【摘要】：近年來(lái),我國(guó)的高速鐵路建設(shè)發(fā)展迅速,列車運(yùn)行速度和鐵路建設(shè)里程均達(dá)到世界前列。高速鐵路的發(fā)展給人們出行帶來(lái)了極大便利的同時(shí),也對(duì)高速鐵路場(chǎng)景下的寬帶無(wú)線通信提出了需求。一方面,高鐵系統(tǒng)的安全高效運(yùn)營(yíng)離不開現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)的支撐,同時(shí)高鐵旅客對(duì)于旅途中的通信服務(wù)也產(chǎn)生了越來(lái)越高的要求。另一方面,高速鐵路場(chǎng)景的特殊性也給無(wú)線通信帶來(lái)新的挑戰(zhàn)：多普勒頻移嚴(yán)重影響通信質(zhì)量；列車車體損耗嚴(yán)重降低接收信號(hào)強(qiáng)度；列車頻繁穿越小區(qū)導(dǎo)致掉話率提高。本文將基于“基站(BS)-車載中繼-用戶”的兩跳傳輸系統(tǒng)架構(gòu),研究高速鐵路無(wú)線通信系統(tǒng)中的小區(qū)切換策略以及多輸入多輸出天線傳輸技術(shù)。首先,本文考慮了地面分布式天線系統(tǒng)對(duì)高鐵無(wú)線通信切換性能的影響,分析了該場(chǎng)景下的越區(qū)切換性能,并提出一種基于功率分配的最優(yōu)切換策略�；谇袚Q成功率、鏈路中斷率、切換次數(shù)等切換性能,本文比較了集中式天線系統(tǒng)(CAS)和分布式天線系統(tǒng)(DAS)采用不同功率分配方案時(shí)的切換性能。結(jié)果表明,DAS中的切換次數(shù)要明顯少于CAS中的切換次數(shù),可以有效地降低乒乓切換效應(yīng)；即使不采用功率分配,DAS中的切換失敗概率和鏈路中斷概率也均小于CAS。在分布式天線系統(tǒng)中,由于每個(gè)遠(yuǎn)程接入單元(RAU)分布在不同的地理位置,可以為系統(tǒng)提供宏分集。利用這一特點(diǎn),本文提出一種對(duì)DAS中不同RAU進(jìn)行功率分配的方案,可以增強(qiáng)車載中繼的接收信號(hào)強(qiáng)度從而提高切換性能。仿真結(jié)果表明,相比平均功率分配方案,本文提出的最優(yōu)功率分配方案具有更高的切換成功率以及更低的鏈路中斷率。由于高鐵無(wú)線通信系統(tǒng)具有線性小區(qū)的特點(diǎn),車內(nèi)用戶的傳輸容量很大程度上依賴于列車與基站之間的距離,系統(tǒng)容量的大小將隨著列車的移動(dòng)發(fā)生快速變化。基十列車控制系統(tǒng)(TCS),基站可以預(yù)測(cè)下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)列車的位置,這使得沿著鐵路線的功率分配方案成為可能�，F(xiàn)有的高鐵功率分配研究只考慮了系統(tǒng)時(shí)延或僅考慮了系統(tǒng)容量,本文則提出將時(shí)延和容量性能結(jié)合考慮的功率分配算法。不同的用戶業(yè)務(wù)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求不同,例如話音業(yè)務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性有較高要求但對(duì)容量要求并不高,而數(shù)據(jù)流量業(yè)務(wù)允許較大時(shí)延但需要較高的傳輸速率。為了能夠滿足不同業(yè)務(wù)類型的需求,達(dá)到時(shí)延和容量的折中,本文提出了在保證時(shí)延性能的條件下,使得平均容量最優(yōu)的功率分配算法。分析和仿真結(jié)果表明,本文提出的功率分配算法比經(jīng)典注水算法產(chǎn)生的時(shí)延小,與平均功率分配方案相比則具有更高的平均容量。接著,論文研究了基于車載中繼以及地面分布式天線系統(tǒng)的RAU協(xié)作集合選擇問(wèn)題。在列車運(yùn)行過(guò)程中,車載中繼與各RAU之問(wèn)的距離會(huì)發(fā)生變化,系統(tǒng)容量也會(huì)隨之發(fā)生變化,參與協(xié)作的RAU個(gè)數(shù)對(duì)系統(tǒng)的平均容量具有重要影響。本文在車載中繼安裝大規(guī)模天線的場(chǎng)景下,推導(dǎo)了列車在任意位置處的系統(tǒng)瞬時(shí)容量以及一個(gè)小區(qū)內(nèi)平均容量的表達(dá)式。根據(jù)分析結(jié)果,提出了兩種RAU協(xié)作集選擇方案。一種選擇方案根據(jù)列車的位置改變RAU協(xié)作集的大小,使列車在任意位置時(shí)均達(dá)到系統(tǒng)容量最優(yōu)。由于列車運(yùn)行速度快,不斷改變RAU協(xié)作集算法復(fù)雜度高。為了降低算法實(shí)施復(fù)雜度,本文提出了另一種固定RAU數(shù)量的協(xié)作方案,并提出了最優(yōu)RAU數(shù)量的計(jì)算方法。仿真結(jié)果表明,論文所提出的RAU協(xié)作集選擇方案可以顯著提高系統(tǒng)的容量。最后,論文研究了車載中繼的天線數(shù)目?jī)?yōu)化問(wèn)題。在高鐵無(wú)線通信系統(tǒng)中,包含多個(gè)車廂的列車具有一定長(zhǎng)度,車載中繼的天線可以集中放置在一節(jié)車廂上,也可以分布式地放置于多節(jié)車廂上。本文研究了車載中繼分別采用集中式和分布式天線結(jié)構(gòu)時(shí),大尺度衰落、小尺度衰落以及天線端的射頻損耗對(duì)系統(tǒng)容量的影響,推導(dǎo)出了不同列車位置下的系統(tǒng)瞬時(shí)容量和系統(tǒng)平均容量表達(dá)式。分析結(jié)果表明,與集中式天線結(jié)構(gòu)相比,車載中繼采用分布式天線結(jié)構(gòu)時(shí),在列車離基站較近的位置具有較低的系統(tǒng)容量,在小區(qū)邊緣則具有較高的系統(tǒng)容量。所以分布式天線結(jié)構(gòu)的車載中繼可以提高通信服務(wù)質(zhì)量的穩(wěn)定性。在車載中繼采用分布式天線結(jié)構(gòu)時(shí),本文研究了列車速度、大尺度衰落、小尺度衰落以及導(dǎo)頻比例等因素對(duì)系統(tǒng)容量的影響,提出一種車載天線數(shù)目?jī)?yōu)化算法。分析和仿真結(jié)果表明,論文所提出的算法可以提高系統(tǒng)的平均容量。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN92

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本文編號(hào)：2329115