本文關(guān)鍵詞：高速鐵路環(huán)境下LTE覆蓋與容量優(yōu)化研究

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【摘要】：高速鐵路憑借運行速度快的巨大優(yōu)勢逐漸成為人們出行首當(dāng)其沖的選擇,人們在享受高鐵便利性的同時也希望在旅途中能夠享受到優(yōu)質(zhì)的通信服務(wù)。目前鐵路通信系統(tǒng)使用的GSM-R是第2代窄帶通信系統(tǒng),已經(jīng)日漸無法滿足人們對寬帶業(yè)務(wù)的需求,因此具有頻譜寬、時延小、覆蓋能力強等優(yōu)點的LTE技術(shù),成為了解決鐵路移動通信的最佳技術(shù)手段。但是,由于高速環(huán)境的特殊性,高鐵沿線依然存在覆蓋與容量問題,因此,對高速鐵路環(huán)境下覆蓋與容量優(yōu)化問題的研究,具有重要理論及實際應(yīng)用價值。首先,本文介紹了LTE通信系統(tǒng)的特點和自組織網(wǎng)絡(luò)的功能,分析了無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋與容量的性能,并在此基礎(chǔ)上介紹了應(yīng)用于覆蓋與容量優(yōu)化的模糊Q學(xué)習(xí)(FQL)算法以及合作模糊Q學(xué)習(xí)(co-FQL)算法。其次,本文重點研究了高速鐵路環(huán)境下的覆蓋與容量優(yōu)化算法。由于列車高速運行會引發(fā)穿透損耗、多普勒頻移等現(xiàn)象,導(dǎo)致高速場景下通信環(huán)境惡化,使列車用戶在通信需求方面無法獲得持續(xù)的優(yōu)質(zhì)體驗。因此,本文在傳統(tǒng)單一調(diào)節(jié)天線下傾角的FQL算法的基礎(chǔ)上,基于鐵路環(huán)境中基站與列車位置信息可預(yù)知的優(yōu)勢,引入多agent系統(tǒng),構(gòu)造多agent合作模糊Q學(xué)習(xí)(ma-FQL)算法,其通過聯(lián)合調(diào)整優(yōu)化區(qū)域內(nèi)相鄰兩基站的天線下傾角,實現(xiàn)了更快的優(yōu)化速率。為了進一步達到更加理想的網(wǎng)絡(luò)性能,文中引入?yún)f(xié)作機制的概念,提出了協(xié)作多agent合作模糊Q學(xué)習(xí)(協(xié)作FQL)算法。該算法是在ma-FQL算法的基礎(chǔ)上,將基站發(fā)射功率與天線下傾角進行協(xié)作調(diào)整,從而不僅提高了整體網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的速率,同時提高了整體網(wǎng)絡(luò)性能全局最優(yōu)的概率。最后,本文設(shè)定弱覆蓋和過覆蓋兩種場景進行仿真。并通過改變列車速度在弱覆蓋和過覆蓋兩種場景下,對傳統(tǒng)算法和改進算法在頻譜效率和吞吐量方面進行了仿真分析。弱覆蓋場景下的仿真結(jié)果表明,相比于FQL算法、co-FQL算法和ma-FQL算法,協(xié)作FQL算法能夠更加有效的提升整體網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率和吞吐量性能。同時,為了進一步驗證協(xié)作FQL算法應(yīng)對不同無線環(huán)境的能力,在過覆蓋場景下對其進行仿真。仿真結(jié)果表明,在過覆蓋場景下協(xié)作FQL算法在頻譜效率和吞吐量方面也同樣具有很好的優(yōu)化效果。此外,在兩種仿真場景下,隨著列車時速不斷增大,協(xié)作FQL算法對整體網(wǎng)絡(luò)性能的提升幅度也不斷增大,說明其能夠很好的適應(yīng)高速環(huán)境。
【關(guān)鍵詞】：高速鐵路 LTE系統(tǒng) 覆蓋與容量優(yōu)化 頻譜效率 吞吐量
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-12
• 1.1 論文研究背景及意義9-10
• 1.2 覆蓋與容量優(yōu)化算法的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 論文研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排11-12
• 2 LTE通信系統(tǒng)12-20
• 2.1 LTE系統(tǒng)特征12-15
• 2.1.1 系統(tǒng)架構(gòu)12-13
• 2.1.2 功能劃分13-14
• 2.1.3 關(guān)鍵技術(shù)14-15
• 2.2 LTE自組織網(wǎng)絡(luò)15-19
• 2.2.1 基本框架15-16
• 2.2.2 主要功能16-17
• 2.2.3 功能互影響17-18
• 2.2.4 功能協(xié)作機制18-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 3 LTE覆蓋與容量優(yōu)化20-32
• 3.1 覆蓋與容量性能分析20-22
• 3.1.1 覆蓋性能20-21
• 3.1.2 容量性能21-22
• 3.2 功率控制22
• 3.3 天線傾角調(diào)整22-24
• 3.4 覆蓋與容量優(yōu)化算法24-31
• 3.4.1 強化學(xué)習(xí)算法24-25
• 3.4.2 模糊Q學(xué)習(xí)算法25-29
• 3.4.3 合作模糊Q學(xué)習(xí)算法29-31
• 3.5 本章小結(jié)31-32
• 4 高速環(huán)境下覆蓋與容量優(yōu)化算法32-46
• 4.1 高速鐵路通信系統(tǒng)特點32-34
• 4.1.1 多普勒頻移32-33
• 4.1.2 車體穿透損耗33
• 4.1.3 小區(qū)重疊區(qū)距離33-34
• 4.2 高速環(huán)境下覆蓋與容量優(yōu)化算法改進34-44
• 4.2.1 高速環(huán)境場景設(shè)置34-35
• 4.2.2 多agent合作模糊Q學(xué)習(xí)算法35-40
• 4.2.3 協(xié)作多agent合作模糊Q學(xué)習(xí)算法40-44
• 4.3 覆蓋與容量優(yōu)化算法評估標(biāo)準(zhǔn)44-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 5 算法性能仿真與分析46-62
• 5.1 仿真設(shè)置46-47
• 5.1.1 仿真場景46
• 5.1.2 仿真參數(shù)46-47
• 5.2 仿真與分析47-61
• 5.2.1 弱覆蓋場景仿真47-57
• 5.2.2 過覆蓋場景仿真57-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻65-68
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果68

【參考文獻】

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本文編號：882360