基于LTE的D2D通信在城市轨道交通中的应用研究

• 作 者: 罗欢
• 出 处: 兰州交通大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: CBTC D2D通信 车车通信 资源分配 功率控制

城市轨道交通列车控制系统的主要功能是控制列车运行保障行车安全。当前应用最广泛的列控系统是CBTC系统。随着科学技术的飞速发展,既有CBTC系统向新一代CBTC系统升级。新一代的CBTC系统结构更优,功能更强。其中,列车间直接通信是新一代CBTC系统的重要特性之一,也是研发新一代CBTC系统的重要着力点。基于LTE的D2D通信技术支持数据直通传输,适用于在基于LTE的CBTC系统中实现列车间的直接通信。本文主要研究D2D通信在CBTC系统中的应用问题。一方面分析研究加入基于D2D技术的列车间通信的CBTC系统架构与通信机制。另一方面研究基于D2D技术的列车间通信实现方式,提出一种资源分配联合功率控制算法作为实现方案。首先,对LTE系统进行介绍,重点对基于LTE的D2D通信进行阐述,包括其工作方式与技术特点。同时说明基于D2D的列车间通信建立流程。其次,对CBTC系统架构与通信机制进行研究,重点研究列车控制主体化型CBTC系统与列车间通信辅助型CBTC系统。阐述增加列车间通信链路后CBTC系统的架构与工作方式以及各模块间的通信机制,明确列车间通信链路在新型CBTC系统中的功能与作用。并将新型CBTC系统与既有CBTC系统进行对比分析,研究列车间通信链路对既有CBTC系统的改进与提高。最后,研究基于D2D技术的列车间通信实现方案。构建系统模型,明确优化函数,对系统中的干扰进行分析。在此基础上,提出一种资源分配联合功率控制算法作为列车间通信实现方案。算法为准许建立的列车间通信链路确定可以进行无线资源共享的车地通信链路集合。然后分两步对资源进行调度,根据信道状态信息,利用基于分层网络的加权二部图最优匹配算法进行无线通信资源的最优分配,之后在保证链路服务质量的前提下利用改进型天牛须搜索算法对发射功率进行协调优化,最大化系统的吞吐量,提升系统性能。仿真结果显示相较于随机分配算法与单一的资源分配算法,联合算法能够保证服务质量同时提升系统吞吐量,频谱资源利用率也有所提高。