基于WCDMA的高铁宽带无线信道测量方法研究

随着高速铁路的发展,高速铁路车地间的通信数据越来越多,因此迫切需要建立新一代高速铁路宽带无线接入系统。信道特性是无线通信系统设计的基础,传统无线通信系统的信道测量方法很难或不适合用于高铁场景下的信道测量。本文研究一种基于现有蜂窝网络WCDMA的高铁宽带无线信道在途测量方法,并以Sora(Soft Radio)软件无线电平台为基础,通过应用开发与硬件扩展,改制了一种低成本、便携式信道测量仪MSounder(Mobile Sounder)。通过射频矢量信号发生器、信道衰落模块和MSounder搭建的无线信道测量半实物仿真平台进行校准测试,测试结果与预设信道模型相匹配。该方法可用于高铁无线信道的实际测量与模型建立。     

高速铁路信道小尺度衰落与非平稳特性研究

高速铁路的快速发展使得高速铁路无线信道特性的研究成为热点,但高速铁路信道测量的不易性也使目前的研究工作仍存在不足之处。以北京—天津(京津)城际高速铁路无线信道的具体环境为基础,在平原、车站、城郊3个典型的高速铁路环境中,从两方面深入剖析高速铁路信道的传播特性。一方面,通过莱斯K因子、时延扩展、到达角以及功率角度谱等信道参数,研究高速铁路信道的小尺度衰落特性;另一方面,把以功率相关性为基础的稳态间隔作为特征参数来刻画高速铁路信道的非平稳特性,并基于有限状态的马尔科夫链模型,分析高铁信道多径传播的时变特性。     

高速铁路GSM-R系统无线信道特性仿真

根据无线信道特性和高速铁路场景,建立高速铁路GSM-R系统无线信道小尺度衰落模型。从时域和频域2个方面,定量分析时延扩展、相干带宽、电平通过率和相干时间等无线信道参数。利用搭建的高速铁路GSM-R系统半实物仿真平台,对高速铁路GSM-R系统的性能进行仿真测试。计算机仿真和半实物仿真结果表明:列车运行速度的提高会造成通信质量不同程度的下降;列车运行速度为350 km.h-1时的下行链路通信质量与80 km.h-1时相比有一定程度的下降,但可以满足GSM-R系统的要求,通信质量是有保障的;列车运行速度达到500 km.h-1后,通信质量发生明显的恶化;优化接收机设计是解决通信质量恶化问题的关键。     

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。     

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。     

高速铁路CTCS-3级列控系统无线信道电波传播特性研究

提出了2种不同的、基于频谱仪的测试方法,用于实现在较宽的频率范围内对CTCS-3级列控系统无线通信信道中等尺度衰落及小尺度衰落特性的测量。通过对现场测试数据的分析,初步得到了高速列车无线信道电波传播中等尺度及小尺度衰落特性的相关结论。还提出了在实验室搭建仿真测试平台用于模拟地面高速移动信道的方法。     

高速铁路GSM-R系统电波传播场景分类与路径损耗指数的求解

基于电波传播的机理,结合高速铁路电波传播的特点,对高速铁路电波传播衰落影响因素进行分析,对高速铁路电波传播场景进行划分.利用最小平方差估计算法,提出大尺度传播模型路径损耗指数n、均方差的数学求解方法.将联调联试取得的实测数据按照典型的传播场景划分整理,统计出各典型地形场景电波传播路径损耗指数n、均方差和接收电平初值.     

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。     

适应高速铁路场景的新型基扩展信道估计模型

时变信道估计是高速铁路无线通信系统的关键技术,通常利用基扩展模型来逼近时变信道并简化估计参数。经实践表明,现有基扩展模型并不能够满足高速铁路场景中信道估计精度的要求。因此,本文研究了高速铁路场景下快时变信道的信道估计方法,提出一种新型基扩展模型。与现有基扩展模型对比,新型基扩展模型通过挖掘历史测量数据,有效地利用了高速铁路在不同时刻经过同一地点的信道之间具有相关性的特点。基于Jakes模型和高架桥场景中的实测数据,对新型基扩展模型的信道估计性能进行仿真,验证了新型基扩展模型对时变信道的估计更为准确,能够较好应用到高速铁路场景中。     

一种新型的GSM-R无线信道仿真机制

在CTCS-3级列控系统中,GSM-R无线通信系统负责承载车地间传输的关键列控数据,其传输能力与CTCS-3列控系统性能紧密相关。借助无线信道仿真机制模拟现场信道特性,分析无线传输性能,是研究GSM-R系统性能的重要手段。然而,在列车行驶过程中,终端移动速度、传播环境都会发生快速变化,无法使用传统电信领域的基于固定速度与场景的信道仿真机制。提出一种新型的GSM-R无线信道仿真机制,通过建立与铁路线路匹配的无线信道模型,并根据列车移动速度信息动态配置仿真输出特性,模拟车载电台在变化场景与运行速度下的传输性能,实现在CTCS-3级列控仿真系统中实时仿真GSM-R信道性能的目的。     

高速铁路环境中无线信道传输特性的探讨

在高速铁路环境下，无线信道的性能发生急剧的变化。针对高速环境下电波传播的特点，阐述了高速铁路中无线信道的特点并对无线信道进行了建模，分析了高速铁路中多普勒频移的特性及对误码率的影响，讨论了隧道传播环境，最后对无线传输的可靠性进行了分析。     

轨道交通基于通信的列车控制无线通信系统测试平台

轨道交通列车与轨旁接入点设备之间的无线传输是基于通信的列车控制系统中的关键技术。为了测试该无线系统在常规和具有电磁干扰的隧道环境下的性能,提出了一个可以仿真隧道无线电通信环境的测试平台。其特点是信道电路工作在射频频段,用射线跟踪方法研究无线电传播特性,并将结果固化为衰落和衰减信道;动态的矩阵信道可以仿真高速移动下的车地多点接入环境,可以加入电磁干扰来测试极限参数下无线电系统的性能。     

高速铁路专用通信信道电波传播特性

依据射线跟踪法和帐篷定律,计算高速列车车厢内高速铁路专用通信信道电波传播的频率响应可知,电波在车厢内传播的路径损耗大于30 dB.实测车厢内电波传播的频率响应,对实测数据进行IFFT变换处理可知,在直达路径(LOS)和非直达路径(NLOS)条件下,电波传播的平均功率时延谱符合Saleh-Valenzuela(SV)模型,均方根时延扩展与传播距离的关系更适合选用幂函数描述.进一步对实测数据进行统计处理,得到SV模型关键参数,以及车厢内电波传播的小尺度衰落模型和路径损耗模型;车厢内电波传播的小尺度幅度衰落在LOS场景下服从对数正态分布,在NLOS场景下服从瑞利分布;车厢内电波传播环境指数LOS场景下为1.283,NLOS场景下为1.098.     

铁路高架桥场景下分布式MIMO信道建模及性能研究

为评估铁路高架桥场景下无线通信系统性能,需建立能准确描述该系统小尺度和大尺度特性的信道模型。首先,建立高架桥场景下椭圆单环模型;其次,将莱斯K因子建模为与高架桥高度有关的函数,两者结合得到一种多跳随机信道模型,并对其进行非平稳性验证;然后,为扩大无线通信覆盖范围,采用在基站侧交错部署多个射频远端单元、在列车上部署多个车载移动中继的方式,形成大规模分布式多输入多输出(MIMO),在此架构下分析天线系统、射频远端单元、车载移动中继站的分布以及高架桥高度对信道容量的影响;最后,对该信道模型进行仿真测试。仿真结果验证了大规模分布式MIMO和车载移动中继系统具有的优势,并显著提高了信道容量。     

高速铁路典型地形GSM-R系统电波传播特性的研究

对高速铁路典型地形GSM-R系统电波传播特点进行分析.对典型准平原和平原高架桥地形条件下的试验数据进行分析和计算,建立典型准平原和平原高架桥地形高速铁路GSM-R系统电波传播大尺度路径损耗模型和小尺度衰落模型,并对各模型进行分析和比较.     

CBTC移动无线信道的建模和仿真

在分析基于通信的列车控制(CBTC)移动无线信道衰落特性的基础上,建立包含短期衰落和长期衰落情况的信道数学模型和仿真模型,针对不同传播条件和接收机移动速度进行仿真,并分析仿真结果.     

2.35GHz高速铁路宽带无线信道时间色散分析

基于高铁场景的信道测量与分析,有利于宽带无线通信系统在高铁上的实现和优化。本文以速度为200km/h的郑西高铁高架桥环境下宽带无线接入为应用背景,对2.35GHz频点下50MHz带宽的无线信道进行测量。基于实测数据,将列车穿越发射机的信道变化过程划分为4个区域(RA,TA,CA,AA),并从频域和时域两个角度对不同区域中的高铁无线信道特性进行分析。讨论频域的相关散射特性,研究时域的时延扩展特性,阐述在不同区域中信道特性变化的原因,验证了通过频域相关和rms时延扩展两种方法得到的相干带宽的一致性。     

高速铁路移动通信系统WINNER信道性能分析

在对无线信道模型和铁路电波传播环境研究基础上,提出WINNER D2a信道模型是高速铁路无线信道的合适选择,并建立了高速铁路移动通信系统WINNER D2a信道半实物仿真平台。与传统的计算机仿真相比,半实物仿真平台具有更高的仿真性和实时性,并能在实验室对设备在高速铁路上的性能进行测试。在仿真平台上对不同移动速度、同频干扰、接收电平条件下的高速铁路移动通信系统的性能进行了仿真。分析结果表明:移动速度和同频干扰对系统性能影响非常大,而接收电平则对性能没有明显影响。最后探讨了改善系统性能的技术措施。     

准平坦地形GSM-R电波传播特性研究

城市的电波传播以衍射机制为主,其大尺度衰落特性的预测通常采用基于统计模型的Okumura模型和Hata模型。这两种模型未考虑小尺度衰落。同时,如果对准平坦环境下高速铁路GSM-R信号的大尺度衰落预测,还需要进行适当的修正。本文首先对准平坦地形下铁路沿线GSM-R电波传播进行理论分析,认为其传播方式以一条直射路径和若干条反射路径为主。然后建立起4路径仿真模型。通过该模型计算得出小区各个位置场强分布,同时得到大、小尺度衰落特性。最后对仿真结果和实测结果进行统计分析,统计结果显示了模型的有效性。     

U型槽无线信道多径传播特性测量与建模方法的研究

作为建立和优化数字通信系统的基础工作之一,信道测量与建模一直是人们关注和研究的焦点。本文总结了常用的信道探测方法和多径提取方法,分析了TDL和CDL 2种建模方法的原理:同时以高铁U型槽实际信道测量数据为例,从时延特性和频域相关性2个方面对信道频率选择性衰落特性进行分析,归纳了两者之间的关系;针对宽带测量的簇模型,研究了常见的簇模型参数;针对特殊场景(如高速条件)下的信道非平稳特性,分析了多径的"生灭"特性。