基于TD-LTE的城市轨道交通CBTC系统车地无线通信干扰抑制研究

摘要

基于通信的列车控制CBTC系统作为城市轨道交通首选的信号系统，其车地无线通信技术通常采用工作在2.40Hz公共频段的无线局域网WLAN技术。WLAN无线网络覆盖易受外界干扰的影响，为了解决其干扰源多、无线接入小区覆盖范围小、切换频繁等问题，车地无线通信系统中引入了时分长期演进TD-LTE技术。但是由于城市轨道交通可用频段资源有限，基于TD-LTE的CBTC系统车地无线通信采用同频组网方案，当相邻小区间的用户使用相同的频带资源时，小区间同频干扰较为严重，从而影响边缘用户的通信质量，导致系统性能下降。因此对CBTC系统车地无线通信中TD-LTE同频组网方案下存在的干扰及干扰抑制方案进行分析，提出能够有效抑制干扰的解决方案，从而提升系统的性能，实现列车安全可靠的运行。
　　首先，通过对不同链路相邻小区间同频隔离度的精确估算，解决相邻小区之间的同频干扰问题。由于利用基于加权最小二乘算法校正的传播路径损耗公式计算隔离度时，其路径损耗偏差较大，算法精度相对较低，因此提出了基于动态粒子群算法的传播模型校正方案。基于动态粒子群算法校正传播模型的思想是在求解空间中随机初始化一组粒子，每个粒子的位置即代表问题的一个潜在解，在搜索过程中，寻找极值点粒子的位置，采用适应度函数对极值点粒子的位置进行评价，位置评价最高的即为最优的一组解。
　　其次，针对同一链路相邻小区间的同频干扰问题，提出了基于软频率复用的动态频谱分配算法及功率控制的解决方案。由于软频率复用技术在空间尺度上可以提升系统容量，而动态频谱分配技术在时间维度上可以改善频谱利用率，通过结合软频率复用及动态频谱分配达到提高频谱利用率的目的。基于软频率复用的动态频谱分配算法，在充分的频谱感知的基础上，引入非授权用户接入空闲频段时对授权用户必须避让的策略，然后控制调整频段中的信号功率实现同步接入，有效避免相邻小区间的同频干扰。
　　最后，运用MATLAB工具对基于动态粒子群算法的转播模型校正方案及基于软频率复用的动态频谱分配算法及功率控制方案进行实验仿真，仿真结果表明，本文提出的两种方案合理可行，从纵向和横向两个方面解决了基于TD-LTE的CBTC系统车地无线通信小区间的同频干扰问题，达到了干扰抑制的目的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 LTE网络应用于轨道交通的发展现状

1．2．2 车地无线通信干扰研究现状

1．3 本论文的主要内容和结构安排

2 CBTC系统车地无线通信架构及干扰分析

2．1 CBTC系统车地无线通信架构

2．1．1 基于WLAN的车地无线通信系统

2．1．2 基于TD-LTE的车地无线通信系统

2．2 无线信道传播模型

2．2．1 自由空间传播模型

2．2．2 室外传播模型

2．2．3 室内传播模型

2．3 TD-LTE的车地无线通信干扰分析

2．3．1 小区内干扰

2．3．2 小区间干扰

2．3．3 常见的干扰抑制技术

2．4 本章小结

3 CBTC系统车地无线传播模型校正

3．1 校正模型的选择与校正的基本流程

3．1．1 通用传播模型的选择

3．1．2 传播模型校正的基本流程

3．2 基于加权最小二乘算法的传播模型校正

3．2．1 加权最小二乘算法的原理

3．2．2 传播模型的校正

3．3 基于动态粒子群算法的传播模型校正

3．3．1 动态粒子群算法的原理

3．3．2 传播模型的校正

3．4 实验结果与分析

3．5 本章小结

4 改进的小区间干扰抑制方案

4．1 动态频谱分配技术

4．1．1 系统频谱资源

4．1．2 动态频谱分配过程

4．2 功率控制与分配

4．2．1 上行功率控制

4．2．2 下行功率分配

4．3 改进的小区间干扰抑制方案

4．3．1 小区模型

4．3．2 动态频谱分配及功率控制参数

4．3．3 损耗模型及噪声模型

4．3．4 系统性能参数评估

4．4 实验结果与分析

4．4．1 功率控制参数

4．4．2 小区信噪比分布

4．4．3 小区吞吐量

4．4．4 频谱效率

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 论文工作总结

5．2 课题展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果