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高速铁路环境下双链路越区切换策略及通信传输优化算法研究
| 论文题名： | 高速铁路环境下双链路越区切换策略及通信传输优化算法研究 |
| 关键词： | 双链路越区切换策略;波束赋形技术;通信传输技术;高速铁路 |
| 摘要： | 随着我国高速铁路的快速发展，复兴号高速列车无论是从“硬科技”还是“软服务”都展现了中国高铁发展的最新成就，实现了由追赶到领跑的突破性转变。但原有的铁路全球移动通信系统(GlobalSystemforMobileCommunications-Railway,GSM-R)存在带宽窄、数据传输速率慢、频谱利用率低等缺点，难以满足现代高铁列车的通信需求。为了弥补原有系统的不足，长期演进的铁路移动通信系统(LongTermEvolutionforRailway,LTE-R)凭借着高带宽、低成本、高可靠等优点逐渐代替GSM-R成为了下一代铁路专用无线通信系统。 为了保证列车安全运行和高铁无线通信的优质服务质量，本文在LTE-R环境下，从应用层面和技术层面对高铁通信中存在的频繁切换和多普勒频移等问题进行研究，主要研究内容如下： （1）在应用层面对越区切换机制进行优化。针对双天线双层网络架构，提出一种基于波束赋形的速度自适应基站切换优化方案。该方案在切换触发阶段基于列车速度考虑了三种切换迟滞函数，根据列车速度动态调整切换触发时间，保证切换及时触发；在切换判决阶段，考虑了前、后天线接收到目标基站的信号强度以及通信最小阈值，设置切换判决条件，在实时保证通信服务质量的同时，实现“无缝”切换。与此同时引入波束赋形技术，当列车进入切换区域时，目标基站天线调整工作模式为波束赋形，将能量定向投放到相邻基站的重叠区域，提升覆盖的同时降低了小区间干扰，保障了切换性能。 （2）在技术层面将多天线频域索引调制技术引入到高铁无线通信场景中，该技术虽然在抗子载波间干扰(Inter-carrierInterference,ICI)、提高信道利用率等方面表现出较佳的性能，但是用于索引调制的所有子载波组合往往大于所需子载波组合，导致子载波组合出现冗余的问题。因此为了提高高铁通信的可靠性，提出一种改进的子载波优化算法。该算法首先通过汉明距离之和最大与最多优质组合准则选出最优子载波组合，然后根据最优映射准则修改索引比特与子载波之间的映射方式，将索引比特映射到最优子载波组合上，来提高系统误码性能。当所需子载波组合数较多时，提出一种基于格雷码的二分法来解决最优映射中复杂度较高的问题。仿真结果表明，该算法具有更好的误码性能，保障了列车行车安全和通信服务质量。 |
| 作者： | 韩佳倩 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 丁爱玲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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