高速环境下异构网络中切换性能提升方案研究

摘要

近年来，随着高速铁路建设步伐的不断加快、规模的不断增大，移动互联网也迫切需要与之相匹配，无线通信技术、移动数据业务在速率、连续性、流畅性、高稳定性等方面更需进一步提升。速度的提高以及高铁封闭结构的车厢设计，会带来穿透损耗、频繁切换、多普勒效应等诸多问题，而传统铁路网络在高速环境下提供更好的移动互联服务上具有明显不足。异构网络正是针对上述问题从网络架构方面提出的解决方案，为此，本文设计了一种基于中继接入模式的异构车载移动互联网体系结构，以提升网络在切换过程中的通信质量。论文主要研究内容如下:
　　首先，对异构网络的引入原因和发展历程进行了简单阐述，并着重分析了当前常用的宽带无线接入技术和移动通信技术，以此对异构网络的融合进行部署。现阶段多种无线接入技术各自的服务区域与用户环境都不相同，异构网络将各种类型无线网络融合起来，使它们可以在一个通用的网络平台上提供多种业务;同时异构网络的形成可以改变部分信息通信网络覆盖的区域范围相互独立、没有互相重复的区域等问题，使列车上的用户随时随地接入到无线网络中来获取服务。
　　然后，对异构网络中的车载移动中继技术运用进行了研究，并提出在异构网络中采用多链路软切换方案。为提升高速铁路越区切换时的无线连接性能及实时业务的服务质量，将高铁列车车载中继同时与多个异构网络链路保持连接，在一个链路进行切换过程时，通过其他链路来维持连接，以此达到无缝切换的目的。将该设计方案与现有高铁中应用的双层网络方案进行对比，对比分析表明该方案可更好保障无线连接在异构网络中不中断。切换性能分析和仿真结果均表明，多链路切换方案可以通过降低无线连接失败来有效减少切换失败的影响，以达到增强高速铁路通信性能的目的。
　　最后，在异构网络中对多天线技术的运用进行分析设计，提出多天线技术结合预切换策略的优化切换方案。由于越区切换时信号功率不足、时延大等问题比较严重，导致切换过程中通信链路经常中断，为解决这一问题，本文将多天线技术利用在路旁基站上使之产生分集增益，并在切换前通过实现资源预留来减少频谱资源开销，以达到提高切换成功率，改善切换性能的目的。然后进行理论对比分析和仿真结果验证，多天线技术结合预切换策略的优化切换方案确实在切换成功率的提升上明显优于传统切换方案。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文研究的背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要研究内容和结构安排

2 高速环境异构网络接入的特点

2．1 高速环境下移动网络场景的特点

2．1．1 高速环境下网络业务需求特点

2．1．2 高速环境下网络技术需求特点

2．2 异构网络的体系结构

2．2．1 异构网络的融合

2．2．2 异构网络系统架构

2．2．3 异构网络的接入难点

2．3 异构网络中车载移动中继的运用

2．3．1 中继技术原理及体系结构

2．3．2 移动中继的关键技术

2．4 高速环境下的多天线研究

2．4．1 多天线技术

2．4．2 高速环境下的多天线技术及其特点

2．5 本章小结

3 异构网络中多链路软切换方案

3．1 切换方案描述及场景分析

3．1．1 切换场景分析

3．1．2 多链路软切换

3．2 双层网络及双链路方案研究分析

3．2．1 双层网络方案切换分析

3．2．2 双链路方案切换分析

3．3 异构网络中多链路软切换的连接性能

3．3．1 多链路软切换方案的执行

3．3．2 切换的发生顺序

3．4 仿真结果及分析

3．5 本章小结

4 多天线技术结合预切换策略的优化切换方案

4．1 切换方案描述及场景分析

4．1．1 系统模型

4．1．2 场景模型

4．2 预切换实现与触发过程

4．2．1 预切换实现过程

4．2．2 切换触发过程

4．3 参数模型分析

4．3．1 RSRP和RSRQ分析

4．3．2 通信中断概率分析

4．3．3 切换触发概率分析

4．4 仿真结果对比分析

4．5 本章小结

5 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 论文展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果