高鐵通信多媒體業(yè)務(wù)傳輸跨層優(yōu)化研究.pdf

1、高速鐵路已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與戰(zhàn)略布局的重要支點(diǎn)，是我國(guó)全球化戰(zhàn)略的重要組成部分。信息通信網(wǎng)絡(luò)作為高速鐵路系統(tǒng)的神經(jīng)中樞對(duì)高鐵安全可靠運(yùn)行發(fā)揮了保障性作用。然而，隨著寬帶多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，現(xiàn)有高速鐵路通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)承載能力不足的問(wèn)題日益突出，列車(chē)實(shí)時(shí)監(jiān)控、旅客娛樂(lè)與商務(wù)應(yīng)用等新型多媒體業(yè)務(wù)的傳輸需求無(wú)法得到滿足，阻礙了高速鐵路朝著更加安全、舒適的方向發(fā)展。為此，亟需對(duì)高速鐵路場(chǎng)景中多媒體業(yè)務(wù)傳輸問(wèn)題進(jìn)行更為深入的研究。
　　

2、在高速鐵路場(chǎng)景中，由于相鄰車(chē)站間距長(zhǎng)達(dá)數(shù)百乃至上千公里，高鐵列車(chē)在出站轉(zhuǎn)向提速后，將保持長(zhǎng)時(shí)間的恒速平直運(yùn)行狀態(tài)。因此，列車(chē)在任意一時(shí)刻所處的里程位置可以預(yù)測(cè)，這是高鐵移動(dòng)通信系統(tǒng)與其他移動(dòng)通信系統(tǒng)最為顯著的區(qū)別?；谶@一特點(diǎn)，可以預(yù)知高鐵列車(chē)在任一時(shí)刻與軌道旁基站之間的距離，據(jù)此計(jì)算無(wú)線信號(hào)傳播的大尺度路徑損耗。除此之外，我國(guó)高鐵列車(chē)運(yùn)行的主要道路場(chǎng)景為高架橋場(chǎng)景。在高架橋場(chǎng)景中，軌旁基站與高鐵列車(chē)之間的無(wú)線信號(hào)傳播存在直射路徑，可利

3、用萊斯信道描述軌旁基站與高鐵列車(chē)之間的無(wú)線信號(hào)小尺度衰落情況。綜合上述兩點(diǎn)，本文刻畫(huà)出了符合高鐵列車(chē)實(shí)際運(yùn)行情況的無(wú)線傳輸信道模型與信道容量模型，為建立高鐵移動(dòng)通信系統(tǒng)中多媒體業(yè)務(wù)優(yōu)化傳輸問(wèn)題提供基礎(chǔ)場(chǎng)景模型。
　　在上述場(chǎng)景基礎(chǔ)上，基于本文建立的各協(xié)議層資源狀態(tài)模型，以跨層優(yōu)化方法分別研究了多媒體業(yè)務(wù)中時(shí)延敏感類(lèi)業(yè)務(wù)與時(shí)延受限類(lèi)業(yè)務(wù)的傳輸問(wèn)題。具體地，針對(duì)時(shí)延敏感類(lèi)多媒體業(yè)務(wù)，以最小化發(fā)射機(jī)當(dāng)前能量消耗為目標(biāo)，引入等價(jià)速率約束法

4、將MAC層數(shù)據(jù)包平均等待時(shí)延融入到物理層無(wú)線資源分配策略中，分別滿足差異化業(yè)務(wù)的時(shí)延性能要求;引入李雅普諾夫漂移理論，基于DBP算法建立優(yōu)化問(wèn)題，最大化系統(tǒng)吞吐量，最小化MAC層平均隊(duì)列長(zhǎng)度，保證不同業(yè)務(wù)時(shí)延性能;仿真結(jié)果展現(xiàn)了兩種資源分配模型的性能特點(diǎn)。針對(duì)時(shí)延受限類(lèi)多媒體業(yè)務(wù)，以最小化發(fā)射機(jī)全局能量消耗為目標(biāo)，引入圖形化方法描述了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到達(dá)與最低傳輸要求的累積容量線，在此基礎(chǔ)上建立了優(yōu)化發(fā)射機(jī)功率控制策略的數(shù)學(xué)問(wèn)題，由于問(wèn)題非凸且