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基于LTE-R的越区切换改进研究
| 论文题名： | 基于LTE-R的越区切换改进研究 |
| 关键词： | 铁路列车;移动通信系统;长期演进;越区切换;波束形成;切换迟滞门限 |
| 摘要： | 铁路沿线的地形复杂、无线传播环境恶劣，保证列车移动通信系统的连续性和可靠性至关重要。铁路的长期演进技术(LongTermEvolutionforRailway,LTE-R)作为下一代铁路移动通信系统，具有比铁路综合数字移动通信系统(GlobalSystemforMobileCommunications-Railway,GSM-R)更好的性能。由于铁路中基站呈带状分布，列车在运行中需要通过频繁的越区切换来保证正常的信息传输。随着铁路的建设和技术的发展，列车速度大幅度提升，越区切换更加频繁。因此，越区切换的成功与否对列车移动通信系统的连续性和可靠性有重要的意义。 通过对LTE-R系统架构、越区切换原理和切换信令流程进行分析，考虑到切换执行时间、切换迟滞门限、参考信号接收功率(ReferenceSignalReceivingPower,RSRP)、信干噪比(SignaltoInterferenceplusNoiseRatio,SINR)等因素对越区切换的影响，从多个方面对LTE-R系统中的越区切换问题进行优化改进，以提升越区切换的性能。 首先，考虑到列车速度和切换方向对越区切换问题的影响，针对切换迟滞门限这一关联因素，提出一种基于速度-方向的LTE-R越区切换算法。该算法利用小区同步过程预先得到小区物理标识(PhysicalCellID,PCI)，根据PCI对接入小区进行实时监督，判断列车触发切换的方向和性质。在设置切换迟滞门限时，使列车触发乒乓切换的切换迟滞门限高于触发正常切换的切换迟滞门限，且令其随速度动态变化，使列车难以切换到上次驻留过的小区，从而起到降低乒乓切换概率的作用。 其次，从缩短切换执行时间、优化RSRP的角度出发，设计一种基于灰色-马尔可夫模型的提前切换算法，利用灰色模型对RSRP进行预测和处理，为了降低灰色模型的预测误差，引入马尔可夫过程对误差进行修正，并结合预承载算法，在改善RSRP波动情况的同时，缩短了切换时延。 随后，利用波束形成这一LTE系统中的关键技术，提出一种基于波达方向(DirectionOfArrival,DOA)估计的线性约束最小功率(LinearlyConstrainedMinimumVariance,LCMV)波束形成越区切换算法。基站端利用DOA估计算法得到信号的来波方向，判断列车位置。在列车进入切换重叠区时，演进型基站(EvolvedNodeB,eNodeB)采用发射波束形成的方式，在重叠区的不同范围设置不同的波束形成增益，提高信号发射功率。用户设备(UserEquipment,UE)端采用了LCMV波束形成算法，在保证RSRP接收效果的同时，抑制其他信号以及噪声的干扰，提高了接收信号的信干噪比，能够更好的适应铁路运行环境。 最后，利用Matlab平台对适用于铁路场景的无线信道环境进行仿真，在该环境下从切换成功率、中断率、乒乓切换概率等方面对三种改进算法进行仿真分析，并与传统算法进行比较，从而验证改进算法在切换性能方面的有效性。 |
| 作者： | 范文静 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 王瑞峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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