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近年来,高速铁路飞速发展。用户在乘坐高铁的过程中,大量使用智能手机和平板电脑等移动终端,对移动通信数据需求不断增加,因此,研究高速铁路宽带移动通信系统具有重要意义。高速铁路场景具有特殊的电波传播环境、以线状覆盖方式为主、多普勒频移较大等特点。单频网(Single Frequency Network,SFN)场景是3GPP针对高速铁路确定的典型场景。SFN场景下的无线信道模型与传统的无线信道存在显著不同,主要体现在:1)传统无线信道模型多为统计模型,而SFN信道模型是确定性模型,多普勒频移、时延和功率是确定的;2)传统信道模型假定信道特性不随时间发生变化,即信道是平稳的,而SFN信道模型中各参数均随时间动态变化,信道是非平稳的。因此,传统的信道仿真方法不完全适用于高速铁路SFN场景下无线信道研究,有必要开展高速铁路宽带无线信道特性分析和仿真方法研究。本论文的主要内容如下:(1)对3GPP在高速铁路场景及无线信道建模的研究进展进行调研,分析SFN场景、隧道中的泄漏电缆场景和单向RRH布置场景等三大典型场景的特点,选取在高速铁路沿线场景中占比最大的SFN场景作为研究重点,选取单径和两径SFN信道模型作为研究对象;(2)研究了 SFN信道模型的仿真方法,提出了非平稳信道冲激响应生成方法,实现了对各动态变化的信道参数(多普勒频移、时延和功率)的精确模拟;(3)在LTE链路仿真平台上,基于单径和两径SFN信道模型,设计了仿真案例,评估多普勒频移和多径干扰对LTE系统性能的影响,提出高速铁路SFN组网条件下天线类型选择及网络部署建议;(4)分析了SFN场景下的MIMO信道特性,研究了基于相关矩阵的MIMO信道仿真方法,提出了改进的MIMO信道模型,确定了 MIMO技术在SFN场景下的适用性。本论文的研究成果可以应用于高速铁路场景的公网LTE系统,也可以用于下一代铁路专用移动通信系统(LTE for Railways,LTE-R)的关键技术研究、系统设计、设备研发、网络部署等。