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原文传递面向TD-LTE的城市轨道交通车地无线通信同频干扰问题研究

论文题名：	面向TD-LTE的城市轨道交通车地无线通信同频干扰问题研究
关键词：	城市轨道交通;传播模型校正;信道估计;车地无线通信;同频干扰
摘要：	随着城市人口数量的不断增长，城市轨道交通由于其载客量大、便利、准时、安全等优点逐渐成为大中型城市居民出行的首选交通工具。而城市轨道交通的核心系统—基于通信的列车控制(CommunicationBasedTrainControl,CBTC)系统，在传输带宽和传输效率方面也面临着更加尖锐的问题与挑战，为增大和提高车地无线通信的带宽和效率，引入时分长期演进(TimeDivisionLongTermEvolution,TD-LTE)系统作为车地无线通信的承载网络是非常必要的。　　由于TD-LTE采用频率复用系数为1的同频组网的方式，导致相邻小区之间不可避免的会产生同频干扰，为达到城市轨道交通通信更高的准确性及实时性要求，减小同频干扰对于面向TD-LTE的城市轨道交通车地无线通信系统十分重要。精确地无线信道衰落模型及信道估计对于提升车地无线通信系统的性能指标具有直接影响，本文基于城市轨道交通环境下电波传播特点、TD-LTE组网方式及传统解决同频干扰问题的方法，提出通过对城市轨道交通环境下电波传播模型进行校正减小车站两侧双隧道两个小区间的同频干扰，并通过使用改进的线性最小均方误差-干扰抑制合并(LinearMinimumMeanSquareError-Interferencerejectioncombining,LMMSE-IRC)算法减小同向隧道前后相邻小区间的同频干扰。论文的主要研究工作如下：　　首先，本文介绍了CBTC系统的发展历程，对LTE的系统架构与关键技术进行了分析与研究。对商用LTE网络与城市轨道交通TD-LTE网络进行对比分析，根据城市轨道交通车地无线通信的特点得出城市轨道交通车地无线通信面临的干扰问题主要为同频干扰，并将同频干扰分为隧道两侧同频邻区间的干扰及同向隧道前后邻区间产生的同频干扰两部分。　　其次，文章对传统电波传播模型进行比较与分析，由于标准传播模型(StandardPropagationModel,SPM)具有较强的灵活性，本文对SPM模型进行校正。SPM模型需要对高维度参数进行优化，传统的元启发式优化算法普遍存在容易早熟及陷入局部最优等问题，本文选择精确度更高的海鸥算法(SeagullOptimizationAlgorithm,SOA)并对其存在的缺陷进行改进。将改进海鸥算法(ImprovedSeagullOptimizationalgorithm,ISOA)与粒子群、灰狼算法等传统算法进行对比，观察到改进后的海鸥算法在测试函数中表现出最佳寻优性能，可取得最佳平均值与标准差。同时本文使用改进后的海鸥算法对传播模型进行校正，得到相较于校正前的传播模型，校正后的传播模型与实测数据点拟合度更高，在矩形隧道环境与拱形隧道环境下与实测数据的均方误差分别可达到5.96dB与6.82dB，而校正前SPM模型与实测数据间的误差可达到20dB。依据校正后的传播模型计算同频隔离度，从而减小隧道两侧相邻小区之间产生的同频干扰。　　最后，本文对信道估计算法进行比较分析，并搭建MATLAB仿真模型。依据验证结果选择LMMSE信道估计算法，然后对接收机多天线合并技术进行比对，对比IRC及改进IRC算法，得到改进后的IRC算法相较于传统IRC算法在LMMSE准则下约有2dB的改善。文末对本文的工作内容进行总结，并对以后的研究内容做出了展望。
作者：	闫蕊
专业：	交通运输工程
导师：	郑云水;李涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022