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基于LTE的城市轨道交通PIS系统车地无线通信研究

张婧  
【摘要】:随着城市化步伐的加剧,人们对城市轨道交通的安全性、高效性和服务性有了更高要求,使得城市轨道交通运营管理理念由以车辆为中心的运营模式向以服务乘客为中心的运营模式发展。乘客信息系统(PIS)作为向乘客提供信息服务的引导系统,对城市轨道交通的服务质量和运营水平起到关键作用。目前,PIS系统车地无线通信主要采用IEEE802.11g标准的无线局域网技术实现,该技术存在越区切换频繁、干扰源较多、无法满足高清需求等诸多不足,随着城市轨道交通的大力发展,对车地通信技术提出了更高要求。长期演进(LTE)作为准4G技术,实现了3G向4G的平滑过渡,在速率、时延和移动性等方面具有显著优势,更能满足PIS系统车地无线通信双向需求,是城市轨道交通下一代车地无线通信网络发展方向。本文以基于LTE的城市轨道交通PIS系统车地无线通信为研究对象,详细阐述了该技术下的PIS系统车地无线通信存在的问题及其解决办法。论文首先对LTE的网络结构、协议结构和关键技术进行了介绍和分析,并对基于IEEE802.11g和基于LTE的车地通信系统进行比较,验证了LTE在城市轨道交通车地通信中的可行性和优越性。接着深入研究了城市轨道交通PIS系统的组成及功能,分析了4G环境下PIS系统车地无线通信的各类需求,以及LTE应用到PIS系统中的关键技术,并给出车地无线通信组网方案和网络安全部署。其次,针对城市轨道交通LTE网络环境下越区切换面临的问题,提出基于车载终端控制的越区切换方案,理论验证了方案在切换时延上的优势,并进一步从切换失败率和无线链路中断率等方面对方案进行仿真验证。最后,研究了LTE混合自动重传请求(HARQ)机制下的无线链路性能,同时,针对两小区重叠区域内,随着无线链路质量的不断恶化,现有HARQ机制无法完全保证链路可靠性这一问题,提出了基于列车位置信息的链路可靠性提升方案,仿真结果表明采用HARQ机制能有效提高LTE无线通信系统的链路质量,基于列车位置信息的链路可靠性提升方案在增强重叠区域内无线链路可靠性方面具有较大优势。


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