地面超高移动性宽带无线通信的光电联合控制快速切换

快速切换是地面超高移动性宽带无线通信的关键问题。本课题围绕该问题采用光载无线电移动小区构想，并结合群小区和网络嵌套移动理论，研究快速切换的光域电域联合控制过程，提出切换控制理论和技术框架。①针对高速铁路特殊组网需求，研究利用毫米波多输入多输出传播理论和代数几何学方法设计小区架构，提出基于车、地多天线技术协同设计车、地天线分布式布局的线状组网新策略，以提高组网性价比；②针对切换延迟，研究使用信号处理的相关算子理论设计切换算法，提出建立多目标信号"时空相关算子"的切换判决新准则，以减小电控光域切换时间开销；③针对频繁切换和并发切换，研究采用高斯-马尔可夫随机过程预测理论和卡尔曼滤波理论设计高准确度、高精度同步控制算法，开辟基于车-地联动定位预测的光电联合切换同步新技术，以实现小区移动与车载网络的同步，并进一步改善切换延迟性能。这些研究可为尽快解决高速列车千兆无线通信的快速切换问题提供理论依据。

本项目围绕高速列车高带宽无线通信的快速切换问题，初步建立了一个光无线多入多出信道模型，考察了其噪声功率和误码率分布等特性，同时引入轨道角动量（OAM）光束，进一步研究了光束在车地之间传输时的大气湍流影响，着重探讨了RoF高铁接入网结构下的信道分配方案和同步定位预测算法的切换性能。研究发现：在相同条件下，应用MIMO空时分组编码技术相比于SISO系统能减小光通信系统误码率，提高功率利用率；随着LG光束传输距离增加，其奇点特性逐渐消失并最终演变成高斯光束；在奇异性维持能力方面，OAM值较大的LG光束比OAM值较小的LG光束有更大的优势；采用切换优先信道预测预留方案可降低越区切换掉话率，这种性能的提升是以阻塞新呼叫为代价的；利用车地同步定位预测算法结合“小区移动”切换思想，可大幅度减小切换延迟，从而改善切换时的通信性能。上述研究结果为解决目前高铁面临的大容量传输难题和快速切换新问题提供了新思路和理论参考。