高铁基于毫米波的自适应波束分合传输方案

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摘 要：向拥有较宽连续频谱的高频频段扩展带宽成为未来高铁无线通信系统提升容量的有力手段，不过，需要采
用大规模天线波束赋形技术克服高频频段路径损耗严重的缺陷。在高铁双车载台方案中，可以通过大规模天线阵列
2 Z, ?. d; q6 j6 S& L$ D8 H1 i形成双波束传输提高系统容量。在对其传输性能进行分析后发现，双波束传输优化配置与列车的位置有关。基于此，
# P! P: }6 o) E6 R* t论文提出自适应波束分合传输方案，当列车距离基站较远时，为了避免波束间的严重干扰，双波束合成为一个波束
; S+ V0 [- f" W" b来覆盖两个接收端，实现接收分集，提高接收信号质量；当列车距离基站较近时，分裂成双波束，实现空间复用，
提高系统容量及传输可靠性。数值仿真结果表明，所提方案可以适应列车运行位置，提升传输性能。
关键词：高铁无线通信；波束赋形；波束分合；复用；分集
1 n* ~2 w6 u( Z( p1 引言
铁路安全高效的运营，离不开移动通信技术的
, d% O/ B3 O; K# T支撑。由于理论和技术限制，现有的移动通信技术
1 {" N# B: A) q( ~" [8 h在高速移动情况下面临很大挑战。随着列车速度的
不断提高，快时变信道、多普勒频移、频繁越区切

换等成为影响高铁移动通信系统传输性能的关键问
7 {- r: s) t+ [& s% I题。再者，日益多样化的移动互联网应用也催生车
) u, G4 {7 g) A$ u/ V" x; _, x上旅客宽带无线接入需求，而目前主要用于列控的
% f5 W, C% V) D窄 带 GSM-R (Global System for Mobile
! R! c; {; N  I: p5 p9 [communications for Railway)是无法满足这一需求
! Y4 \, e0 I7 ]9 d6 ]/ ?的。国际铁路联盟已经确定 GSM-R 向下一代技术
演进[1]，LTE 是首选技术。因此，如何在 LTE 标准
- d9 Z0 ]$ ^( r& f' N0 b& n下进一步提高高铁移动通信系统的传输容量及传输
0 C/ J' p4 N% E2 Z可靠性成为亟待解决的问题。另一方面，在公众移
9 `: e/ x, }& P3 T动通信领域，为了扩展系统的容量，未来的第 5 代
移动通信系统(5G)将考虑使用拥有更宽连续频谱的
+ `( r7 g; m. a6 l' h9 ]& ^0 S高频频段，高铁无线通信系统的演进被认为也将沿
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