基于弹性接入控制架构的高铁通信系统切换技术

1 简介

21世纪以来，高速铁路在德国、日本、西班牙、法国以及我国都有着飞速的发展和广泛的应用。高速铁路的列车时速最低能达到200km/h，一些列车可以达到300km/h甚至更高。因此，传统的普通铁路通信系统并不能满足高速铁路的传输需求，高速铁路通信系统的设计和完善也迫在眉睫。

在文献中所设计的切换技术虽然能一定程度上提高通信性能，不过当列车时速高于300km/h时，通信表现会出现急剧下降。文献中的算法有较大的约束限制，不能广泛的投入使用。文献中的切换技术虽然可以提高切换服务的质量，但是却影响到了通信速度。

高速铁路通信系统具有以下特性：①多普勒效应由于高速而更加明显；②列车的切换服务需要在高频率阶段进行；③由于车厢的密闭性，导致车厢内的通信设备通信时会有穿透损耗；④高速铁路通信系统所处环境不利于信号传输。

本文旨在设计一个具有快速、灵活性的切换技术，特别是针对接入控制的切换服务，并利用了自适应资源预定和弹性算法。文章剩余部分安排如下：第二部分介绍了文章的相关工作，第三部分介绍了所提出架构的详细内容，第四部分是相关仿真内容，第五部分是结论。

2 模型构造及方案

图1显示的是高速铁路通信的架构图，由三个部分组成，分布式基站，车载无线装置（VS）和转发器。整个高速铁路的铁道是被分布式基站完全覆盖的，由基带单元（BBU）和无线远程单元（RRU）组成。基带单元通常处于室内，无线远程单元通常处于靠近高速铁道的室外。由于采用了移动小区技术，因此一个基带单元中的不同无线远程单元不用进行切换，并且由于一个基带单元通常包含6至8个无线远程单元，其移动小区的覆盖范围得到了极大的扩展。为了扩大可切换时间的长度，相邻移动小区的重叠范围将被扩大。车载无线装置是位于车厢顶部与无线远程单元相连接，可以尽量避免穿透损耗。转发器装置在每一节车厢上，乘客可以将移动终端与之相连接，从而入网。

假设系统带宽为R，有M种服务，表1是各个参数所代表的含义。

3 仿真及分析

为了评估本文所提方案的性能，文中对所提方案进行仿真并用该方案与基于临界值的接入控制架构相比较。仿真中有以下设定：R=10Mbit/s，R1={64}kbit/s；R2={64，128，192，256}kbit/s，R3={128，192，256，320}kbit/s，pm=[1，0.2，0.1]，pme=[10.2，10.6，10.3]，Tmd=[50，100，300]ms，Tmj=[10，20，30]ms，1/？滋m=[400，500，600]s。在基于临界值接入控制架构（TBAC）中，有新服务的门限带宽r0=2.5Mbit/s，第m组服务的门限带宽为rm=[5，7.5，10]Mbit/s。仿真结果如图2，图3所示。

图2中的横轴表示的是服务到达率（SAR），纵轴表示的是切换掉线率（HDR）。可以看出在不同的预约服务系数下的本方案与TBAC方案相比较的结果，在服务系数为0.8时，本方案的切换掉线率达到最低。在图3中，设定预约服务系数为固定的0.5，则可以看出在列车不同速度情况下的切换掉线率，其中在时速为350km/h，切换掉线率有着明显的上升。

4 总结

本文提出了一种基于弹性资源占用和自适应资源预约算法的架构，以降低高速铁路通信系统的切换掉线率，使之适合在速度大于200km/h的火车上使用。并且通过仿真，以及与TBAC架构的比较，反映出了本方案的优越性。

[1]Q.zhan. “LTE handoff technology research in high-speed railway context” [J]. Journal of厦门科技, 2023(1):43-47.

[2].

[3]修复后的内容为空.因为所有行均没有年份信息或年份大于2025.