基于LSTM动态波束赋形的高速列车越区切换算法

高速列车越区切换参数具有较强的时空相关性，以及无线信号在不同线路地形下具有衰落差异性，这都对高性能的越区切换提出了新的挑战，针对这一问题，设计一种基于长短期记忆网络动态波束赋形的高速列车越区切换算法。提出基于LTE-R中继通信模型的高铁典型运行场景中波束无遮挡传输的基站天线高度设置规律，通过估计发射波束主瓣方向并利用参考信号接收功率序列的时间相关特性，提出eNB重叠区内天线波束增益需求预测模型；同时采用增加波束预留角策略实现联合约束条件下的高速列车越区切换。结合高速铁路典型运行场景(路堑、高架桥)的路径损耗预测模型仿真评估了算法性能。结果表明，所提算法以略微牺牲越区切换时延为代价提高了越区切换成功率，能够有效避免高速列车越区切换引起的通信中断问题。     

高速铁路平原场景无线信道小尺度衰落特征的研究

研究高速移动条件下无线信道特性是发展高铁新型通信系统的基础。本文基于标准信道探测仪Propsound在高速移动条件下平原场景的无线信道探测数据,分析此场景下的小尺度衰落特征。K因子在列车靠近接收天线时最大值为20dB,远离天线时取值为8dB～10dB;时间色散特性上,多径延时随着列车先靠近又远离接收天线而变化;区别于经典的Doppler功率谱,高速条件下无线信道在列车穿越基站的过程中呈现快速Doppler特性,并无Doppler扩展。     

基于卡尔曼滤波的高速铁路时间同步网时间补偿

LTE-R作为下一代高速铁路无线通信系统，保持时间同步对于高速铁路行车安全至关重要。针对现有时间同步方法仅考虑随机噪声，而忽略LTE-R无线信道多径衰落、多普勒频移等对时钟同步过程的影响，导致主从时钟偏移估计不准确的问题，提出一种基于卡尔曼滤波的高速铁路时间同步网时间补偿方法：建立LTE-R下主从时钟之间相位、频率偏移的状态转移方程；构建引入伯努利随机变量的时钟相位、频率偏移观测方程；利用改进的卡尔曼滤波算法得到最优时钟偏移估计值；使用本方法实现对LTE-R时间同步误差的补偿；通过实验仿真，得到LTE-R下信道多径衰落、多普勒频移、信噪比、列车车速等对高速铁路时间同步的影响，并实现对不同高铁运行场景下时间同步偏差的定量分析。结果表明：本方法能够有效消除LTE-R无线信道时钟偏差，与其他补偿方法相比，具有更好的稳定性和鲁棒性。     

高铁VoLTE测试中基于小区方位角的定位方法

Vo LTE测试对优化高速铁路(简称高铁) 4G网络性能与评估高铁舒适度具有重要意义。针对高铁4G高清语音Vo LTE测试中的GPS信号缺失问题,基于小区方位角和高铁地图,计算小区天线主瓣方向射线与高铁轨道曲线的交点,根据相邻基站的覆盖切换交点求出高铁沿线每个基站的覆盖范围;在该覆盖范围内,以铁路轨道离散化的经纬度点数与测试终端RSRP采样点数的比值作为插值周期,均匀插值等量、缺失的轨道经纬度信息,实现对测试终端的定位。通过对兰新高铁不同地形的现场测试和仿真分析,结果表明:该方法在GPS信号缺失情形下能够获取测试终端的位置信息且定位精度约8 m,满足了高铁Vo LTE测试数据分析对位置信息的需求。     

TDD/FDD融合模式下的高速铁路无线网络优化

分析高铁场景的网络覆盖特征,主要表现为多普勒频移、频繁小区切换和信道类型复杂,并提出相应的解决方案;针对不同覆盖区域制定网络指标要求和融合方式;为了使多层网覆盖互补、网络负荷分担,研究融合组网策略;分析无线资源控制连接最大用户数与物理资源块利用率的关系。通过对兰新高铁42个站点进行测试实验,研究结果表明:融合的无线网络优化方法使网络覆盖率增幅2.24%,下载业务感知速率提升50.46%,上传业务感知速率增长2.43倍,业务流量增加63.28%,有效地改善了网络运行质量。     

5G-R高铁车站场景MIMO天线阵列结构与传输性能研究

面向5G-R高铁车站应用场景,在2 155～2 165 MHz频段采用射线跟踪仿真技术,对4种不同天线阵列排布方式的MIMO系统多层传输性能进行对比研究。通过研究采取不同收发端天线阵列排布方式时的信道相关性,计算每个接收点位所能达到的MIMO系统最大传输层数,获取各层数对应的信噪比,计算在不同调制方式、不同天线排布方式下每个接收点位的下行峰值传输速率,确定面向5G-R高铁车站场景的MIMO系统最佳传输层数。仿真验证结果表明,面向5G-R频段高铁车站应用场景,基站端采用线阵、车载端采用方阵排列,可取得最佳峰值传输速率。研究结果可为5G-R专网建设中高铁车站部署MIMO系统提供技术积累和理论依据。     

基于5G技术的高铁列车位置查询及应急处置辅助系统

介绍基于5G技术的高铁列车位置查询及应急处置辅助系统,该系统旨在通过对高铁列车、工区、线路、设备、危险源等多种基础数据进行收集分析,应用电子地图、地理信息、5G等技术,并基于物联网实时追踪列车位置,通过图形化的方式展现出来;同时基于大数据技术优化运输组织方案,合理调整列车运行;对自然灾害进行相关研究分析,提前做好预警;如遇特殊情况,自动推荐应急处置方案,同时实时高速传输现场抢修图像,为高铁列车安全、高效、有序运行提供信息保障和决策指挥支撑。     

一种高移动场景下基于CoMP的切换方案及性能分析

随着高速铁路的不断发展和列车速度的不断提高,高铁场景下车地通信的可靠性和高效性引起广泛关注。列车速度的提升导致更加频繁的越区切换,使系统的可靠性得不到保障,因此列车速度的提升对高铁通信网络的安全性和可靠性产生严重影响。本文提出1种将LTE-A(Long Term Evolution-Advanced)网络应用到高速铁路场景并基于协同多点传输/接收CoMP(Coordinated Multi-Point transmission/reception)技术的切换优化方案模型,方案参考协作集加入模型。对系统切换成功率等进行性能分析,并与传统切换方案进行性能对比。分析表明:本文基于CoMP的切换方案可有效提升高移动性下网络的切换成功概率,明显改善系统的可靠性和效率。     

一种基于MIMO系统的三维空时无线信道仿真模型

提出一种基于多输入多输出(MIMO)系统的三维空时无线信道仿真模型。针对双发射/双接收天线情况,利用频率-延迟-角度的联合统计相关函数,推导含有散射体、波达角、角度延展及时延等信道参数的无线信道响应模型。模型具有能够通过仰角和方位角观察多普勒频移的变化,能够精确地描述不同接收天线的相位延迟,空时特征容易参数化等特点。利用Matlab仿真软件在宏小区和微小区仿真环境下测试该模型,试验结果表明,从任意发射天线到任意接收天线的幅度增益并没有受到固定散射体较大的干扰,基站和移动端空间相关性系数的理论值与仿真值都能较好地匹配。     

高铁车-地通信中基于速度信息的酉空时调制研究

在多天线系统中,酉空时调制技术由于接收端不需要知道信道状态信息而适用于高铁车地通信。本文研究高铁场景下酉空时调制的最优非相干接收机的错误性能,接收端需要估计信道相关性信息。由于高速列车运行速度信息比信道相关性信息更易获取,提出一种仅利用速度信息的简化的非相干接收机,并推导出成对错误概率的理论表达式。分析及仿真结果表明,简化的非相干接收机的错误性能接近最优非相干接收机。     

应答器传输系统作用过程分析

应答器传输系统由地面应答器、车载天线单元和车载应答器接收单元组成。列车高速移动时,车载天线单元相对应答器产生时空变化,传输信道形成时变特性。基于电磁场理论,解释应答器传输系统的工作原理,阐述其电感耦合的本质。通过研究应答器输入输出随空间变化关系、输出随时间变化关系,分析应答器输入输出特性,得到在系统射频能量传输过程中,应答器和车载天线单元在不同空间位置时的作用过程。通过模拟仿真,反映出应答器传输系统的时变非恒参过程,以及相对距离的变化对传输效能的影响。并以耦合系数S_(21)为研究对象,探讨空间位置对S_(21)的影响。     

GSM-R网络中基于位置和中继功率控制的切换优化方案

GSM-R(GSM for Railway)的可靠性和高效性引起人们的关注。列车速度的提升导致多普勒效应更严重、切换触发位置更靠后、越区切换更频繁。多普勒效应恶化接收信号质量使中断率增加;切换触发位置靠后变相缩小重叠区覆盖范围使越区切换失败率增加;频繁的越区切换进一步降低系统可靠性。因此列车速度的提升对GSM-R网络的安全性和可靠性产生重要影响。同时,我国铁路网络的不断扩展对GSM-R系统的容量提出更高的要求。本文首先对GSM-R网络传统切换策略进行建模和性能分析。随后,提出一种利用列车位置信息和中继功率控制技术的切换优化方案。在该方案中,列车到达切换位置前,利用中继站获得分集增益,提升信道容量和链路可靠性;处于切换位置时,通过中继的功率控制,保证本小区的信号满足最低通信要求,变相扩大重叠区覆盖范围的同时有利于触发切换提升切换成功率。仿真结果表明:本文提出的方案有效地提升切换成功概率和信道容量,明显改善了GSM-R系统的性能。     

GSM-R系统传输性能对CTCS-3级列控系统安全性的影响

对高铁场景下影响GSM-R系统信息传输性能的因素进行仿真,结合通信系统不可靠触发列控系统故障处理的机制,对GSM-R系统承载列控信息传输性能进行分析,定量给出列车行驶到不同位置时列控系统故障发生的概率和严重性.     

高铁定向天线同向辐射覆盖下的性能分析

通过理论分析和仿真发现,高铁移动通信网络在定向天线同向覆盖模式下,切换重叠区对于源基站是小区边缘,但对于目标基站却是信号最强的区域,即列车从弱信号区切换到强信号区不存在乒乓效应,可以提高车载台越区切换触发率.由于这种覆盖模式是同向辐射,列车在穿越切换区和基站时都不存在多普勒突跳,因此可降低移动通信系统的传输误码率.     

基于HHT、DBWT的无绝缘轨道电路补偿电容故障诊断

通过基于传输线理论的无绝缘轨道电路分路状态仿真模型,分析补偿电容断线故障对轨道短路电流的影响规律,利用机车信号感应电压包络与轨道电路短路电流的关系,提出基于机车信号记录信息的补偿电容故障诊断方法。该方法采用B样条离散二进小波变换对机车信号所记录的感应电压幅度包络信号进行降噪,再通过对Hilbert-Huang变换的改进,计算各IMF分量经逐级累加后的相位信息,最后利用相位卷绕,根据相位信息中突变点的分布变化和补偿电容状态的对应关系,实现对补偿电容的故障诊断。实验表明,该方法适应性较强,受轨道电路长度和道砟电阻等轨道参数影响很小,能够准确检测出轨道电路单一补偿电容的故障位置,并且由于该方法的分析数据直接来自于机车信号自身的记录器,不需要额外增加硬件和单独安排运行交路,因此能够降低检测成本和满足对检测及时性等方面的要求。     

高速铁路宽带无线信道测量方法研究

高速铁路的发展要求与之配套的车地宽带无线通信系统得到相适应发展。一方面为乘客提供通信服务,除基本语音服务外,宽带数据业务的需求呈上升趋势;另一方面为保障列车安全运行,列车关键部件的大量实时状态信息需要及时传输到地面监控中心。因此,构建适应高铁环境的宽带无线接入系统势在必行。高铁无线信道模型是通信系统设计的基础,本文以高速铁路宽带无线接入为应用场景,分析高铁无线信道测量的特殊性,讨论经典信道测量方法和设备在高铁场景下的优缺点,研究了基于无线蜂窝的高铁宽带无线信道的测量方法。     

基于动态时间规整技术的信号集中监测安全信息监督功能研究

为了解决各信号系统间潜在的安全隐患，急需开展安全信息监督相关技术的研究。为此，通过对各信号系统间结合部数据的监督分析，对系统间数据采样时间可能不同步的场景，利用动态时间规整技术，以规整后的源头和终点数据为边界，重点监督分析几类影响列车安全运行的场景，及时发现系统结合部信息不一致的异常情况，对潜在的隐患进行预警，从而助力高铁行车更安全，调度指挥更高效。     

基于多源信息融合的高铁智能安全保障技术研究

分析高铁智能安全保障技术需求,研究总体架构构建、关键技术预测等,在此基础上提出其技术发展路线。结合物联网新技术形成联网监控和信息综合应用全面感知系统,在防止自然灾害、周界侵限及线路周边环境影响等方面,建立完整的高铁外部环境智能安全监测技术体系;突破高铁自然灾害预警及报警信息的自动处置技术,提升高铁风、雨、雪等灾害报警的处置能力和智能化水平;利用高分辨遥感变化检测技术,周期性地监测高铁沿线周边环境安全状况;利用物联网新技术,形成联网监控及信息综合应用全面感知系统,通过多源信息输入,加强复合技防技术支持,构建人机智能交互,建立基于动车运行及基础设施和周边环境监测的"人防、物防、技防"全方位一体化高铁智能安全保障体系。     

LTE-M系统隧道场景性能仿真评估

LTE-M(LTE-Machine to Machine)系统性能与电波传播和无线信道密切相关。分析LTE-M系统在隧道漏缆场景信道特性,介绍3GPP单径莱斯和多径信道模型;开发LTE-M系统链路仿真系统,对不同信道模型、信噪比、移动速度、莱斯K因子下的系统性能,包括吞吐量、丢包率和误比特率,进行仿真评估。根据仿真结果,给出LTE-M网络规划与优化建议,包括信噪比优化目标设定为15 dB左右,在列车高速移动时采用多普勒频偏校正技术,并应该尽可能使漏缆与接收天线之间存在视距路径(LoS)。     

基于扩频序列的高铁无线信道测量仿真系统研究

为了评估不同扩频序列对高铁无线信道测量性能的影响，构建了基于扩频滑动相关的高铁无线信道测量仿真系统。在发射端分别生成Random、m、Kasami、Gold、ZC、Golay等6种扩频序列，通过COST207丘陵场景的标准信道模型传输调制信号，在接收端利用滑动相关算法估计出信道冲击响应。研究结果表明：Golay序列、ZC序列和m序列的自相关特性优于另外3种序列，进行高铁无线信道测量时误差相对较小；接收端利用估计的信道冲击响应可以有效提取信道的多径时延和多普勒扩展特性。仿真结果为构建可工程化应用的高铁无线信道测量系统提供了技术支撑。