GSM-R无线网络越区切换问题研究及案例分析

越区切换是保障高速列车车-地数据传输的重要基础,切换失败或异常切换在CTCS-3级线路中可能会引起无线超时甚至系统降级。本文通过简要介绍GSM-R无线网络越区切换的基本流程,阐述越区切换的测试方法,基于高速铁路综合检测列车的动态检测数据分析近年来切换成功率指标的变化趋势,指出造成越区切换故障的原因,并提出优化建议。     

基于位置的CBTC系统无线局域网切换机制

目前的城市轨道交通CBTC车地通信系统大多采用无线局域网技术。针对同时存在无线自由波和漏泄波导车地通信技术的CBTC无线局域网车地通信系统,提出一种基于位置的无线局域网切换机制。在无线自由波覆盖区段,移动台在确定的位置直接发起重关联请求,而不需要进行探询扫描新AP的过程。而在漏泄波导覆盖区段,通过改变移动台扫描的信道数和最大信道扫描驻留时间,同样明显减小了切换时延。该方法不仅适用于无线自由波的覆盖区域,也可以应用于漏泄波导覆盖的区域,能够减少CBTC车地通信系统中的切换时延。     

GSM-R网络异常越区切换分类及判决算法研究

GSM-R网络越区切换性能与高速铁路列车运行安全息息相关。在列车实际运营中,异常越区切换问题相比切换失败问题更为常见,但目前对其尚未有明确定义及有效的判决算法,也导致无法有效划分GSM-R小区,并分析其对行车的影响。基于GSM-R动态检测越区切换数据,结合列车位置与行驶方向,分析不同异常切换的特点,将异常切换问题分为提前切换、滞后切换、反向切换、重复切换、跨基站切换以及其他异常切换6类,并提出基于GSM-R网络基础数据库的异常越区切换判决算法,实现了列车异常越区切换自动识别和类型判定,以及以小区为单位的切换结果统计。结合实际动态检测数据对异常越区切换判决算法进行验证,依据实际案例分析不同类型异常切换的特征。实验结果表明,提出的异常越区切换分类标准具有合理性且判决算法具有准确性,为GSM-R通信小区的准确划分和异常切换的影响评估提供支撑。     

城市轨道交通CBTC车地无线通信快速切换算法研究

基于通信的列车控制(CBTC)系统通过应用无线局域网(WLAN)进行车地无线传输.列车在高速行驶时不仅要求无线通信切换执行快速、而且要求切换判决迅速,本文通过分析传统WLAN越区切换在城市轨道交通上应用的瓶颈,在原有越区切换算法的基础上对其进行了优化.     

GSM-R系统高速适应性探讨

深入分析影响GSM-R系统高速性能的5个因素：时间提前量（TA）、多普勒频移、切换、小区重选、设备性能,结合GSM-R系统和高速铁路的特点,经过分析推导表明,GSM-R系统支持时速500km的高速铁路车-地通信业务。     

基于速度动态函的LTE-R越区切换优化算法

传统的LTE-R越区切换算法,采用固定切换迟滞门限和延迟触发时间的切换算法。但是当列车高速运行时,切换成功率明显下降,无法满足高速铁路无线通信系统对Qo S大于99.5%的要求。通过对切换流程、测量参数、控制参数的分析,提出一种基于速度动态函数的越区切换优化算法。该算法在低速、中速、高速3种列车运行状况下,更适宜高速铁路情景切换时机的选择。仿真结果表明:基于椭圆函数的LTE-R越区切换优化算法,既保证了列车在中高速运行时,越区切换成功率有着明显提升,又避免了列车在中低速运行时,乒乓切换事件频率过高。     

一种应用于高速铁路的GSM—R快速切换算法研究

研究目的:随着我国高速铁路和客运专线建设,GSM-R数字移动通信系统在我国铁路得到迅速发展,同时也带来一些亟待解决的问题.GSM-R的线状覆盖方式,使列车运行过程中越区切换频繁发生,切换性能对系统的服务质量和行车安全有很大的影响,尤其是高速列车对GSM-R系统越区切换提出更加严格的要求.为在高速环境下实现快速可靠切换,针对切换算法进行研究,提出一种快速切换算法,达到缩短切换时延,提高高速环境下跨MSC间越区切换的成功率的目标.研究结论:通过研究提出了一种适用于高速铁路环境下的新型快速切换算法.在理论上对该算法的实现方式和性能进行了分析,并与常规的切换算法在切换时延上进行了比较.结果表明本算法在缩短切换时延上具有一定的优势,特别在跨MSC切换时能减少约64%的时延.采用快速切换算法非常适用于高速环境,通过缩短切换时间,从而提高切换成功率,为移动通信系统提供更高的可靠性和有效性.     

基于实时动态迟滞的LTE-R切换算法优化研究

现行的的LTE-R切换算法在进行切换时采用固定的切换迟滞,或者对列车速度进行分级,进而调节动态迟滞,只做到了"局部动态",这意味着确定更准确的切换触发点是一个关键问题。首先,为了切换方案的顺利提出,根据实际信道模型对LTE-R网络重叠覆盖区的过渡区段、切换区段的距离作了理论的推导;然后,为了提高高速环境下的切换成功率,优化系统性能,提出基于实时动态迟滞的越区切换优化算法,先利用乒乓切换率和链路失效率等指标得到不同速度下的切换迟滞值,之后利用最小二乘法得到列车速度与切换迟滞的最佳函数匹配。仿真结果表明,相比于现行的切换算法,改进算法具有更高的切换成功率,佐证了所提出的方案比现行方案能更有效地触发切换。     

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。     

基于模糊逻辑的LTE-R自适应切换优化算法

越区切换作为LTE-R无线通信系统中高可靠性通信的关键技术,一旦越区切换失败将会给高速铁路的安全运行带来严重的隐患。随着高速列车不断提速,越区切换将更加频繁,如何提高越区切换成功率是亟需解决的关键问题。针对高速铁路LTE-R无线通信系统越区切换算法采用固定迟滞门限,导致切换成功率低的问题,提出了一种基于模糊逻辑的LTER自适应切换优化算法。在越区切换算法中引入模糊逻辑推理机制,利用列车速度、参考信号接收功率和参考信号接收质量来对迟滞门限进行自适应优化。首先,将切换测量选取的列车速度、参考信号接收功率和参考信号接收质量切换指标进行模糊化处理,再根据规则库中设定的规则以及隶属度函数进行模糊推理。然后,在采用模糊推理规则推理后,为了得到相应的越区切换迟滞门限进行去模糊化操作,采用重心法去模糊化,即将隶属度函数曲线与横坐标围成面积的重心作为最终迟滞门限值输出。最后,将推理的结果输出作为优化后的迟滞门限,使用优化的迟滞门限进行列车越区切换执行。同时选取不同因素的组合来对切换优化算法进行对比仿真分析,通过更改RSRP,RSRQ和v模糊变量的不同参数组合,选取RSRP-RSRQ,RSRP-V,RSR...     

基于毫米波MIMO的车车通信混合预编码研究

高速铁路普遍采用传统的车地(Train-to-Ground, T2G)通信,针对传统T2G通信存在轨旁设备多、传输延时高和系统容量不足的问题,提出一种车车(Train-to-Train, T2T)通信混合预编码(Hybrid Precoding, HP)的传输方案来弥补T2G通信的不足。在T2T通信中引入毫米波(Millimeter Wave, mmWave)、大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)和HP等第5代移动通信(Fifth Generation Mobile Communication, 5G)关键技术,并重新设计一种适用于HP的等效全连接神经网络模型,同时结合反向传播（Back Propagation, BP)算法和自适应增量(Adaptive Delta, AD)算法,进行基于毫米波大规模MIMO的T2T通信HP研究。研究结果表明：所给训练集越大,AD-BP算法的拟合情况就越好,理想输出和实际输出的误差越小,经过多次迭代训练最终收敛于频谱效率。采用等效网络算法的T2T通信HP和最优无约束预编码相比,二者性能相近。同时...     

一种基于双无线网卡的广义AP间切换算法

由于目前还不能实现快速自主的AP间切换,限制WiFi在车载Internet等方面的进一步发展和应用。为此,本文基于双无线网卡设计一种广义AP间切换算法TTBC,采用嵌入式系统和Linux开源代码自主研制车载通信网关,并组建狭义和广义AP间切换实验床对该算法进行详细的实验研究与分析。实验结果表明:算法TTBC不仅显著减少甚至消除AP间切换导致的网络中断时间,同时对数据传输带宽也影响甚少,并且可支持车载移动环境下快速自主的AP间切换。     

广州地铁主控系统接口冗余通信分析

介绍广州地铁主控系统接口设备前端处理器（FEP）的软硬件配置,阐述冗余链路的设计思路与实现方式,并从初始化、数据通信、主从判断、冗余切换方式以及时间参数限定5个方面分析主控系统接口通信过程。实践证明,广州地铁主控系统接口冗余链路设计具有显著的优点,为其他的接口设计提供参考方案。     

移动性增强技术在铁路5G专网中应用场景研究

超高可靠低时延通信是5G移动通信系统的三大特性之一,移动性增强是实现超高可靠低时延特性的一个关键技术。铁路5G专网同样也有高可靠性低时延的要求,列车在高速运行过程中,用户设备需要不断在相邻小区间进行业务切换,主要探讨移动性增强技术中的条件切换、双激活协议栈和快速切换失败恢复等3项功能在铁路5G专网中的应用场景。根据这3项功能的工作机制和铁路5G专网覆盖模型的特点,认为双激活协议栈和快速切换失败恢复对减少业务中断时延,保障列车运行安全具有很好的应用价值。     

基于通信的列车控制系统越区切换算法研究

无线局域网是城市轨道交通CBTC(基于通信的列车控制)系统车地通信的主要方式之一.在考虑轨旁接入点冗余的基础上,提出一种频率组合切换算法,将检测到的频率数目作为列车越区切换的判断依据,利用邻居图使切换时延满足列车服务质量的要求.与传统切换算法相比,该算法实现简单、切换时延小,能够确保车地通信网络可靠快速切换.     

高速铁路车地无线宽带传输系统技术分析

分析我国高速铁路的业务特点以及无线宽带系统的技术特性,根据高速铁路车地宽带系统的测试情况及既有系统(GSM-R)的平滑升级的需求,提出高速铁路车地无线宽带传输系统的主要架构,指出系统应具备的技术特点,分析高带宽、高频率切换和多优先级等关键技术,并对多普勒、高频率切换、无线覆盖和带宽适应等关键技术进行了探讨。     

高速铁路车载检测数据无线传输系统研制及应用

高速铁路车载检测数据具有体积大、时效性强、安全要求高的特点,给数据无线传输系统的性能带来很大挑战。高速铁路车载检测数据无线传输系统基于工业级5G无线网关和AirFlash毫米波车地转储设备搭建数据传输网络,其中,5G无线网关用于实时传输各检测系统产生的超限大值数据,车地转储设备用于快速传输大体积原始数据。为保障检测数据的时效性和安全性,在传输过程中还利用数据压缩、数据加密算法对检测数据进行处理,并针对特殊场景设计数据传输策略。该系统搭载于检测车并在实际线路进行了试验验证,结果表明：该系统能够高效、正确地将各检测系统产生的数据及时传输至地面数据中心,有效保障了检测数据的时效性和安全性。     

高速铁路LTE-R改进切换算法的研究

针对高速铁路中LTE-R越区切换对切换时延和切换成功率的严格要求,以3GPP TS 23.401协议中的A3事件判决公式为基础,利用滤波中的测量周期Tm对触发时延进行计算,并结合列车的运行速度,对传统切换算法进行改进。通过对改进算法进行仿真,得到最佳切换参数。最后对两种算法采用相同的基站布置进行仿真比较,得出传统算法在列车运行速度超过205 km/h时,无法满足我国无线通信系统对越区切换成功率99.5%以上的要求,而改进后的算法在速度达到400 km/h时,切换成功率为99.6%,仍满足此要求。     

CTCS-3级ATP无线通信技术自主化研究

CTCS-3级ATP无线通信技术是CTCS-3级高速铁路列控系统车-地通信的关键技术,着重阐述无线通信技术在自主化研发过程中的新技术,包括紧耦合热备结构特点、安全算法的自主化演进,以及通信协议栈的扩展性研究等。通过对CTCS-3级ATP无线通信技术的自主化研究,进一步提高ATP设备的可用性,提高车-地通信的安全性,并提高CTCS-3级高速铁路列控系统对下一代通信系统的兼容性。     

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。