高铁用户的QoS功率分配算法研究

发布时间：2020-11-13 12:48

　　 高速铁路的现代化建设与飞速发展,给高速列车上的无线通信带来了巨大的需求,高速铁路移动通信系统对车—地之间的信息传输速率和带宽选择要求更为严苛,而目前的铁路无线通信系统标准(Global System for Mobile Communications for Railways,GSM-R)主要适用于信令而非数据传输。由于列车的高速运行产生频繁的越区切换和多普勒效应,使得无线资源的管理优化问题变得更加复杂,简单的数学处理方法已然无法满足当前优化问题的建模和求解。同时,随着高速铁路通信系统承载用户业务种类的不断增加且用户对移动终端业务服务质量(Quality of Service,QoS)的要求日益提高,用户所需的服务不再是传统的单一业务类型,而是呈现了不同维度多元化的发展趋势和判定标准,这就使得有限的频带资源与不断增长的数据业务需求之间的矛盾日益突显。在有限的频谱资源条件下,如何保障不同业务的QoS需求以及不同用户之间的公平性,高效合理地分配无线资源,提高用户体验质量(Quality of Experience,QoE),是提升高速铁路通信系统整体性能的重点研究方向。针对上述问题,本论文主要对高铁用户的QoS功率分配算法进行相关研究,建立了车—地通信的系统框架模型,提出了高铁用户的QoS期望功率分配算法和高铁用户的QoS预分配功率分配算法,通过与铁路环境下已有的功率分配算法进行比较,证明了本文所提算法的优越性。论文的主要工作和研究成果如下:(1)研究了高速铁路LTE无线通信的系统架构,建立了基于不同业务用户的QoS系统模型,深入分析了高速铁路系统传统的资源分配算法。通过理论分析,表明传统资源分配算法虽可以完成用户的功率分配但存在无线资源浪费、频谱利用率不高等现象,这一部分为后续建模仿真提供了理论支持。(2)针对用户差异化业务需求,根据不同类型信息流最大耐受时延的不同,将混合版本的信息流划分为时延敏感信息流和时延不敏感信息流。从单个用户的满意度和用户间公平性问题出发,提出满意度因子和差异化因子,通过设立算法优化目标,包括基站发射功率和用户传输速率上限、满意度因子和差异化因子指标阈值等,确定最大耐受时延映射的期望速率。(3)在基站发射功率受限的情况下,提出了高铁用户的QoS期望功率分配算法。由于基站无法预先得知用户的期望传输速率,在上述算法的基础上,提出了高铁用户的QoS预分配功率分配算法。通过仿真结果证明,本文提出的算法能够在用户之间的公平性和单个用户满意度之间进行折衷,灵活分配系统可用资源,在收敛性、用户满意度等方面均优于其他算法,满足了不同业务类型用户QoS异质化服务,节约了网络资源,提高了系统整体的利用率。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5;U285.2
【部分图文】：

(b) 列车远离基站图 2.2 多普勒频移示意图线通信系统的网络架构-R 高速铁路无线通信系统的网络架构，包含有车载子系统个部分[30]，如图 2.3 所示。

高铁用户的 QoS 功率分配算法研究(b) 列车远离基站图 2.2 多普勒频移示意图2.1.2 高铁无线通信系统的网络架构基于 LTE-R 高速铁路无线通信系统的网络架构，包含有车载子系统、地面子系统和核心网这三个部分[30]，如图 2.3 所示。

兰州交通大学硕士学位论文立请求业务的 QoS 需求等方面的因素。其目的是提高无线资源利用率，同时确保已接入会话业务的 QoS。(2) 连接移动性控制连接移动性控制主要是用来管理控制空闲模式和连接模式下的无线资源。对于空闲模式，小区重选算法根据其门限值、滞留量等参数，选择最佳的目标小区。对于连接模式，根据用户设备和 eNB 得到的一系列测量值实施切换判决选出合适的目标小区。
【参考文献】

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1 董长城;吴炜;李峻林;赵恒;;数据链通信实时数据传输QoS控制研究[J];计算机科学;2013年S1期

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1 张杰;高铁环境下TD-LTE基站规划的研究[D];兰州交通大学;2018年

2 张清东;CTCS-3级列车运行控制系统联调联试及典型案例分析[D];中国铁道科学研究院;2014年

3 汪洋;TD-LTE系统中接纳控制算法的研究[D];南京邮电大学;2012年

本文编号：2882206