LTE中继辅助网络切换优化仿真系统

资 源 简 介

本系统专门针对LTE中继网络中的移动性管理与切换性能提升进行建模与仿真。在包含供体基站（DeNB）和中继节点（RN）的LTE-A复杂组网场景下，用户设备（UE）的移动会导致频繁的接入点变换。该项目实现了完整的切换流程模拟，包括测量报告触发、切换准备及执行阶段。核心功能在于利用自适应优化算法动态调整切换触发参数，如迟滞余量（Hysteresis）和触发前时限（Time-to-Trigger, TTT）。系统能够根据UE的移动速度、实时信号参考功率（RSRP）以及信噪比（SINR）的变化，自动感知环境特性并优

详 情 说 明

基于中继辅助LTE网络的切换算法优化仿真系统

项目介绍

本仿真系统旨在模拟和优化中继辅助LTE-Advanced网络中的移动性管理过程。在包含供体基站（DeNB）和多个中继节点（RN）的异构网络场景下，由于UE（用户设备）的持续移动，接入点的频繁变换会导致信令开销增加、乒乓切换以及由于信号衰落引起的无线链路失败（RLF）。本系统通过系统级仿真，对比了传统固定参数切换算法与自适应优化算法在复杂移动场景下的性能表现。

功能特性

• 复杂场景建模：自动构建包含中心DeNB及环绕部署RN的拓扑结构，支持多用户动态移动模拟。
• 高保真链路模拟：集成LTE典型路径损耗模型和正态分布的阴影衰落，真实反映无线信道的波动特性。
• 双算法对比架构：系统同步运行“固定参数算法”与“自适应优化算法”，确保在相同轨迹和信道波动下进行公平对比。
• 自适应切换优化：核心算法根据UE的即时速度和信号功率（RSRP），动态调整迟滞余量（Hysteresis）和触发前时限（TTT）。
• 多维度KPI分析：自动统计并可视化总切换数、乒乓切换率、无线链路失败频率以及系统平均吞吐量。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本。
• 核心工具箱：基础MATLAB。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 将包含仿真代码的文件夹设置为当前工作路径。
3. 在命令行窗口输入 main 并回车，或直接运行 main.m 文件。
4. 仿真结束后，系统将自动弹出包含网络拓扑、关键指标对比、吞吐量曲线及信令开销柱状图的分析界面。
5. 控制台将同步输出两种算法的详细统计数据（切换次数、乒乓数、RLF数）。

实现逻辑与算法说明

1. 场景与部署逻辑

• 网络拓扑：在2000m×2000m的区域中心部署1台DeNB。在半径为400m的圆周上均匀部署4台RN。
• UE初始化：支持15名用户，初始位置随机分布，移动速度在5m/s至30m/s之间随机生成。
• 移动性模型：UE采用随机方向移动模型，在触碰仿真区域边界时通过反弹机制保持在仿真范围内。

2. 链路质量计算

• RSRP评估：计算UE到所有基站和中继的接收信号功率。
• 路径损耗：

- DeNB链路使用 PL = 128.1 + 37.6log10(d_km) 模型。 - RN链路由于距离较短，采用 PL = 103.8 + 20.9 * log10(d_km) 的低损耗模型。

• 阴影衰落：引入标准差为6dB的高斯随机变量模拟遮挡衰落。

3. 核心切换算法实现

• A3测量事件触发：当目标小区信号强度超过服务小区信号强度，且差值大于迟滞余量（Hysteresis）时，启动TTT计时器。
• 固定参数切换：设置单一的 Hysteresis (3dB) 和 TTT (0.4s)，作为基准对照组。
• 自适应优化逻辑：

- 多级速度感知：将速度分为高速（>100km/h）、中速（>40km/h）和低速区间。 - 参数动态调整：高速移动时采用较大的TTT和较小的Hysteresis，以防止频繁乒乓；低速或信号极差（RSRP < -100dBm）时，采用较小的TTT以加速切换过程，防止无线链路失败。

• 乒乓切换监测：定义在切换完成后的2秒内发生回切的行为为乒乓切换。

4. 关键指标计算

• 平均吞吐量：基于香农定理，结合带宽（20MHz）和信噪比（SINR）计算UE的即时下行速率。
• RLF判定：当UE当前的SINR低于-5dB时，判定为发生一次无线链路失败。

关键函数说明

• update_ue_pos：负责处理UE的位移、速度矢量计算以及仿真边界检查。
• calculate_all_rsrp：综合发射功率、不同节点的损耗模型及阴影衰落，实时输出UE感知的基站信号强度列表。
• handover_logic_process：执行标准的切换控制流程，包含目标小区筛选、TTT计数器累加、切换判定及状态重置。
• adaptive_param_optimizer：实现自适应切换策略的核心模块，通过速度和信号强度的多维判断，输出最优化的切换触发参数对。