高铁移动中继的转发策略及切换方案

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对于未来的 5G 通信网络而言,高速移动场景下的无线通信需要满足高移动性、低延迟性、高数据传输速率以及低能源成本等多个基本要求。高速移动场景的多普勒效应、车体损耗等等这些问题都大大阻碍了高速移动下的无线通信,使得这些基本要求的实现充满了挑战。从而,需要提出新的理论和技术来提供高质量的无线服务。由此,为了改善高铁场景下的通信问题,为了更快速,更稳定的通信,提升用户的通信体验,本文在高速移动中继的场景下,对中继转发策略以及切换方案等内容进行研究,来提高用户体验。主要研究内容如下:
  1、利用高速移动中继将高铁通信场景的双跳中继系统等效为非对称衰落环境,建立了高铁场景下基于非对称信道以及多移动中继的转发策略系统模型。对于高速移动通信场景,列车在行驶过程中,基站与列车用户之间的信号传输会因为车厢的材质,而导致列车用户接收的信号经历不可忽视的穿透损耗,因此本文选择在高速移动列车车厢上安装多个中继来改善列车上的通信问题,研究了高铁通信场景的下行链路,将其等效为莱斯衰落-瑞利衰落的非对称衰落信道,并在高速移动列车安装单中继的基础上,采用放大转发策略以及解码转发策略,分别推导得到多中继下的信噪比、误码率以及中断概率的公式,从仿真可以看到增加中继个数后,系统性能得到了改善,并且也从仿真结果比较得出放大转发策略以及解码转发策略的优劣。
  2、提出了一种基于功率调整的高速移动中继切换方案。由于列车的行驶速度快并且车上用户多,所以频繁的群组切换成了高铁通信的一大问题。因此从减少资源浪费的角度出发,提出了新的切换方案。利用列车首尾配置的天线,在相邻基站之间进行切换的过程中,始终保证源基站以及目标基站两者总的传输功率不变,通过调整这两个基站的传输功率,研究了功率调整对切换方案的影响。仿真结果表明了功率调整在切换概率以及切换失败概率方面可以获得较好的切换表现,从一定程度上提升了用户的通信体验。
  3、针对高铁上不同的通信业务,提出了一种功率分配方案来实现传输速率以及传输时延之间的权衡,从而能提供更好的用户体验。提升用户的通信体验不仅仅可以表现在传输速率上,还可以体现在传输时延上。如何在最大程度上改善用户体验,就需要权衡传输速率和传输时延。因此本文针对高速移动列车发生切换的过程,分别讨论了中断总时间以及最大延迟时间与系统遍历容量的关系,仿真结果可以看到,在以稍微降低容量为代价的前提下减少传输延迟,是可以改善用户体验的。
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