LTE-R带状覆盖方式下的干扰与可靠性分析

发布时间：2020-11-21 22:02

　　随着高速铁路的快速发展,铁路通信业务需求进一步增加。与此同时,列车运行速度的极大提升也对我国的铁路移动通信系统提出了更为严苛的要求。由于传统的铁路全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication-Railway,GSM-R)属于窄带通信系统,其频谱利用率低、传输时延高等特征已无法满足高速铁路日益增长的业务需求。新一代铁路宽带移动通信系统(Long Term Evolution for Railway,LTE-R)网络以其高效、快捷、可靠以及低时延等优点被提出用以承载铁路通信业务。数据通信的可靠性以及有效性在铁路通信系统中显得尤为重要。对于可靠性,由于LTE-R拥有较为灵活的组网方式且属于同频组网,不需要对频谱进行规划,故而GSM-R中的双网覆盖、频谱规划等保证可靠性的方法在LTE-R系统中并不适用。因此,本论文考虑在LTE-R系统的无线侧通过增加相邻小区之间的重叠覆盖深度实现冗余覆盖,以保证车地之间数据通信的可靠性并提高整个网络的抗毁性能,但随之引入的小区间干扰问题也亟待解决。故而,本论文分别使用面积频谱利用率以及中断概率来作为衡量通信系统有效性以及可靠性的评估指标,并研究了相邻小区重叠深度对LTE-R带状组网场景下整个系统的干扰性能和可靠性能的影响。本论文的主要研究内容如下:在对干扰性能的研究中,本文首次实现相邻小区重叠深度对整个系统性能影响的量化评估。本文首先设计了适用于LTE-R带状网络的部分频率复用方案以及软频率复用方案,并通过利用矩量母函数(Moment Generating Function,MGF)的求解方法,推导了采用上述两种频率复用方案的面积频谱利用率闭合表达式。在此基础上,本文将用户模型分为静态分组模型、流级模型两类并分别对两大用户分布模型下的上、下行链路的两类频率复用方案的性能进行了对比。最后,本文通过仿真验证了干扰模型理论推导的正确性。在对覆盖可靠性的研究中,本文利用路径损耗、阴影衰落、以及Nakagami-m快衰落的混合信道模型中有用信号与干扰信号均可近似为服从Lognormal分布这一特性。分别求解了上、下行链路的两种频率复用方案下的有用信号与干扰信号的概率密度函数表达式。从而得到与重叠覆盖深度相关的两种频率复用方案的小区内任意一位置用户通信中断概率。最后,本文建立了 LTE-R系统中与相邻小区重叠深度相关的覆盖可靠性模型,推导了中断概率表达式,并通过仿真验证理论推导的正确性。本文得出的性能评估结果为轨道交通沿线通信的覆盖具有参考价值和的指导作用,并为未来LTE-R的部署打下基础。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：