LTE系统高速场景下切换机制优化研究

【摘要】随着高速铁路的快速发展和公众对数据通信需求的增加，人们更加关注在高速移动场景下提供高数据速率和高可靠性的无线通信。由于LTE系统具有更高的数据传输速率和较小的系统时延，故被国际铁路联盟选定为下一代铁路无线通信首选标准。然而，LTE系统应用在高速环境下尚存在诸多问题，尤其是频繁的越区切换导致高切换失败率及动态时变的信道衰落模型导致高通信中断概率问题，对无线通信接入技术提出了巨大挑战。本文以高速铁路场景为代表，利用高铁专网的独有特点和LTE系统的扁平化、多天线、协作等优点，研究适应终端移动速度大于300km/h的切换算法，本文的研究结果对高速环境下通信网的建设具有一定指导意义。针对上述问题，本文对3GPPLTE工作组提出的切换机制做了相应的改进，提出了切换优化算法，并通过Matlab仿真验证算法的优越性。本文的主要工作如下：（1）对LTE系统的架构和切换技术进行介绍，详细分析了切换产生的原因和切换测量过程。同时对高速移动场景下无线通信系统解决方案、基于LTE系统的解决方案、高速移动给切换造成的负面影响以及现有的针对切换问题的优化解决方案等四方面进行了详细综述。（2）3GPPLTE工作组提出的A3事件触发切换准则已经难以适应高铁列车运行速度快、外部地貌环境复杂等特点，本文对其进行改进后提出了一种基于BP模糊神经网络的LTE系统切换参数K、Hyst、TTT的联合优化算法，该算法具有人工智能的优点，无需人为干预，可自动化地选择最匹配的切换参数来触发判决；给出了参数优化的理论推导过程并基于该算法设计了一种车载功能实体。通过Matlab搭建LTE链路级仿真平台模拟切换过程，证明优化算法有效地降低了乒乓切换次数和无线链路失效次数。（3）由于高铁专网无线资源充足、网络可靠性要求高等特点，本文对LTE系统在高铁环境下实施类似CDMA系统软切换机制的可能性和经济性进行了简要分析，提出了一种基于联合传输的基站协同传输软切换方案。通过数学理论分析对比了硬切换和软切换机制在平均SINR、通信中断概率、切换失败率等三项指标，仿真结果表明，以降低无线资源利用率和增加系统复杂度为代价的软切换机制在上述三项指标上均优于硬切换机制。本文还定义了信号改善因子指标，用于反映平均SINR的改善程度。
【作者】刘伟；
【导师】石文孝；
【作者基本信息】吉林大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】LTE；高速铁路；切换优化；模糊神经网络；联合传输；

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