高速列车无线通信网络的基站切换方案研究

摘要

随着科学技术和经济的发展，高速列车正在向更绿色、更安全、更大运载量的方向发展，成为越来越多的人出行的首选交通工具。同时，这又是一个无线通信“百花齐放”、移动互联网普及的时代，人们对于通无线通信网络的需求，已经从单一的语音业务演变到支持多设备的多媒体业务。因此高速移动环境下的无线通信网络必须提供给列车上的用户与地面，以及列车本身与控制中心更可靠、更高速、更高容量的通信服务。然而，现在高速铁路沿线的移动网络服务远远不能够满足人们的需求，网络服务质量差甚至掉话的现象经常发生。为高速铁路搭建的无线通信网络面临着比普通网络更严峻的挑战，这其中影响最严重之一的就是高速移动状态下的基站切换问题。切换就是列车在跨越小区时，为了能够保持优质的通信质量，与原服务小区的基站断开通信，并重新与目标小区的新基站建立通信链路的过程。
　　本文在一开始介绍了切换课题的研究背景、无线蜂窝通信网络的演进以及无线移动蜂窝通信网络的演进。然后讨论了高速移动无线通信网络所面临的严重挑战：高频率切换、群切换、多普勒效应、列车自身车声损耗，复杂的地理环境等。最后对基站切换进行了基本分类介绍，确立了本文主要研究的是无缝、水平、主动的硬切换技术。
　　为了提高切换方案的性能，本文首先讨论了一种为高速列车通信网络设计的无缝双链路阈值优化方案。所设计的切换触发算法优化了阈值，综合考虑两根天线的接收信号强度来进行判定。同时允许前端天线进行多次切换。本文通过对该算法进行理论分析和平台仿真，验证了该算法的优越性，与原始双天线方案相比，通信中断概率随着前端天线允许执行切换次数的增多而降低；当前端天线有两次机会切换时，切换失败概率平均从10-4降低到10-6；同时该方案避免了很多不必要的切换发生。
　　针对当下5G的一种提高网络容量的研究热门网络架构C/U层分离异构无线网络下的切换问题，本文重新设计了一种C/U分层异构网络下的无线双链路阈值优化方案。一、在C/U网络下，利用列车双天线结构来构建通信网络。二、利用阈值优化的切换触发算法，赋予前端天线更多次的切换机会。三、针对C/U网络下切换的特殊性，重新设计了宏小区间和宏小区内车载双天线结构的切换具体流程。四、通过理论和仿真分析，与原始C/U网络下的单天线方案相比，所提方案随着前端天线的允许切换次数q的增加，切换失败概率得到降低，当q=2时，切换失败概率平均下降了0.15；同时，由于切换触发阈值的优化，避免了不必要的切换触发，提高了切换性能，节省了系统资源。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2无线通信网络的发展历程和管理

1.3相关研究现状

1.4论文主要内容与研究安排

第二章 高速移动无线通信网络的特点及关键问题

2.1国内外高速移动通信网络的研究

2.2高速铁路无线通信网络的关键问题

2.3高速移动下基站切换技术的相关研究

2.4本章小结

第三章 高速铁路下的双链路阈值优化切换方案研究

3.1切换概述

3.2 LTE网络架构

3.3切换网络结构

3.4切换总体流程

3.5切换触发算法（三原则）

3.6仿真结果分析

3.7本章小结

第四章 基于C/U分离异构网络的双链路阈值优化基站切换方案

4.1基于虚拟小区的C/U分离异构无线网络研究

4.2 C/U异构网络下的列车双链路通信架构及切换问题

4.3切换方案的总体流程

4.4 C/U分离异构网络下阈值优化方案的性能分析

4.5仿真结果分析

4.6本章小结

第五章 结束语

5.1主要工作与创新点

5.2后续研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文