基于LTe-R的高速移动宽带通信系统切换技术研究

摘要

随着高速铁路建设的全面发展和列车时速的不断加快，移动通信系统要求能够在高速环境下保障旅客的宽带移动通信业务。传统的GSM-R频率带宽有限，基于窄带的调制技术无法满足数据传输速率的高要求。LTE-R作为GSM-R的演进目标，具有系统容量大、传输速率高和网络结构平滑等优点，成为当前铁路通信系统的研究热点和发展方向。越区切换技术是LTE-R移动通信系统的关键技术，能够保障高速移动过程中的持续通信。本文将对越区切换技术中的两个关键问题，切换判决算法和切换执行机制分别进行研究。
　　首先，为提高切换触发率和切换成功率，并降低切换后的误码率，提出一种基于高速特性的自适应联合判决切换算法。针对高速铁路的运行场景，分析常用的判决标准以及判决方法，并针对列车高速移动对切换判决的影响，给出基于列车移动速度的RSRP迟滞容限动态调整方法、RSRQ迟滞容限动态调整方法和满意通信概率调整方法，在此基础上提出基于高速特性的自适应联合判决切换算法，并进一步从理论上分析算法性能。
　　其次，为提高切换过程中的通信质量和切换性能，提出一种基于智能天线和资源预留的切换执行机制。考虑在单网覆盖小区中，仅有一辆高速列车运行的场景，通过智能天线技术对覆盖重叠区进行波束赋形，提高重叠区的信号强度，既避免通信中断又促进切换触发。并通过线路信息和车辆运行状态信息执行预切换策略，在列车抵达重叠区之前，提前命令目的小区分配并激活信道，简化切换流程从而缩短切换时间，以保障切换成功率。
　　最后，利用Matlab仿真工具对高速运行场景进行分析，对本文提出的切换判决算法和切换执行机制进行性能评估，验证所提方案的有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 切换判决算法的研究现状

1．2．2 切换执行机制的研究现状

1．3 研究内容

1．4 论文组织结构

2 高速环境LTE-R网络关键技术

2．1 基于LTE-R的高速铁路通信网络面临的挑战

2．1．1 LTE系统架构

2．1．2 LTE-R面临的问题

2．1．3 针对LTE-R问题的解决方案

2．2 LTE-R无线组网规划

2．2．1 高速铁路无线覆盖方案

2．2．2 高速铁路移动终端无线电传播模型

2．3 LTE-R切换技术研究

2．3．1 越区切换及性能分析

2．3．2 LTE-R切换判决算法的研究

2．3．3 LTE-R切换执行机制的研究

2．4 本章小结

3 基于高速特性的自适应联合判决切换算法

3．1 越区切换中的切换判决

3．1．1 基于RSRP的单一切换判决

3．1．2 基于RSRQ的单一切换判决

3．1．3 RSRP和RSRQ的传统联合判决算法

3．2 高速场景切换判决标准研究

3．2．1 满意通信概率SCP

3．2．2 RSRP迟滞容限动态调整

3．2．3 RSRQ迟滞容限动态调整

3．3 基于高速特性的自适应联合判决切换算法

3．3．1 切换方案

3．3．2 性能分析

3．4 仿真与结果分析

3．4．1 仿真参数设置

3．4．2 仿真结果分析

3．5 本章小结

4 基于智能天线和资源预留的切换执行机制

4．1 智能天线下的LTE-R网络模型

4．1．1 网络拓扑和假设

4．1．2 模型参数的确定

4．2 基于智能天线和资源预留的切换机制

4．2．1 基于智能天线的波束赋形设计

4．2．2 基于车辆信息的资源预留方案

4．2．3 切换机制实现过程

4．3 基于智能天线和资源预留的切换机制性能分析

4．3．1 切换触发率

4．3．2 通信中断概翠

4．3．3 切换成功率

4．3．4 切换时间

4．4 仿真与结果分析

4．4．1 仿真参数设置

4．4．2 仿真结果分析

4．5 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

附录1 图索引

附录2 表索引

攻读学位期间主要的论文情况和科研情况

致谢