高速铁路lte平台可靠传输链路分析

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1、高速铁路LTE平台可靠传输链路分析第1章绪论1.1研究课题背景意义最近几年中，在高速铁路领域，中国快速发展，获得了引人注目的成绩。中国前铁道部于2010年12月7日在北京召开的第七届世界高速铁路大会上宣告，在2012年底前中国要建成高速铁路1.3万公里，这一里程数将高于世上所有其他国家的总和，占到全球高铁市场的50%以上的份额。目前，中国高铁的营业里程已经达到了7531公里，是全世界高铁在建规模最大、运营里程最长的国家，到2020年，中国将实现12万公里以上的铁路营业里程，其中1.6万公里以上为新建的高速铁路，再加上既有的提速线路和其他新

2、建的铁路，中国将拥有高达5万公里以上的铁路快速客运网，将所有省会城市以及50万人口以上城市连接起来，覆盖到全国90%以上人口。在如此巨大的铁路交通运输网中，要想极大地提升电气化率、铁路复线率、自动闭塞比重，实现主要繁忙干线中客货的分线运输，必须依靠一种高效率的铁路数字移动通信网络⑴。前铁道部于2000年底正式确定GSM-R(GlobalSystemforMobilemunicationforRailEvolution,长期演进）作为GSM-R的冗余热备份网络，在异常情况下，由LTE进行语音和部分数据业务的传输，从而保障铁路通信正常进行。L

3、TE作为3GPP推出的通用移动通信系统的长期演进技术，采用扁平化的网络架构和先进的空中接口技术，目标在20MHz带宽下提供下行瞬时峰值速率lOOMbit/s(频谱效率5bit/Hz),上行瞬间峰值速率50Mbit/s(频谱效率2.5bit/Hz)[4]。为了克服无线移动信道时变和多径衰落对信号传输的影响，LTE采用FEC(ForaticRepeatRequest,自动重传请求）等差错控制方法，来降低系统误码率，进而保证服务质量。尽管FEC方法可以产生较小的时延，但其编码冗余却使得系统吞吐量下降；当误码率不大时，ARQ可以得到理想的吞吐量，

4、但产生的时延较大，不宜于提供实时服务。为了克服两者的缺点，将这两种方法结合就产生了HARQ(HybridAutomaticRepeatRequest,混合自动重传请求）方案：即在一个ARQ系统中包含一个FEC子系统，当FEC有足够的纠错能力来纠正这些错误时，则不必使用ARQ;只有当FEC不能正确地纠正错误时，才通过ARQ反馈信道请求重发错误码组。3GPPLTE协议在层2MAC(MediaAccessControl,媒介接入控制）中采用了HARQ技术。根据HARQ过程中重传内容的不同，HARQ主要分为TypeIHARQ、TypeIIHARQ

5、和TypeIIIHARQ3种类型，具体描述在第二章给出。在LTE无线通信系统应用到高速铁路环境时，较高的移动速度、复杂的沿线环境将给系统HARQ技术的应用带来影响,尤其是当列车逐渐远离源eNodeB(EvolvedNodeB,演进型NodeB)，进入切换重叠区，接收到的信号强度越来越弱，SINR(SignaltoInterferenceandNoiseRatio,信千噪比）越来越低，大量数据出错，吞吐率降低。列车在切换重叠区行驶，当SINR下降至切换触发门阪时，列车在源eNodeB的控制下切换到目标邻小区。为了保证无损切换，如果S-G-R

6、越来越不能满足更加高效的列车控制和调度以及安全监控等需求，需要进一步发展。LTE系统以其较高的数据传输速率和较低的系统时延，以及在移动性的支持上所具有的先天优势，已经被国际铁路联盟确定为下一代铁路无线通信系统的演进技术。本章中，分析了高速铁路LTE无线通信系统的网络架构及相关关键技术，指出了其在技术方面的优势，重点对混合自动重传技术进行了介绍，为之后的研究奠定理论基础。同时对GSM-R向LTE-R演进的可行性进行了分析，并给出了可能的演进模式。2.1网络架构高速铁路LTE系统架构与LTE/SAE的相似，如图2-1所示。与图2-2所示的现有

7、GSM-R的网络架构[32]相比，其差异在接入网和核心网都有所体现。高速铁路LTE系统的接入网是E-UTRAN(EvolvedUTRAN,演进型UTRAN)。eNodeB是唯一的网络设备，它可以在一个或多个小区内给终端发送信号或接收来自终端的信号。其功能有：调制解调、信道编码解码、无线资源控制、无线移动性管理和无线接口层2协议[33]。它不需要其他的中间控制节点（比如GSM-R中的基站控制器）直接与网络路由器相连，这种结构有利于和后续网络的兼容。核心网是EPC(EvolvedPacketCoreNeteSubscriberServer,归

8、属用户服务器）是本地用户服务器，负责管理用户注册信息。IMS(IPMultimediaSubsystem,IP多媒体子系统）的功能如同GSM-R核心网中的MSC(MobileSentguide