推荐

高铁无线通信提纲论文

2022-11-10 16:58 646 浏览

基于5G的高铁无线通信关键技术及资源分配算法研究


摘要:高速铁路作为一种舒适、快速、安全的交通工具,其应用已引起世界各国的广泛关注。特别是在我国,高速铁路发展迅速,已成为中长途客运的主要运载工具。随着移动互联网技术的发展,旅客在乘坐高铁的过程中有强烈的信息需求。如何利用有限的无线资源来满足高铁用户不同的业务需求,无线资源管理变得至关重要。无线资源管理就是根据不同用户的位置和信道状态信息,灵活配置系统中的各种资源并进行动态地管理,在满足用户服务质量的前提下,提高无线通信系统数据传输的有效性和可靠性,使网络的系统性能最优。高速铁路的无线信道特点以及不同铁路通信场景对业务的服务质量需求,给高速铁路通信系统的无线资源管理带来了巨大的挑战。5G具有大带宽、大连接、低时延等优势,可实现人与物、物与物的泛在互联,是支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施。近年来,工信部、国铁集团等业务主管单位均出台相关政策文件,要求深入贯彻落实习近平总书记关于加快5G网络等新型基础设施建设的重要指示精神,聚焦交通强国铁路先行,坚持新发展理念,科学务实推进铁路5G-R专网建设,充分利用5G公网资源协调推进铁路应用,助力铁路数字化转型升级。这些文件的出台,也为铁路5G领域“专网建设,公网应用”提供了政策支持与可靠的研究意义。本论文针对5G公网条件下高速铁路无线通信业务种类多样性和无线信道复杂多变的特点,对接入控制、移动性管理、功率分配和资源管理的研究现状进行了总结。并在此基础上,分析了短包通信、移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)、物理层安全控制和中继传输等5G通信典型技术,优化设计了接入控制策略、移动性管理、功率和频谱资源分配方法,在满足系统的最小延迟、用户服务质量和数据传输安全等约束条件下,对系统和速率最大化、用户能量消耗最小化等问题进行研究,提出了求解问题的相关模型与算法,并通过仿真方法进行了验证,进而在5G公网条件下为铁路应用场景服务质量的提升提供了理论依据。本论文的创新工作和贡献主要包括以下四个部分:(1)考虑公网条件下多小区站场内多用户的数据上行低时延传输问题,多个用户终端通过部署在车厢中的车载中继设备向本小区的基站发送信息,网络内所有小区使用整体的频谱资源,每个小区中的同一信道只能由一个车载中继设备使用。因此在该假设条件下,小区内部没有干扰,而小区之间存在干扰。为了支持广泛的超可靠低延迟通信应用,采用了短包通信方式,形成的问题是一个关于信道资源分配的非凸整数优化问题,优化目标为车载中继设备上行传输系统和速率最大化。基于该问题,文章提出了一种基于博弈论的分布式信道选择算法,并对该算法的收敛性进行了充分的分析和证明。通过仿真结果表明,本论文提出的算法性能优于已知的其他算法。(2)考虑了MEC辅助的高铁上行通信系统,包括部署在列车上的多个车载中继设备,多个具有MEC服务器的宏基站和一个非法窃听者。通过使用卸载协议,车载中继设备将要处理的计算任务分为两部分,本地执行的计算任务和被安全卸载到基站并由MEC服务器执行的计算任务。形成的数学优化问题是通过联合优化任务调度、任务卸载和功率控制,使总时隙内所有车载中继设备的能量消耗之和最小。由于任务调度、任务卸载比率和传输功率,这三个优化变量相互耦合,使得原来的优化问题很难求解。因此通过固定三个变量中的两个,将原优化问题分解为三个子问题,推导出子问题的闭合解,通过引入变量和采用连续凸近似方法将子问题转化为一个凸优化问题,并分别提出了不同的算法进行求解。最后基于上述过程,综合提出了一种新颖的迭代算法,并通过仿真方法验证了该算法的可行性。(3)考虑一个高速铁路无线通信的下行安全传输系统,包括位于列车顶部的车载中继设备、一定范围内运营商部署的多个公网宏基站和一个部署有非法窃听装置的无人机。目标函数是使每个时隙中的最小安全速率之和最大化。约束条件是用户得到的服务质量、车载中继设备连接基站的切换要求和基站的总功率约束。其中最小安全速率是指在一个时隙内多个用户的安全速率的最小值。原优化问题为一个非凸的混合整数优化问题。本文采用块坐标下降方法,将原问题分解为两个子问题;一个是基站和车载中继设备的关联问题,另一个是基站的功率控制问题。优化基站和车载中继设备的关联子问题可以用连续凸近似算法来求解,优化基站发射功率子问题可以用拉格朗日对偶法来求解。在此基础上,提出了一种联合优化算法,最后通过设置高速铁路通信系统仿真场景和仿真参数,利用仿真验证了本文所提出的该联合优化算法的有效性。(4)考虑一个基于短包通信的高速铁路中继下行通信系统,车厢顶部的中继设备利用解码转发的方式服务车厢内的多个用户。研究的问题是通过联合优化传输包长和中继设备发送功率来最大化最小用户的吞吐量。形成的优化问题同样也是非凸的,通过固定发送功率,原优化问题转化为一个关于块长的优化子问题,采用变量代换和一阶泰勒级数展开,可以得到块长的闭式表达式。通过固定块长,原优化问题进而转化为一个关于传输功率的非凸优化子问题,通过引入辅助变量和一阶泰勒级数展开,传输功率的非凸优化问题得以求解。在此基础上,提出了一种交替迭代的算法。最后通过仿真验证了所提算法的有效性。针对大量乘客在乘坐高速铁路时进行微信短消息、抖音短视频等业务,该算法具有实际的指导意义。 还原

关键词:高铁无线通信;



文章目录

致谢

摘要

ABSTRACT

1 绪论

    1.1 研究背景及意义

        1.1.1 研究背景

        1.1.2 研究意义

    1.2 研究现状

        1.2.1 接入控制

        1.2.2 移动性管理

        1.2.3 功率分配

        1.2.4 频谱资源分配

    1.3 论文研究思路和技术路线

        1.3.1 研究思路

        1.3.2 研究技术路线

    1.4 论文结构

2 高可靠低时延无线资源分配算法

    2.1 引言

    2.2 系统模型及问题形成

        2.2.1 系统模型

        2.2.2 问题转化

        2.2.3 基于博弈论的分析

    2.3 算法设计及收敛性分析

        2.3.1 算法描述

        2.3.2 算法收敛性分析

    2.4 仿真分析

    2.5 总结

3 MEC辅助的高铁通信系统低时延安全传输

    3.1 引言

        3.1.1 研究背景

        3.1.2 相关研究

    3.2 系统模型和问题形成

        3.2.1 MEC辅助的高铁通信系统模型

        3.2.2 问题形成

    3.3 能量消耗最小化迭代算法

        3.3.1 任务调度子问题

        3.3.2 任务卸载子问题

        3.3.3 功率控制子问题

        3.3.4 能量消耗最小化算法描述

    3.4 仿真结果和讨论

        3.4.1 仿真参数配置

        3.4.2 仿真结果和分析

    3.5 本章小结

4 基于安全传输的用户关联和功率控制联合优化

    4.1 引言

    4.2 系统模型和问题形成

        4.2.1 安全传输系统模型

        4.2.2 问题形成

    4.3 安全速率最大化算法

        4.3.1 基站-车载中继设备关联子问题

        4.3.2 基站功率控制子问题

        4.3.3 提出的迭代算法

        4.3.4 提出算法的收敛性证明

    4.4 仿真结果和讨论

        4.4.1 仿真参数设置

        4.4.2 仿真结果及说明

    4.5 本章小结

5 高铁中继通信系统中块长和功率联合优化

    5.1 引言

    5.2 系统模型

    5.3 问题求解

        5.3.1 固定传输功率优化块长

        5.3.2 固定块长优化传输功率

        5.3.3 联合优化块长和传输功率迭代优化算法设计

    5.4 仿真实验

    5.5 本章小结

6 总结与展望

    6.1 论文工作总结

    6.2 研究方向展望

参考文献


[1]高铁LTE网络结构及策略研究[J]. 刘华桂,胡延.  电子技术. 2021(11)

[2]物联网在高速铁路智能客站中的应用研究[J]. 李超,陈庚荣,左才为.  铁道运输与经济. 2021(10)

[3]高速铁路高架桥场景中的复合无线信道特性[J]. 张逸康,王公仆,叶如意.  中兴通讯技术. 2021(04)

[4]基于卫星导航的列车运行轨迹仿真平台[J]. 张亚忠.  铁道通信信号. 2021(07)

[5]铁路物联网中无线携能中继网络性能分析[J]. 李亚平,熊轲,张煜,杨玺.  物联网学报. 2020(04)

[6]A Novel Inter-Carrier Interference Cancellation Scheme in Highly Mobile Environments[J]. Tianming Ma,Xiaoxiao Jiang,Yongqi Wang,Fengrong Li.  中国通信. 2020(12)

[7]基于物联网的智慧交通系统建设探讨[J]. 李冠豪.  信息通信. 2020(09)

[8]面向智能高铁业务和应用的5G基础理论与关键技术[J]. 艾渤,章嘉懿,何睿斯,马国玉,钟章队.  中国科学基金. 2020(02)

[9]Finite-State Markov Wireless Channel Modeling for Railway Tunnel Environments[J]. Cuiran Li,Ling Liu,Jianli Xie.  中国通信. 2020(02)

[10]A Green Paradigm for Internet of Things: Ambient Backscatter Communications[J]. Wei Zhang,Yao Qin,Wenjing Zhao,Minzheng Jia,Qiang Liu,Ruisi He,Bo Ai.  中国通信. 2019(07)


分享:
相关内容
  • 无线通信中的多址接入技术研究
    论文提纲第一章 绪论1.1 研究背景 1.1.1 无线通信技术的发展概述 1.1.2 多址接入技术在无线通信中的重要性1.2 研究目的和意义 1.2.1 研究目的 1.2.2 研究意义1.3 国内外研究现状 1.3.1 国外研究现状 1.3.2 国内研究现状1.4 论文的主要内容和组织结构第二章 多址接入技术概述2.1 多址接入技术的基本概念 2.1.1 多址接入的定义 2.1.2 多址接入的分类2.2 传统多址接入技术 2.2.1 频分多址
  • 异构网络环境下的切换技术研究
    论文提纲第一章 绪论1.1 研究背景 1.1.1 移动通信网络的发展现状 1.1.2 异构网络的兴起与应用需求1.2 研究目的和意义 1.2.1 研究目的 1.2.2 研究意义1.3 国内外研究现状 1.3.1 国外研究现状 1.3.2 国内研究现状1.4 论文的主要内容和组织结构第二章 异构网络与切换技术概述2.1 异构网络的基本概念 2.1.1 异构网络的定义 2.1.2 异构网络的特点与类型2.2 异构网络的典型架构 2.2.1 蜂窝网
  • 量子纠缠在通信中的应用研究
    论文提纲第一章 绪论1.1 研究背景 1.1.1 量子力学的发展与量子信息科学 1.1.2 量子纠缠在通信领域的重要性1.2 研究目的和意义 1.2.1 研究目的 1.2.2 研究意义1.3 国内外研究现状 1.3.1 国外研究现状 1.3.2 国内研究现状1.4 论文的主要内容和组织结构第二章 量子纠缠的理论基础2.1 量子纠缠的基本概念 2.1.1 量子态与量子叠加原理 2.1.2 量子纠缠的定义与特性2.2 量子纠缠的产生与制备
  • 通信论文提纲:基于ZigBee的无线传感器网络设计论文提纲
    通信论文提纲:基于ZigBee的无线传感器网络设计论文提纲第一章 绪论1.1 研究背景 1.1.1 无线传感器网络的发展现状 1.1.2 ZigBee技术在无线传感器网络中的应用1.2 研究目的和意义 1.2.1 研究目的 1.2.2 研究意义1.3 国内外研究现状 1.3.1 国外研究现状 1.3.2 国内研究现状1.4 论文的主要内容和组织结构第二章 ZigBee技术与无线传感器网络概述2.1 ZigBee技术原理 2.1.1 ZigBee协议栈结构 2.1.2 ZigBee网络拓扑
  • 通信论文提纲--基于OFDM的通信系统设计
    通信论文提纲--基于OFDM的通信系统设计第一章 绪论1.1 研究背景1.1.1 无线通信发展的现状1.1.2 OFDM技术在通信中的应用1.2 研究目的和意义1.2.1 研究目的1.2.2 研究意义1.3 国内外研究现状1.3.1 国外研究现状1.3.2 国内研究现状1.4 论文的主要内容和组织结构第二章 OFDM技术基础2.1 OFDM的基本原理2.1.1 正交频分复用的概念2.1.2 OFDM的数学模型2.2 OFDM系统的关键技术2.2.1 IFFT/FFT在OFDM中的应用2.2.2 循环
相关推荐
  • 眼图论文提纲,串行通信论文提纲
    眼图测试在串行通信系统中的应用研究摘要:串行通信技术是目前数据通信采用的主要方式,但由于传输过程中噪声等因素的影响,串行信号可能会出现码间干扰,信号畸变等问题。日益增长的传输速率使噪声和抖动对信号质量的影响更加突出,如何保证通信的可靠性愈加重要。眼图作为一种直观、快速地分析串行信号质量的方法,可以衡量通信系统性能的优劣。通过眼图测试方法分析串行
  • 模块化多电平换流器论文提纲
    模块化多电平换流器(MMC)通用平台设计与研究摘要:模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)具有运行效率高、输出特性好、可拓展性强等优点,在柔性直流输电领域得到了广泛应用。本文针对现有MMC工程样机存在通用性不足的缺点,研制了一台以T型全桥子模块为基本拓扑的25电平MMC实验平台,并针对实际工程中子模块等效测试的需求,提出了一种MMC子模块运行工况等效试验方案
  • 双二进制信号论文提纲
    基于双二进制信号的高速串行通信接收电路设计摘要:随着大数据及5G通信时代的到来,人们对更高效、更安全的数据传输的需求不断增加。先进的半导体工艺及电路结构可大幅提高SerDes收发机的信号处理速率,而高速串行通信链路之间的有限带宽信道成为制约数据传输速率的瓶颈。因此,多电平信号技术相对于NRZ信号对带宽需求较小的优势被展现出来。其中,双二进制信号(duo-binary,DB)
  • 高速串行通信论文提纲
    高速串行通信链路扩频时钟发生器关键技术研究摘要:为了满足人们日益增长的数据传输需求,高速串行通信(SerDes)以其成本低、抗干扰能力强等优势受到广泛关注。扩频时钟发生器是链路中重要的模块,其抖动对系统的误码率至关重要,尤其是使用有效抑制电磁干扰的扩频技术带来的额外抖动。以高稳定性、高可靠性和低功耗、低抖动实现扩频时钟是高速SerDes中待解决的问题之一。本
  • 加密算法论文提纲
    基于AES算法的加密UART IP核设计与实现摘要:在当今信息化时代,信息安全问题已然成为不容忽视的严峻问题。信息加密作为保障信息安全的核心技术,在保障数据通信安全中占据着重要的地位。目前信息加密的实现方式主要有软件和硬件两种,而软件实现方式在执行效率上无法满足人们对信息安全的需求。因此开展串行通信接口的硬件加密研究对保障信息安全有着重要的现实意义。本论
热门内容
  • 东方甄选SWOT分析战略
    东方甄选是一家专注于高品质商品的电商平台。进行其SWOT分析可以帮助识别其内部优势(Strengths)和劣势(Weaknesses),以及外部机会(Opportunities)和威胁(Threats)。以下是基于一般情况的东方甄选SWOT分析:优势(Strengths)品质保证:东方甄选可能注重商品的品质,为消费者提供高质量的商品。精准定位:面向追求高品质生活的消费群体,定位清晰。品牌形象:可能建立了良好的品
  • 党史党建论文题目105个
     1.习近平新时代中国特色社会主义思想创立的历史考察,党史·党建 2.习近平总书记关于党史、国史的重要论述研究,党史·党建 3.习近平总书记关于大力弘扬“红船精神”等革命精神的重要论述研究,党史·党建 4.习近平新时代中国特色社会主义思想中加强党的全面领导思想研究,党史·党建 5.习近平新时代中国特色社会主义思想中全面从严治党思想研究,党史·党
  • 数字经济论文好写题目推荐50个
    数字经济论文好写题目推荐50个1“双循环”新发展格局下产业链升级机遇、挑战和路径选择    2从数字经济看自由主义的局限性   3我国数字贸易发展策略研究    4卖空机制如何影响企业数字化转型——理论机制分析与实证检验    5数字巨头跨界扩张的竞争法挑战与应对    6数字经济下的杭州丝绸企业品牌营销转型升级研究   7数字时代推进共
  • 平台效应论文
    关键词: 平台效应;主播效应;感知有用性;摘要: 由于新冠疫情发生,促使电商直播购物方式迅速发展。为助力电商直播的发展,从主播和平台两个方面出发,基于感知–情感–行为意愿(CAC)模型,并以感知有用性和满意度作为中介变量,构建消费者持续使用意愿影响研究模型,并通过问卷调查和结构方程模型进行实证研究。结果表明:主播和平台两个方面对消费者感知有用性和满意
  • 消费者需求论文,市场状况论文
    关键词: 紧平衡;消费者需求;市场状况;供应定位;精准营销;工业和商业摘要: 在“互联网+”和烟草行业信息化水平不断发展的大背景下,经济发展的市场化和国际化迫使中国烟草行业直面严厉的挑战。粗犷的商业投放模式和营销方式,无法适应当今快速变化的互联网市场环境,导致消费者难以挑选到心仪的产品,而企业也无法把适当的产品投向对应的市场,更无从市场导向控制
联系方式
  • 13384015218
  • 13384015218
  • 921006691@qq.com