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高铁场景下基于双移动中继的转发性能及切换方案研究
| 论文题名： | 高铁场景下基于双移动中继的转发性能及切换方案研究 |
| 关键词： | 高速铁路;移动通信系统;双移动中继协作;转发性能;切换方案 |
| 摘要： | 随着高速铁路的快速发展，我国现有的铁路移动通信系统GSM-R(GlobalSystem for Mobile Communications-Railway，铁路专用全球移动通信系统)已不能满足铁路的信息化建设要求，尤其是无法为公网用户提供无缝、高速、稳定的宽带接入。因此新的适用于高铁场景的宽带接入方案是一个亟需研究的问题。国际铁路联盟已经明确表示，铁路移动通信系统要从GSM-R平滑地过渡到应用于高铁的LTE-R（Long Term Evolution for Railway，铁路专用长期演进）。但是从GSM-R向LTE-R演进的过程中还存在许多有待解决的问题，本文将讨论其中的两个问题。 高铁车厢一般采用全封闭式的铝合金不锈钢材料组成，无线电波穿过车厢将会产生严重的穿透损耗。GSM-R中公网用户与基站之间是直接通信的，因此无法给公网用户提供高速稳定的宽带接入。为了解决这个问题，本文讨论了一种双移动中继AF（Amplify-and-Forward，放大转发）转发的公网用户接入方案。利用中继转发，将基站与用户之间质量较差的无线链路分解为两条质量较好的无线链路，有效地避免了车体损耗对通信的影响。本文建立了高铁场景下基于双移动中继AF转发的系统模型，分析得到了系统的平均SER(Symbol Error Rate，误码率)、中断率和频谱效率的闭合形式的数学表达式，并通过仿真讨论了系统性能。得出结论:基于双移动中继AF转发的系统相比于传统无中继转发的系统具有更低的平均SER，更低的中断率和更高的频谱效率。 由于高铁列车的高速运动和乘客的地理位置相对集中，高铁移动通信系统将面临频繁的群组切换问题。LTE（Long Term Evolution，长期演进）中传统的硬切换方案不仅切换失败率较高，切换过程中会出现“掉话”现象，严重时甚至会发生“乒乓效应”。本文提出了一种基于双移动中继协作的切换方案，建立系统模型，分析了切换触发概率和列车运行速度以及切换位置的关系，得出了切换触发概率的闭合形式的数学表达式;分析了本文方案和传统硬切换方案的切换失败率和通信中断率，并得出了它们的闭合形式的数学表达式。最后通过仿真分析了切换触发概率，比较了本文方案和传统硬切换方案的切换失败率和通信中断率。得出结论:列车运行的速度越高，切换触发概率越小;切换位置越接近小区边缘，切换触发概率越大;相比于传统的硬切换方案，本文提出的方案具有更低的切换失败率，且通信中断率恒小于1，切换位置越接近小区边缘，通信中断率越低。 |
| 作者： | 向明 |
| 专业： | 电子与通信工程 |
| 导师： | 谈振辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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