高速铁路移动通信系统仿真中的重要性采样技术研究

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高速铁路信息化承载平台铁路专用数字移动通信系统飞速发展，并日趋成熟。为确保行车安全，进一步满足旅客对通信服务的需求，高速铁路对GSM-R系统的可靠性、有效性、可维护性和安全性都有着较高的要求。工程实践中，GSM-R网络铺设前期及建成后的网络优化阶段，都会对网络质量的各项指标进行测试，以判定其是否符合EIRENE的功能和系统要求规范。现代GSM-R理论研究多通过实验室模拟仿真平台实现从高速铁路场景下电波传播、干扰分析到无线信道建模等的研究，具体到最能直接反映通信系统可靠性的误码率指标则研究较少。这是因为GSM-R系统要求通信误码率在10-6以下，而以蒙特卡罗法为代表的传统误码率估计方法在对低误码率进行预估时，所需仿真样本数量大，估计时间长，无法实现对GSM-R系统误码率的精确估计。针对这一现状，本文将重要性采样算法引入到系统误码率的研究中，旨在利用算法的优势缩短仿真时间，实现对GSM-R系统低误码率的估计。
　　论文首先阐明了研究背景和意义，对重要性采样方法国内外各领域的研究现状进行综述分析。而后系统地介绍了高速铁路环境下电波传播特性及无线信道的特点，分析了影响GSM-R系统通信质量，并直接影响误码率的因素。为结合误码率研究结果对系统的发射功率进行预估，本文分析对比了两种常用电波传播路径损耗计算模型在高速铁路场景下的适用性，选用高铁场景下适用性较好的Hata模型对不同场景的路径损耗进行了仿真预测。而后详尽的从数学和通信两个角度对重要性采样算法进行了分析和阐述，在对重要性密度函数设计方法进行分析总结的基础上，指出了现有设计方法存在的不足，提出了新的重要性密度函数。
　　论文提出了针对GSM-R系统误码率估计的重要性采样算法，而后通过多次实验完成对重要性密度函数的设计。结合实验数据，证明传统的蒙特卡罗仿真方法在估算低误码率时仿真耗时较长，所需仿真样本数量大，复杂度甚至超出计算机的计算能力；而利用本文提出的重要性采样算法，可以极大缩短估计同样低数量级误码率的时间，提高了仿真的时效性。最后，将实验数据加以应用，结合GSM-R系统余量设计方法对不同环境下GSM-R系统的发射功率进行了估计，验证了从误码率角度对系统发射功率进行预估的可实现性。

著录项

作者
郭瑛;
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作者单位

北京交通大学;

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授予单位北京交通大学;
学科通信与信息系统
授予学位硕士
导师姓名艾渤;
年度 2011
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类铁路数据通信;
关键词
高速铁路; 移动通信系统; 重要性采样技术; 误码率估计;

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