LTE在列车运行控制系统中的切换技术研究

摘要

当今现代轨道交通对一个城市的发展起到了越来越重要的作用，越来越多的城市都在大力发展轨道交通。而对于轨道交通来说列车控制系统就是轨道交通的大脑和核心。不仅能保证列车的安全运行、减少故障发生数量、增强乘客的出行体验；还能缩短列车之间的运行间隔、大大提高运行效能、保障业务传输的高稳定性、为故障发生提供辅助决策、不断优化指挥调度等功能。 LTE是第四代移动通信技术，在设计时考虑了350km时速情况下的传输性能、完善的业务优先级调度策略（支撑不同优先级的多业务）、实时性和高吞吐率的需求，完全满足城市轨道交通快线（列车速度120km/h以上）车地信息实时传输及综合承载时业务优先级的需求。同时，LTE在我国也拥有多项核心自主知识产权的国际通信标准技术，已经在我国大规模商用，有比较成熟的产业链。 本文将在此背景下，首先介绍了LTE的系统架构和关键技术，然后研究了LTE的切换机制；再通过对CBTC切换要求进行了分析，包括CBTC构成、CBTC所处环境对切换的影响以及CBTC切换性能要求等。最后通过运用改进的灰色Verhulst模型预测两个无线移动单元（RRU）的参考信号接收功率值（RSRP）。与传统的Verhulst模型相比，改进的灰色Verhulst模型可以优化参数，消除数据序列预测中的固有误差。根据预测的RSRP值执行切换操作。通过仿真该算法能够满足轨道交通CBTC切换性能要求，并在自由空间和漏泄同轴电缆的环境中能够有效减少LTE的切换时延和乒乓切换的发生。

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第一章绪论

1.1背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1LTE在轨道交通中的应用现状

1.2.2LTE切换的现状研究

1.3本文结构安排

第二章LTE关键技术分析

2.1LTE系统架构

2.1.1核心网

2.1.2接入网

2.2LTE关键技术

2.2.1OFDM技术

2.2.2MIMO技术

2.3LTE切换技术

2.3.1LTE切换过程

2.3.2切换测量阶段

2.3.3LTE中的切换流程

2.4本章小结

第三章CBTC对LTE切换切换影响

3.1CBTC网络架构

3.1.1CBTC构成

3.1.2LTE在CBTC中的系统架构

3.2CBTC所处的环境对切换的影响

3.2.1多普勒频移的影响

3.2.2频繁切换的影响

3.2.3地理环境对切换的影响

3.2.4无线信道衰落

3.3CBTC切换性能要求

3.4本章小结

第四章 基于改进灰色Verhulst模型切换方案

4.1灰色Verhulst模型技术概述

4.1.1Verhulst模型

4.1.2灰色序列生成

4.1.3GM(1,1)模型构建

4.2灰色Verhulst模型的改进

4.2.1灰色Verhulst模型定义

4.2.2灰色Verhulst模型不足

4.2.3灰色Verhulst模型的优化

4.3在轨道交通中应用

4.3.1序列优化

4.3.2切换流程

4.4本章小结

第五章仿真及验证

5.1切换时延验证

5.1.1路径损耗模型

5.1.2切换模拟系统架构

5.1.3仿真结果及分析

5.2算法性能仿真

5.2.1仿真模型设计

5.2.2仿真流程

5.2.3仿真结果及分析

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢