高速鐵路GSM-R系統(tǒng)的多普勒頻移估計與補償研究.pdf

1、近年來我國高速鐵路飛速發(fā)展，對無線通信系統(tǒng)的QoS(Quanlity of service，服務(wù)質(zhì)量)提出了更高的要求。列車高速移動引起的無線信道快速時變性和多普勒頻移問題，使得無線通信系統(tǒng)的BER(Bit Error Rate，誤碼率)增大，影響了CTCS(Chinese TrainControl System,中國列車控制系統(tǒng))數(shù)據(jù)的傳輸效率、語音通話質(zhì)量等。針對無線信道的時變特性和多普勒頻移問題，提出基于車載信息的多普勒頻移聯(lián)合估

2、計模型，并且對經(jīng)典Fitz算法進(jìn)行改進(jìn)后應(yīng)用于聯(lián)合估計模型。通過構(gòu)建無線信道傳輸誤碼率的仿真模型，利用Matlab的simulink工具箱對列車行駛過程中誤碼率進(jìn)行仿真，在高速鐵路場景下結(jié)合實際路測數(shù)據(jù)對改進(jìn)Fitz算法進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明聯(lián)合估計方法可以精確估計出多普勒頻移，估計值與真實值誤差較小，經(jīng)過校正后能夠滿足接收機容許的頻移范圍，改善了接收機的解調(diào)性能。論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)通過建立基于基站的數(shù)學(xué)模型，

3、推導(dǎo)出了列車行駛在直線和彎道情況下多普勒頻移計算公式。列車在直線和彎道兩種行駛條件下，分析列車與基站水平距離對GSM-R系統(tǒng)誤碼率的影響，得出在彎道情況下誤碼率的變化隨機性較大，此時現(xiàn)有算法對載波的跟蹤較難，基于車載信息的多普勒頻移聯(lián)合估計模型很好地解決了這個問題。
　　(2)通過建立GSM-R系統(tǒng)誤碼率的仿真模型，分析不同高速鐵路場景下萊斯因子K對系統(tǒng)誤碼率的影響。當(dāng)萊斯因子K不同時，仿真比較Kay算法、改進(jìn)LCR算法、改進(jìn)Fi

4、tz算法的性能，與其他兩種算法相比，改進(jìn)Fitz算法估計精度高并且估計范圍相對較大，然后分析了實際高速鐵路場景下多普勒頻移估計算法的誤差。仿真結(jié)果表明在高架橋和路塹場景下，與Kay算法、改進(jìn)LCR算法相比，改進(jìn)Fitz算法估計誤差較小，適用于高速鐵路GSM-R系統(tǒng)的多普勒頻移估計。
　　(3)分析推導(dǎo)了基于基站的多普勒頻移補償結(jié)構(gòu)。仿真分析了頻移補償后列車速度不同時GSM-R系統(tǒng)的誤碼率，經(jīng)過頻移補償后降低了系統(tǒng)的誤碼率，滿足高速