不同极化条件下28 GHz毫米波频段在地铁隧道中的多输入-多输出信道性能分析

针对未来5G(第5代移动通信技术)毫米波应用于地铁隧道的特殊问题,通过现场实测试验与射线跟踪仿真试验,计算28 GHz毫米波在隧道环境中的信道相关性,得到了不同发射与接收机天线阵位置下、不同极化配置对多输入、多输出信道特性的影响.研究发现,仿真结果与现场实测结果匹配度高,验证了射线跟踪仿真试验的正确性.试验结果显示,采用HH(水平极化)时,在5G毫米波隧道通信中的多输入-多输出信道性能更佳.     

毫米波5G通信系统动态链路及决策树切换算法

毫米波是5G通信系统的重要频段,具有波长短、频带宽等优点.将毫米波5G通信技术应用于高速铁路车地通信系统,采用多链路融合无线通信组网方式,为车地之间的信息交换提供大容量、连续、可靠的无线传输通道.针对高速铁路车地通信中的越区切换,提出适用于不同环境的动态链路—决策树切换算法.经过仿真试验,证明动态链路算法可以有效完成切...     

基于深度强化学习的车车通信智能频谱共享

在城市轨道交通列车通信系统中,车车(Train-to-Train,T2T)通信是以列车为中心的新一代列控系统通信模式。与传统的以地面控制设备为中心的车地(Train-to-Ground,T2G)通信模式相比,T2T能降低系统的复杂度以及通信时延,提升列车运行效率。但为保障列车运行的安全性,当前的城市轨道交通列车通信系统中,车车通信与车地通信是并存的。为解决车车通信与车地通信并存场景下,通信链路资源复用引起的干扰问题,论文基于深度强化学习算法,提出了一种智能频谱共享方法。该方法以车车通信链路作为智能体,将频谱共享建模为多智能体深度强化学习(Multi-Agent Deep Reinforcement Learning,MADRL)模型。同时,由于传统深度强化学习对经验池的依赖,为提高经验池的稳定性,引入了能表征智能体行动轨迹的低维指纹信息。在该方法中,多个智能体采用分布式协作的方式与列车所处的通信环境进行交互,以此来迭代优化神经网络参数,使智能体获得的累计奖励不断提升直至收敛。最后,利用训练好的深度强化学习模型,智能体能够联合选择最佳的通信频谱和传输功率。在Python环境下的仿真结果表...     

MIMO在高速铁路GSM-R车地通信系统中应用的研究

GSM-R(GSM for Railways)系统作为一种新的铁路无线通信网络,应用于CTCS-3级列车控制系统,以满足高速铁路可靠的信号传输需求.但从实际的运行效果来看,对于车地无线传输质量的影响主要来自于多径效应,为此,本文在分析MIMO(Multl ple-lnput-multiple-output,多输入多输出)的基础上,证实了将MIMO技术引入GSM-R系统能使通信质量得到改善,非常适合高速铁路移动通信的特点.     

轨道交通场景5G关键技术

在概述第五代移动通信(the fifth generation,5G)三大核心应用场景、标准组织及标准化情况的基础上,着重介绍大规模MIMO(massive MIMO)、毫米波(millimeter wave)以及非正交多址(non-orthogonal multiple access,NOMA)3项5G关键技术的简要原理以及我国相关的研究情况。同时,阐述3项5G关键技术在轨道交通场景中的应用与研究现状,指出其在轨道交通场景的研究热点。结果表明,未来5G的多种关键技术将会渗透到轨道交通系统中的各项应用中,包括列车控制、乘客娱乐、高清视频、设备监测等,为实现轨道交通的智能升级提供有力的支撑。     

城市轨道交通隧道环境下大规模MIMO信道建模

随着人们对城市轨道交通环境下通信业务需求的日益增加,隧道中无线移动通信系统的研究逐渐成为一个热点。由于隧道环境的独特性、列车的移动性以及乘客宽带接入的集中性,建立一个合理可靠的无线信道模型成为研究重点。基于隧道环境的封闭特性,引入列车移动速度和天线元素仰角等参数,建立一个三维大规模多输入多输出3D Massive MIMO(3Dimensional Massive Multiple Input Multiple Output)信道模型,分析该模型的信道统计特性,研究影响信道空时相关特性的因素集合,并与传统的二维2D信道模型进行比较。仿真结果表明,时延、归一化天线元素距离及接收端天线仰角对空时相关特性有较大影响,3D模型比2D模型具有更小的信道相关性。     

地铁隧道5G天线布局对MIMO性能的影响

为推广第五代无线通信系统（5G）大规模多输入多输出系统（Massive MIMO）技术在地铁中的应用,使用射线跟踪预测在隧道场景中,不同阵列的布局对MassiveMIMO系统性能的影响。对射线跟踪法进行校准,确定隧道场景下的相关参数,通过以5.6 GHz为中心的160 M带宽的射线跟踪仿真,分析MassiveMIMO系统中多种天线阵列布局下的系统容量、路径损耗以及均方根时延,对5G通信系统中的天线与基站设计有参考意义。     

基于华为MH5000模组的5G车载通信板设计与实现

5G通信技术具备大带宽、低时延、高可靠特性,可有效解决Wi-Fi、LTE-M、毫米波、EUHT等各种车地通信技术的缺陷,提高传输带宽,增强通信稳定性。通过利用现成的运营商网络,可有效降低通信成本。针对车地通信场景,给出一种基于运营商5G网络车载通信板解决方案。通信板搭载华为5G车载模组MH5000,通过运营商5GSA通道实现与后台服务器通信;通信板通过以太网接口获取车载数据,服务器采用FTP协议读取数据,最终实现车载数据自动下载。     

泄漏电缆的孔径效应在地铁隧道中MIMO 特性的研究

在隧道场景中使用双泄漏同轴电缆(leaky coaxial cable,LCX)和单个LCX,研究孔径效应对多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)性能的影响。先从理论上研究LCX槽口中的孔径效应,然后在矩形隧道和拱形隧道中使用1.8GHz的LCX进行2×2MIMO测量。测量结果表明:在隧道场景中,由双LCX和单LCX部署的孔径效应的概率非常有限。最后提供双LCX和单LCX情况下的信道容量结果,可为在隧道中采用MIMO技术提供前瞻性指导。     

铁路5G专网MIMO技术研究

随着铁路信息技术的发展,车地间的通信业务需求不断扩展。新业务的涌现对铁路车地无线通信提出了更高要求。在5G-R专网建设中,通过引入多输入多输出（MIMO）技术可以有效提升5G-R专网性能,更好满足铁路智能化发展要求。结合铁路关键场景特点,以及5G无线通信中的MIMO关键技术,研究分析适合于铁路不同场景的MIMO技术集合,为5G-R专网未来部署与应用提供可行建议。     

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。     

LKJ无线换装车地数据传输关键技术研究

针对既有LKJ车载数据人工换装方式费时费力、效率低下等问题,研究通过无线通信网络将LKJ车载数据从地面传输至车载。首先,通过对移动公网(4G/5G)、铁路专网(GSM-R)和无线局域网(WLAN)进行综合比较,选择移动公网作为LKJ无线换装车地通信的载体;然后,通过与SSL VPN的对比,确定采用IPSec VPN技术建立车地通信安全传输通道;最后,在实验室搭建LKJ无线换装车地通信测试环境进行算法验证。测试结果表明:换装业务数据以密文形式传输,验证了车地通信是通过安全传输通道进行的。     

高速铁路环境下多输入多输出信道容量分析

根据高速铁路环境,在接收机已知信道状态信息(CSI)而发射机未知CSI的条件下,研究窄带和宽带多输入多输出(MIMO)信道容量计算方法。采用该方法对算例仿真的结果表明:莱斯因子对MIMO信道截止容量的影响较大,对遍历容量的影响则可以忽略不计;MIMO信道容量随着天线数量的增加而显著增加,但并非线性增加;当采用均匀线阵(ULA)时,基站和移动台天线垂直于铁路线路方向放置可以获得更大的信道容量;ULA的天线间距以10倍波长为宜;合理配置天线,在高速铁路环境下,MIMO信道也可获得较高的容量。     

5G无线通信技术在城市轨道交通中的应用探讨

第五代移动通信(5G)网络将于2020年实现大规模商用,这意味着我国乃至全球无线通信将进入5G时代。无线通信系统是城市轨道交通通信系统的重要组成部分,是保障各系统信息无线传输和线路正常运营的重要前提。当前城市轨道交通无线通信系统存在系统传输速率较低、延时较长等局限性,随着传输信息量的急剧增长,已无法很好地满足各系统在高速移动环境下的无线信息传输需求。5G无线通信技术凭借其先天性技术优势,能提供更高的传输速率(10 Gb/s)、更低的传输时延(毫秒级),以及高速移动(500 km/h)环境下更好的系统传输性能。对5G的典型应用场景、关键技术、典型网络架构进行研究,并结合城市轨道交通无线通信系统的特点,就5G在城市轨道交通领域从业务承载、网络架构、频段资源、信号覆盖、应用开发等方面的应用进行探讨。随着系统制式、标准化进程的逐步完善,各厂商产品链的日益丰富和成熟,5G无线通信技术必将在城市轨道交通中大有作为。     

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。     

贵阳南编组站5T系统通信网络及接口设计

介绍铁路车辆运行安全监控系统（5T系统）的构成、功能及通信网络结构.以贵阳南编组站为例,分析5T系统的信息带宽、接口类型、传输介质等,为编组站5T系统通信网络及接口设计提供解决方案.     

MC-CDMA系统的动态子载波和功率分配算法

针对MC-CDMA系统的反向链路提出了一种动态子载波和功率分配算法。与传统的多载波系统传输方案不同,信号不是通过所有的子载波进行传输的,而是动态的利用信道的频率选择特性来选择优质的传输子载波,同时采用了闭环功率控制算法。理论分析与仿真结果表明,采用动态子载波和功率分配算法后,传统的MC-CDMA系统的误码率性能得到较大程度的改善。     

城轨列车对列车通信的多天线Rake接收技术研究

近年来,列车对列车通信成为一种新兴起的技术,尤其在城轨领域具有迫切需求。但在地铁中,由于空间有限,电磁波传播受多径衰落影响较为严重,直接关系到城轨的运行安全,针对这一问题开展地铁环境列车对列车直接通信的抗多径衰落研究。首先,选择实际隧道环境下合适的通信距离和通信频段;其次,设计了一种使用三天线技术来抗多径衰落的毫米波通信机结构,提出将Pre/Post-Rake技术和多天线合并算法结合起来的方案,以降低误码率达到铁路通信标准;最后,利用毫米波路径损耗模型对改进Rake接收机的误码特性进行了仿真验证。仿真结果证明,此Rake接收机可有效抵抗多径衰落影响,提高城轨通信的可靠性和安全性。     

高速铁路列车超视距应用系统通信架构研究

为提高高速铁路突发险情应急处置的及时性，提出基于5G公网的超视距报警信息和实时视频快速传输上车的系统架构，开展列车超视距关键技术研究，并在京张高速铁路开展了基于5G公网的列车超视距应用技术试验。在此基础上，详细分析列车超视距技术在系统应用阶段存在的问题和难点，报警信息和实时视频快速上车与网络覆盖质量具有强耦合性，一方面用户对超视距危情报警信息的传输时效性提出了极高要求，另一方面当前高速铁路沿线的网络质量和覆盖范围不能满足全天候、全覆盖的车地传输需求。因此，设计2种系统通信架构，一种适用于5G-R专网建成之前，基于GSM-R网络和4G/5G公网的通信架构；另一种适用于5G-R专网建成后，基于5G-R专网的通信架构。2种架构可以满足现阶段和未来列车超视距信息快速传输上车的需求。     

5G通信网络承载CBTC系统业务的方案研究及现场测试

CBTC(基于通信的列车控制)系统是目前城市轨道交通中广泛应用的信号系统,其中的车地无线系统负责承载列控信息.介绍了5G(第五代移动通信技术)的发展趋势和性能特点,分析了CBTC系统的无线通信需求.在上海轨道交通5号线高架线路区段现场测试了不同场景下的5G承载CBTC系统业务的性能指标.测试结果表明:5G带宽、端到端时延、漫游切换等方面的技术指标高于CBTC系统对数据通信系统无线子系统的技术要求,在技术性能上,5G可以用于CBTC系统的业务承载;使用5G切片功能,在极端压力情况下,5G通信网络可优先保证CBTC系统的业务传输,提高了CBTC系统业务传输的高可靠性.