高鐵通信多媒體業(yè)務傳輸跨層優(yōu)化研究.pdf

1、高速鐵路已經成為我國經濟發(fā)展與戰(zhàn)略布局的重要支點，是我國全球化戰(zhàn)略的重要組成部分。信息通信網絡作為高速鐵路系統的神經中樞對高鐵安全可靠運行發(fā)揮了保障性作用。然而，隨著寬帶多媒體數據業(yè)務的快速發(fā)展，現有高速鐵路通信系統業(yè)務承載能力不足的問題日益突出，列車實時監(jiān)控、旅客娛樂與商務應用等新型多媒體業(yè)務的傳輸需求無法得到滿足，阻礙了高速鐵路朝著更加安全、舒適的方向發(fā)展。為此，亟需對高速鐵路場景中多媒體業(yè)務傳輸問題進行更為深入的研究。
　　

2、在高速鐵路場景中，由于相鄰車站間距長達數百乃至上千公里，高鐵列車在出站轉向提速后，將保持長時間的恒速平直運行狀態(tài)。因此，列車在任意一時刻所處的里程位置可以預測，這是高鐵移動通信系統與其他移動通信系統最為顯著的區(qū)別。基于這一特點，可以預知高鐵列車在任一時刻與軌道旁基站之間的距離，據此計算無線信號傳播的大尺度路徑損耗。除此之外，我國高鐵列車運行的主要道路場景為高架橋場景。在高架橋場景中，軌旁基站與高鐵列車之間的無線信號傳播存在直射路徑，可利

3、用萊斯信道描述軌旁基站與高鐵列車之間的無線信號小尺度衰落情況。綜合上述兩點，本文刻畫出了符合高鐵列車實際運行情況的無線傳輸信道模型與信道容量模型，為建立高鐵移動通信系統中多媒體業(yè)務優(yōu)化傳輸問題提供基礎場景模型。
　　在上述場景基礎上，基于本文建立的各協議層資源狀態(tài)模型，以跨層優(yōu)化方法分別研究了多媒體業(yè)務中時延敏感類業(yè)務與時延受限類業(yè)務的傳輸問題。具體地，針對時延敏感類多媒體業(yè)務，以最小化發(fā)射機當前能量消耗為目標，引入等價速率約束法

4、將MAC層數據包平均等待時延融入到物理層無線資源分配策略中，分別滿足差異化業(yè)務的時延性能要求;引入李雅普諾夫漂移理論，基于DBP算法建立優(yōu)化問題，最大化系統吞吐量，最小化MAC層平均隊列長度，保證不同業(yè)務時延性能;仿真結果展現了兩種資源分配模型的性能特點。針對時延受限類多媒體業(yè)務，以最小化發(fā)射機全局能量消耗為目標，引入圖形化方法描述了業(yè)務數據到達與最低傳輸要求的累積容量線，在此基礎上建立了優(yōu)化發(fā)射機功率控制策略的數學問題，由于問題非凸且