高铁场景下LTE-A资源调度与越区切换研究

摘要

高速铁路，作为一种快速，安全和绿色的公共交通系统，近年来在我国得到了快速发展。在长达数小时的旅途中，如何为旅客提供高质量的通信服务已经成为研究热点之一。LTE-A系统具有频谱效率高，覆盖能力强，时延短，业务类型丰富等特点，是极具潜力的铁路旅客通信技术。
　　本文从调度和切换的角度对高移动性下LTE-A系统的性能进行了研究。调度是LTE-A MAC层的重要功能，对系统频谱效率和用户公平性有重要影响。传统的调度算法在列车用户和普通用户共存时，无法满足系统公平性要求，需要作出改进;而小区切换是移动性管理中的重要内容。失败的切换会导致通信中断甚至掉话，严重影响用户体验。在高铁场景下，切换面临较大挑战，存在频繁切换、群切换、多普勒频移等问题。
　　本文主要工作如下:
　　(1)根据LTE-A相关协议，参与了LTE-A动态系统级仿真平台的搭建，编写了切换、SINR映射、分组调度、MCS选择和性能统计模块。平台采用c++编写，包括一维场景和二维场景两部分，适用于高铁场景下通信性能的仿真。
　　(2)针对列车用户和普通地面用户共存的场景，提出了一种基于比例公平的改进分组调度方案。该方案通过提高列车用户的调度优先级，来改善用户公平性。在上述系统级仿真平台上，本文对改进算法进行了仿真。结果表明，该方案可以显著提高高铁场景下的用户公平性，同时相比比例公平，系统吞吐量几乎没有下降。
　　(3)在Ziyue Liu等人[1]所提切换方案的基础上，本文提出了一种改进的方案，通过使用切换通知，来减少需要传输的信令，从而达到了缩短切换时延的目的。分析表明，新方案的切换时延只有原方案的58％左右。同时，本文从切换失败率和中断概率的角度对所提方案进行了分析和仿真。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 高铁无线通信与LTE-A系统

1．2 资源调度和越区切换国内外研究现状

1．3 本文研究内容

1．4 论文组织结构

第2章 LTE-A资源调度及切换机制

2．1 LTE／LTE-A系统概述

2．1．1 LTE／LTE-A需求分析

2．1．2 LTE-A系统架构及协议结构

2．1．3 LTE-A关键技术

2．2 分组调度概述

2．2．1 LTE-A调度概述

2．2．2 调度算法评价标准

2．3 切换概述

2．3．1 切换分类

2．3．2 切换设计目标

2．3．3 LTE-A切换机制

2．4 本章小结

第3章 LTE-A资源调度算法研究及仿真

3．1 车载台和普通用户共存场景

3．2 分组调度算法研究

3．2．1 经典调度算法

3．2．2 基于比例公平的改进调度算法

3．3 仿真平台设计

3．3．1 系统级仿真概述

3．3．2 仿真平台总体设计

3．3．3 仿真平台详述

3．4 仿真结果及分析

3．5 本章小结

第4章 高铁场景下越区切换研究

4．1 高铁场景下切换的挑战

4．1．1 多普勒效应

4．1．2 频繁切换和快速切换问题

4．2 高铁线性小区排布下切换算法研究

4．2．1 系统架构

4．2．2 现有方案分析及改进方案

4．3 切换性能分析

4．4 仿真结果及分析

4．5 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果