，同時(shí)也成為高速鐵路下一代通信網(wǎng)絡(luò)的首選，它可以保證用戶在高速移動(dòng)狀態(tài)下的通話和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)快速有效。
　　然而，通過多普勒效應(yīng)的概念可以知道，高速移動(dòng)環(huán)境下的信號必然產(chǎn)生較大的多普勒頻率偏移，而LTE上下行鏈路對頻率偏移非常敏感，直接應(yīng)用會導(dǎo)致各用戶間傳輸信號混疊、用戶間產(chǎn)生干擾等問題。因此，要將LTE應(yīng)用于高速鐵路無線通信覆蓋，必須先解

3、決多普勒效應(yīng)的頻偏問題。
　　本文首先分析了LTE通信網(wǎng)絡(luò)及其核心關(guān)鍵技術(shù)，在研究了高速環(huán)境下引起的多普勒頻移效應(yīng)和高速無線信道的衰落特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于Toeplitz循環(huán)前綴的多普勒頻移算法，利用 LTE循環(huán)前綴的變形提取信道信息，計(jì)算更可靠的頻移量。另外，由于終端的高速移動(dòng)使多普勒頻移加大，引起嚴(yán)重的載波間串?dāng)_，所以本文還對信號的頻移進(jìn)行補(bǔ)償，從而矯正各用戶的傳輸信號，使信號間的干擾盡可能的排除，還原各信號本身，以保

4、證用戶的通信服務(wù)質(zhì)量。最后，利用MATLAB軟件搭建了高速鐵路通信系統(tǒng)仿真平臺，在萊斯信道模型上，驗(yàn)證了頻偏算法的有效性，并討論了隨之引起的突跳和信號間干擾等問題。
　　仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在高速環(huán)境下本文的頻偏算法是可靠且有效的，頻偏的算法估計(jì)值與真實(shí)值基本吻合，最大的估計(jì)誤差值不到50Hz，是載波頻率參數(shù)2GHz的2.5％。高速鐵路大信噪比的傳輸環(huán)境下，估計(jì)誤差約為零，對信號進(jìn)行有效補(bǔ)償后，收發(fā)信號誤差逼近于零。該算法有效提高了