地面超高移动性宽带无线通信关键问题

到2020年，我国将建成12万公里铁路，其中时速超过200公里的高速客运专线达1.8万公里。由于理论和技术限制，现有的移动通信技术均无法解决未来350km/h以上高速列车宽带移动通信的需求。对于快速运动的物体来说，多普勒（Doppler）频率偏移和移动性管理（尤其是快速切换控制）是主要难题，速度越高，影响越大，解决难度也越大，对技术要求也越高。与普通的移动通信环境相比，高速移动环境中的无线信道最突出的问题是多普勒频移（扩展）对移动通信产生的影响。.本课题围绕超高移动性对高速移动体宽带无线通信系统的影响，主要研究如下关键问题：（1）超高移动性信道传播特性分析与建模；（2）多普勒频移估计与补偿技术；（3）多普勒分集技术；（4）超高移动性管理与快速越区切换控制；（5）高移动环境下的MIMO技术、协作中继编码与宽带高速通信网络系统结构。

由于理论和技术限制，现有的移动通信系统难以高效地解决350km/h以上高速列车宽带移动通信的需求。对于快速运动的物体来说，快时变信道带来的频率偏移和移动性管理（尤其是快速切换）是主要难题。移动速度越高，影响越大，解决难度也越大，对技术要求也越高。与普通的移动通信环境相比，高速移动环境下的宽带无线通信拟解决如下关键问题：高移动性信道传播特性分析与建模，信道估计、频偏估计与补偿技术、多天线与自适应技术、协作中继编码、高移动性管理与快速越区切换控制等。.. 本项目研究取得的主要成果为：.1. 高铁场景无线信道测量与建模: 高移动场景无线信道的时域、频域和空域传播特征，是高移动宽带无线通信系统设计的理论依据。课题组提出了基于WCDMA和LTE的高铁信道测量方法，通过测试车获取了第一手信道原始数据，萃取了高铁信道的大尺度和小尺度特征，构建了可用于高铁无线通信系统设计和评估的经验模型。..2. 高移动性环境下多天线、自适应、信道与频偏估计技术：针对高铁特点，通过增加车载台的天线阵列组数，调整每组之间的权重，获得一种车载多组多天线系统容量提升方案；为改善高移动环境下MQAM/OFDM系统频谱效率，提出了一种功率和调制自适应方案；基于基扩展模型，提出了利用变分贝叶斯推理的多信道参数联合估计方法和多普勒频移估计补偿技术。..3. 基于云蜂窝和多基站协同的高铁通信快速切换：针对高速铁路车地通信场景，提出了一种基于云蜂窝和基于位置信息辅助的波束赋形技术，通过云基带构建具有更大覆盖范围的云蜂窝来减少切换；利用多基站协同思想，提出了一种高移动无缝“软切换”方案，大大提升了列车越区切换的成功率。.. 本项目实施过程中，在本领域重要的国际期刊和国际会议上发表(含录用)论文103篇，其中在国际期刊(如IEEE Trans VT/WC, IEEE JSAC等)发表论文48篇，在国际主流会议 (VTC/ICC/PIMRC等)上发表(含录用)论文25篇。出版二期国际SCI期刊专辑，申请与授权国家发明专利22项。发起高移动性无线通信(HMWC)国际会议一个，组织ICCC’2012专家研讨论坛(Panel)一次，二次特邀报告（WCNC‘13 和ICISE’11）。培养研究生28名，邀请了一批国际知名学者来课题组学术交流与合作研究。