基于NxSC-FDMA的下一代高铁数字电视地面广播关键技术研究

摘要

数字电视广播与无线通信相混合的网络技术是一种适用于车地通信的新一代无线通信技术。该技术结合数字电视广播和无线通信体系各自的特征，通过广播形式将大众的热门信息发送到乘客或终端；通过传统蜂窝网络提供个性化的通信服务。然而，随着我国高速铁路的不断发展，高速移动场景下车地间对高质量、高带宽和高能效无线通信的需求日益增加。为了满足上述需求，研究高速铁路混合网络中数字电视地面广播的提升技术已刻不容缓。
　　本文首先总结并描述了下一代高铁数字电视广播的需求特征，也即：宽带、绿色、用户稀疏等。然后介绍了一种适合应用于高铁通信的混合通信网络方案，该方案基于第一代传统数字电视地面广播和铁路无线通信技术，着眼于如何提高现有广播与通信技术的利用效率和乘客的平均吞吐量。研究结果表明，提高混合网络中的广播通信，是最终增加平均用户吞吐量的最有效方式之一。
　　为了改善传统的数字电视地面广播方案的传输带宽和能源效率，本文提出了一种基于Nx SC-FDMA且适合应用于下一代的高铁广播技术方案。该广播方案利用了LTE-A中最新的多址接入技术，不但具有类似于单载波技术低 PAPR的优点，还有聚合非连续载波频段的能力，从而可实现绿色、宽带通信的目标。本文研究了基于Nx SC-FDMA广播通信系统的基本原理和链路构成，并对比传统广播通信系统进行了探讨和仿真验证。仿真结果表明：采用基于该技术的广播传输方案的确具备低PAPR的特征。
　　接着，为了实现Nx SC-FDMA系统在高速移动环境下的高质量通信，本文研究了下一代广播系统中基于导频的快速时变信道估计方法。快速时变信道的冲激响应是无法准确估计的，也即对于导频子载波处的信道估计而言，未知数的个数也大于方程的个数；因此，对于快速变化的信道响应只能采取近似估计的方法。在研究了时变信道估计中利用线性模型拟合信道的基础上，本文给出了一种信道为非线性基于基扩展的频域时变信道估计方法，并将其应用到了高速移动环境下广播系统的信道估计中。通过信道频域传输函数辅助信道估计在一个符号内的非线性快速时变，最终求得信道频域响应矩阵。仿真表明：在动态信道下，该方法相对传统时域快变估计方法提高了信道估计的准确度。
　　最后，为了提高传统频域迭代干扰消除算法在下一代高铁广播系统中的性能，本文研究了传统的低复杂度 ICI干扰消除算法，即基于简化矩阵求逆的均衡算法和基于判决反馈的迭代均衡算法，发现他们在高速移动通信场景下都存在性能不佳的缺点。于是本文给出了一种改进的迭代干扰消除算法，该算法在迭代初期就考虑部分主要 ICI干扰分量的影响，减少了判决错误率。仿真表明：在性能上，改进的迭代算法稍差于直接的频域均衡算法，但是比传统迭代均衡算法提高了不少；在计算的复杂性上，与传统的迭代算法一样，都避免了信道矩阵直接求逆，大大降低了计算量。

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缩略语说明

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2数字电视地面广播的发展历程

1.3混合广播与无线通信技术

1.4下一代高铁数字电视地面广播的需求特征

1.5本文的主要内容及创新点

第二章基于Nx SC-FDMA的高铁数字电视地面广播方案及其

2.1引言

2.2Nx SC-FDMA基本原理

2.3下一代高铁数字电视地面广播系统的仿真研究

2.4本章小结

第三章基于Nx SC-FDMA的高铁数字电视地面广播的信道估计

3.1引言

3.2提出的高铁广播系统的信道估计流程

3.3高速移动场景下广播系统的信道模型

3.4基于导频的频域信道估计算法

3.5基于线性模型的时变信道估计算法

3.6基于基扩展模型的时变信道估计算法

3.7性能仿真及对比

3.8本章小结

第四章基于Nx SC-FDMA高铁数字电视地面广播的均衡技术

4.1引言

4.2提出的高铁广播系统的信道均衡流程

4.3传统的时域均衡算法

4.4传统的频域均衡算法

4.5低复杂度的基于ICI干扰消除的均衡算法

4.6改进的基于频域迭代干扰消除的均衡算法

4.7本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文主要工作与创新点

5.2后续研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表的论文和申请的发明专利

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