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高速车地无线通信系统切换优化策略研究

邸成  
【摘要】:随着铁路现代化的发展,客运专线不断修建,列车运行速度逐渐增加,随之而来的是越来越多的人选择乘坐高铁出行。列车的高速运行,对车地无线通信系统带来了极大的挑战,其中越区切换操作对系统性能影响非常大,因此需要有针对性地改善切换质量,降低切换中断率,减少切换延时。针对高铁的车地无线通信系统主要有两种:一是高速铁路列车运营控制信息的传输承载网(GSM for Railway, GSM-R);二是针对车厢内旅客通信需求激增,为旅客提供宽带接入的下一代无线通信系统。 本文分别针对上述两种高速铁路车地无线通信系统设计了切换优化方案,主要的研究内容和贡献如下: 首先,分析了国内外现有的高速车地无线通信系统的特性,并详细介绍了列控信息传输的承载网GSM-R以及用于旅客通信的下一代无线通信系统的系统架构、切换流程等,并分析了无线通信系统切换优化的主要切入点。 其次,针对承载列车运营控制消息的GSM-R网络,提出了一种基于车载双天线的GSM-R冗余网络无缝切换的方案。方案中利用现有的交织站址双层网络冗余机制,将两层网络中的不同基站组成一个为列车服务的虚拟小区,且在列车顶端前后各安装一个收发天线,用于列车与地面基站之间通信的桥梁。车载双天线分别接入虚拟小区中的不同基站,当列车不执行切换操作时,形成分集接收的效果;当列车执行切换时,采用双天线与虚拟小区中的基站协同工作,完成无缝切换操作,有效地改善了列车越区切换的性能,为列控信息的可靠传输提供了保障。 最后,针对车厢内旅客的通信需求,基于802.16系统的下一代无线通信系统,提出了一种移动中继站(Mobile Relay Station, MRS)辅助切换的方案。方案中在小区重叠区中央布置MRS,一方面能够更好的覆盖重叠区,为列车切换过程提供良好的信号质量;另一方面由于MRS具有切换功能,当列车与基站(Base Station, BS)的单跳链路转变为通过MRS转发的两跳链路后,由MRS执行切换操作,而附属于MRS的列车不执行切换。当MRS切换完成后,更新列车内用户的(Connection Identity, CID)即可完成列车在相邻连个基站之间的切换过程。方案中列车接收信号质量提升,能够降低切换中断率,可以提前触发切换操作,并且可以提前完成切换流程中的某些信令交互过程,针对高速铁路的特定场景,减少某些不必要的信令交互,减少切换耗时,有效的提升了高速列车的切换性能,为旅客提供更良好的通信服务。


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