LTE-R帶狀覆蓋方式下的干擾與可靠性分析

發(fā)布時(shí)間：2020-11-21 22:02

　　隨著高速鐵路的快速發(fā)展,鐵路通信業(yè)務(wù)需求進(jìn)一步增加。與此同時(shí),列車(chē)運(yùn)行速度的極大提升也對(duì)我國(guó)的鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)提出了更為嚴(yán)苛的要求。由于傳統(tǒng)的鐵路全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communication-Railway,GSM-R)屬于窄帶通信系統(tǒng),其頻譜利用率低、傳輸時(shí)延高等特征已無(wú)法滿(mǎn)足高速鐵路日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求。新一代鐵路寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)(Long Term Evolution for Railway,LTE-R)網(wǎng)絡(luò)以其高效、快捷、可靠以及低時(shí)延等優(yōu)點(diǎn)被提出用以承載鐵路通信業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)通信的可靠性以及有效性在鐵路通信系統(tǒng)中顯得尤為重要。對(duì)于可靠性,由于LTE-R擁有較為靈活的組網(wǎng)方式且屬于同頻組網(wǎng),不需要對(duì)頻譜進(jìn)行規(guī)劃,故而GSM-R中的雙網(wǎng)覆蓋、頻譜規(guī)劃等保證可靠性的方法在LTE-R系統(tǒng)中并不適用。因此,本論文考慮在LTE-R系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)側(cè)通過(guò)增加相鄰小區(qū)之間的重疊覆蓋深度實(shí)現(xiàn)冗余覆蓋,以保證車(chē)地之間數(shù)據(jù)通信的可靠性并提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的抗毀性能,但隨之引入的小區(qū)間干擾問(wèn)題也亟待解決。故而,本論文分別使用面積頻譜利用率以及中斷概率來(lái)作為衡量通信系統(tǒng)有效性以及可靠性的評(píng)估指標(biāo),并研究了相鄰小區(qū)重疊深度對(duì)LTE-R帶狀組網(wǎng)場(chǎng)景下整個(gè)系統(tǒng)的干擾性能和可靠性能的影響。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:在對(duì)干擾性能的研究中,本文首次實(shí)現(xiàn)相鄰小區(qū)重疊深度對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能影響的量化評(píng)估。本文首先設(shè)計(jì)了適用于LTE-R帶狀網(wǎng)絡(luò)的部分頻率復(fù)用方案以及軟頻率復(fù)用方案,并通過(guò)利用矩量母函數(shù)(Moment Generating Function,MGF)的求解方法,推導(dǎo)了采用上述兩種頻率復(fù)用方案的面積頻譜利用率閉合表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,本文將用戶(hù)模型分為靜態(tài)分組模型、流級(jí)模型兩類(lèi)并分別對(duì)兩大用戶(hù)分布模型下的上、下行鏈路的兩類(lèi)頻率復(fù)用方案的性能進(jìn)行了對(duì)比。最后,本文通過(guò)仿真驗(yàn)證了干擾模型理論推導(dǎo)的正確性。在對(duì)覆蓋可靠性的研究中,本文利用路徑損耗、陰影衰落、以及Nakagami-m快衰落的混合信道模型中有用信號(hào)與干擾信號(hào)均可近似為服從Lognormal分布這一特性。分別求解了上、下行鏈路的兩種頻率復(fù)用方案下的有用信號(hào)與干擾信號(hào)的概率密度函數(shù)表達(dá)式。從而得到與重疊覆蓋深度相關(guān)的兩種頻率復(fù)用方案的小區(qū)內(nèi)任意一位置用戶(hù)通信中斷概率。最后,本文建立了 LTE-R系統(tǒng)中與相鄰小區(qū)重疊深度相關(guān)的覆蓋可靠性模型,推導(dǎo)了中斷概率表達(dá)式,并通過(guò)仿真驗(yàn)證理論推導(dǎo)的正確性。本文得出的性能評(píng)估結(jié)果為軌道交通沿線(xiàn)通信的覆蓋具有參考價(jià)值和的指導(dǎo)作用,并為未來(lái)LTE-R的部署打下基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN929.5
【部分圖文】：