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面向高速铁路环境的LTE-R越区切换技术研究
| 论文题名： | 面向高速铁路环境的LTE-R越区切换技术研究 |
| 关键词： | 高速铁路;长期演进;越区切换;波束赋形;控制面;用户面;双链路 |
| 摘要： | 近年来，中国高速铁路迅猛发展，高速铁路凭借其低能耗、高准点率、高运输效率、舒适性、安全性等优点，在城际交通中应用越来越广泛，极大地提高了旅行的服务质量和客户满意度，创造了巨大的社会经济效益。然而，现有的铁路全球移动通信系统(GSM-R)不足以支持高速铁路系统高容量、低时延、高可靠性和高安全性的通信服务。国际铁路联盟(UIC)已经批准LTE-R替代GSM-R作为下一代铁路专用通信系统，以支持高移动性场景下的通信业务需求。 越区切换是LTE-R通信系统中的关键技术，在高速列车跨越小区时，可以保证通信连续而不发生中断，提高系统有效性和可靠性。与公共网络中的切换方案相比，高速铁路的特殊场景以及列车高速移动对越区切换有了更高的要求。然而，切换失败概率高、频繁切换、群切换引起的系统开销等问题仍然没有解决。因此，提高越区切换性能对保证LTE-R通信质量和业务需求具有重要意义。 本文通过查阅文献并分析现有越区切换技术，对高速铁路场景中的越区切换技术进行了研究，主要的研究内容和创新点如下: (1)提出一种基于波束赋形的速度自适应越区切换方案，在铁路沿线基站的重叠区运用波束赋形技术，当高速列车驶入基站重叠区后，基站天线改变其工作模式为波束赋形模式，通过在重叠区的不同区域调整波束赋形增益来改善列车的接收信号强度。同时，提出一种切换触发门限动态调整算法，根据列车的位置和速度自适应地调节切换触发门限。仿真结果表明，同传统的越区切换方案相比，所提出的越区切换方案可以有效提高切换触发概率，并且保障切换成功概率，更好地适应高速铁路场景。 (2)提出一种基于控制面/用户面分离的快速双链路越区切换方案，将高速铁路移动通信系统的控制面和用户面信息解耦分离，将对传输可靠性要求较高的控制面信息由低频段的宏基站承载，而用户面信息由小基站通过高频段支持。在列车穿越宏小区时，为了保证良好的切换性能，本文提出一种快速双链路越区切换方案。在列车车首和车尾分别设立两部天线，利用车首和车尾两部天线协作切换来保障切换成功概率，提高系统复用度和稳定性。同时，为了降低切换时延实现快速切换，利用双播技术对切换信令流程进行优化设计。最后，通过仿真对不同切换方案的性能进行对比和分析，结果表明，在此网络架构下，所提出的切换方案可以显著提高切换成功概率并降低中断概率，保证通信系统可靠性。 |
| 作者： | 刘云毅 |
| 专业： | 通信与信息系统 |
| 导师： | 赵军辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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