高铁应急场景下D2D通信模式接入技术研究

发布时间：2017-10-15 12:20

  本文关键词：高铁应急场景下D2D通信模式接入技术研究

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【摘要】：随着中国铁路技术的快速发展,高铁使人们生活越来越方便快捷,并扮演不可或缺的角色,但其行车安全也得到的人们越来越多的关注。中国铁路总公司(原铁道部)相关部门提出要研究新的技术,在信号设备失效等应急场景下的要保障行车安全,实现信息化和自动化,建设成熟完善的铁路无线移动通信系统。当前铁路无线通信系统GSM-R,在支撑高铁宽带数据业务方面略显能力不足。国际铁路联盟(UIC)提出GSM-R越过3G发展阶段,直接过渡到LTE-R的方案。D2D通信技术,即邻近终端可使用授权频段直接建立通信链路并进行通信。它是LTE通信系统的一项关键技术,具有减小传输时延、降低基站负载、提高频谱利用效率等突出优点。按照铁路相关规定,正常行驶列车间直接进行通信是不被允许的。但在在应急场景下,若引入D2D通信技术,故障列车能够快速与邻近列车建立通信,与之建立通信的邻近列车能够在有效时间采取降级降速甚至紧急制动方式,以避免发生碰撞和追尾。一旦脱离应急场景,应立即取消D2D通信。应急场景下的D2D通信,相比公网蜂窝网络具有一些新的特点,而且需要考虑和细化以下问题：(1)在什么时机引入D2D通信,(2)D2D通信的接入控制管理,(3)列车执行越区切换时D2D通信的是否会中断。本文对以上三个问题分别做了分析和探讨,将高铁应急场景分为两类,并针对集中式资源分配方式无线网络覆盖的场景展开分析。根据现有的铁路规定,本文基于集中式控制方式无线网络覆盖的场景,分析了高铁应急场景引入D2D通信的时机。针对D2D通信的接入控制,eNB根据列车间距离的大小选择直接通信或中继通信方式；为避免系统中不同业务间干扰,本文提出基于列控业务与D2D通信业务正交方式的资源共享方案。经过仿真分析,确定了列车选择直接通信和中继通信方式的门限值约为6km以及保障通信所需的带宽资源约3个RB。针对列车频繁越区切换这一现象,本文提出了基于资源预留的D2D应急通信与列车联合切换方案,保障D2D通信在列车执行越区切换时的可靠性。经过对该方案的仿真分析,验证了在列车执行越区切换时D2D通信失败概率在接受范围,证明了该方案的可行性。
【关键词】：高铁应急 D2D 资源分配 资源预留 联合切换
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序言9-12
• 1 绪论12-16
• 1.1 研究背景与意义12-14
• 1.2 研究现状14-15
• 1.3 本文结构15-16
• 2 LTE-R系统与D2D通信系统概述16-32
• 2.1 LTE-R系统概述16-21
• 2.1.1 LTE-R系统架构16-18
• 2.1.2 LTE-R资源块18-20
• 2.1.3 LTE-R关键技术20-21
• 2.2 D2D通信系统概述21-27
• 2.2.1 D2D通信的应用场景22
• 2.2.2 蜂窝网络下的D2D通信22-25
• 2.2.3 无线资源管理与干扰分析25-27
• 2.3 我国列控系统基本介绍27-29
• 2.3.1 CTCS统的基本结构27-28
• 2.3.2 CTCS系统分级28-29
• 2.4 高铁应急场景分析29-31
• 2.4.1 高铁应急场景介绍29-30
• 2.4.2 引入D2D通信的时机30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 基于QOS保障的列车D2D通信研究32-46
• 3.1 LTE-R系统的通信模型32-35
• 3.1.1 信息传递方式32-33
• 3.1.2 自适应编码AMC与重传机制HARQ33-34
• 3.1.3 D2D通信建立的流程分析34-35
• 3.2 保证D2D通信接入的资源分配方案35-40
• 3.2.1 D2D通信业务的QoS保证36-38
• 3.2.2 基于业务类型的正交资源分配方式38-40
• 3.3 系统模型与仿真分析40-44
• 3.3.1 信道建模40-42
• 3.3.2 仿真结果分析42-44
• 3.4 本章小结44-46
• 4 基于资源预留的D2D通信联合切换46-69
• 4.1 高速移动的列车所面临的问题46-53
• 4.1.1 LTE-R系统越区切换所面临的挑战46-48
• 4.1.2 LTE-R系统切换机制48-51
• 4.1.3 高速场景下的信道模型51-53
• 4.2 资源预留与D2D联合切换53-62
• 4.2.1 LTE-R系统高铁无D2D通信时越区切换流程53-55
• 4.2.2 列车终端D2D通信越区切换场景分析55-57
• 4.2.3 基于列车位置信息的资源预留方案57-58
• 4.2.4 D2D通信联合切换流程58-62
• 4.3 D2D联合切换性能及参数分析62-65
• 4.3.1 列车终端执行越区切换性能分析62-64
• 4.3.2 D2D通信执行越区切换性能分析64-65
• 4.4 仿真分析65-68
• 4.4.1 仿真参数设置65-66
• 4.4.2 仿真结果与分析66-68
• 4.5 本章小结68-69
• 5 总结69-71
• 5.1 结论69-70
• 5.2 展望70-71
• 参考文献71-74
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果74-76
• 学位论文数据集76

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本文编号：1037085