高速铁路宽带无线通信系统切换方案研究

作为实现宽带无线通信高可靠性的关键技术,越区切换的性能优劣将会严重影响列车的行车安全和用户体验。由于传统蜂窝小区制的通信系统已不再适用于高速铁路,对此利用分布式天线系统(distributed antenna systems,DAS)和两跳架构,构建适用于高速铁路场景的系统网络架构。针对架构中不同集中单元(central unit,CU)控制的远程天线单元(remote antenna unit,RAU)之间的频繁切换导致成功率低的问题,在考虑同频干扰和阴影衰落的条件下提出一种快速触发切换方案。当列车从当前RAU向相邻CU控制下的RAU移动时,首先为了缩短切换请求及响应的时间以及获得更高的成功率,在低于服务RAU信号质量最高时触发切换准备阶段。其次当切换请求和接入目标RAU的指令发送失败时,可通过多次重传提高重叠区的触发概率和减小切换过程中的失败概率,并与传统切换方案在切换性能指标上进行比较。研究结果表明,该网络架构的覆盖范围内具有较高的信号质量,所提出的快速切换触发方案相比于传统切换方案,可以显著提高重叠区内的切换触发概率,确保在切换范围内以更低的失败概率完成切换,并提供可靠的通信服...     

一种基于带宽估计的动态接入链路选择机制的研究与实现

在传统的无线网络环境中,当网络状态发生变化时终端无法自动获得吞吐量、拥塞信息等详细的网路参数,从而难以进行动态的接入链路选择,造成网络性能下降。本文提出一种动态接入链路选择机制DALSS(Dy-namic Access Link Selection Scheme)。DALSS是一种基于网络状况的接入链路选择机制,可以动态评估每条传输路径的容量和可用带宽,实现对路径的动态选择和替换。对于终端用户和网络而言,DALSS优点在于:(1)提供一种初始选择机制,便于终端在多种接入技术覆盖的无线网络环境中建立传输连接;(2)提供一种通信中的动态路径更替机制,使终端能够根据网络状况选择更优的路径,优化传输性能。为评估DALSS的性能,设计一种终端均衡分布的原则,使提高终端吞吐量的同时优化网络的整体性能。实验仿真进一步验证DALSS的有效性和可用性。     

高速铁路车-地同步定位预测快速越区切换方法

带宽不足和切换频繁是高速铁路现阶段发展宽带移动通信所面临的关键问题。本文基于光载无线电新技术和小区移动的新概念,构建一种可支持高带宽高铁移动通信应用场景的光电联合控制快速越区切换机制,并提出一种与该机制相匹配的车-地同步定位预测越区切换方法。通过在网络仿真软件NS-2下建立高铁通信模型,获得的仿真结果表明,车-地同步定位预测越区切换算法与经典的IEEE 802.11切换算法相比,在网络吞吐量、封包延迟以及丢包率等指标上均有较大幅度的性能提升,有效克服切换时长问题,避免出现严重的切换风暴。     

京沪高铁沿线LTE网络切换性能分析

为进一步分析高铁沿线网络切换性能,提升高速移动场景下列车网络服务质量,以京沪高铁网络环境为研究对象,深入研究京沪高铁沿线LTE网络切换性能关键影响因素。基于时速350km的高速列车,利用车载Wi-Fi中心服务器通信模组,通过内置三大运营商SIM卡各一张,使用ltedatatofile程序抓取LTE网络参数信息,通过tcpdump保存TCP抓包记录,对京沪高铁沿线吞吐量、基站密度、基站切换成功率等网络切换指标进行统计分析。经实测数据分析,铁路沿线网络切换过程中同一位置信号具有可重复性,信号连接中断具有可重复性。该测试数据分析结果有利于京沪高铁沿线网络优化补强,同时可为后续高速铁路沿线5G网络建设优化提供一定参考。     

基于协作多agent机制的高速LTE-R无线网络覆盖与容量优化算法研究

为应对由于列车运行速度快而引起的通信环境恶化的现象,进一步提升高速铁路沿线覆盖与容量性能,保证列车用户在通信需求方面获得持续的优质体验,覆盖与容量优化成为LTE-R网络的一个重点研究方向。基于高速铁路环境中基站与列车位置信息可预测的优势,在传统单一调节天线下倾角的FQL算法的基础上,引入协作多agent机制,提出协作多agent FQL算法,使得LTE-R无线网络频谱效率和吞吐量性能得以提升和优化。同时通过对频谱效率CDF曲线的仿真表明随着列车运行速度的不断提高,算法对无线网络整体性能的提升越加明显,证明了在高速场景下本算法的有效性。     

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。     

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LTE和WiFi混合组网的综合承载研究

为提高车地无线通信系统抗干扰性能,增强综合承载业务传输能力并验证其在LTE与Wi Fi混合组网环境下的适应性,在郑州市轨道交通2号线上进行以CBTC业务为核心的综合承载测试。测试结果表明,在LTE网络环境下,在保障CBTC业务高可靠性传输的同时,能够为IMS和PIS等业务提供有效的传输通道;在LTE和Wi Fi混合组网的环境下,使用专用车载终端可完成LTE网络和Wi Fi网络之间的无缝切换,从而保证CBTC业务的高可靠性传输。     

滑坡监测无线传感器网络基于事件的信道分配方案

在高速铁路沿线的山体斜坡上部署无线传感器网络,用于监测山体斜坡变化情况。综合考虑传感器节点能量有限性和对采集信息的实时性需求,提出一个基于事件的信道分配方案用于滑坡监测信息的传输。以是否有列车经过山体斜坡区域作为事件,当无列车经过时,为节点分配活跃周期和睡眠周期,采用TDMA的方式唤醒节点并分配一个可用信道进行数据传输,从而在保证数据传输的前提下节省节点能量,延长网络寿命;当有列车即将经过时,节点完全进入活跃周期,采用多个信道并行传输的方式传输数据,减少传输过程中由于信息碰撞造成的信息丢失和重传,从而降低传输时延,提高信息传输的实时性。最后,通过仿真实验分析系统性能,证明所提方案的有效性。     

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。     

认知无线电的联合频谱检测与共享算法

提出一种基于信任度因子的频谱空穴检测模型以确认频谱机会.当能量以信任度因子为1分布于检测区域时,认知用户将发送1 bit量化值以报告侦听结果;否则,认知用户将发送2 bit量化值.评估了平均侦听比特数和漏检概率的性能.基于此模型,给出一种多跳认知无线电网络的频谱共享算法.它允许激活认知用户节点以一定的接入概率充分利用分配给其他认知用户的时隙进行通信.同时,算法还采用基于发射码字的传输机制,即每个激活认知用户都有自己唯一的发射码.进一步地,推导出系统吞吐量,即被定义为平均成功传输的概率和能耗公式.最后,通过仿真评估了系统性能.     

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.     

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。     

隧道模拟环境下城市轨道交通车地综合通信系统双漏泄电缆传输性能研究

基于LTE(长期演进)技术的车地无线通信系统逐渐成为城市轨道交通车地通信新的发展方向。采用双漏泄电缆,覆盖的LTE-M(城市轨道交通车地综合通信系统),通过加载模拟业务,对漏泄同轴电缆覆盖的传输性能进行了模拟试验。研究发现：相比于相同极化方式,当两根漏泄电缆采用HV方式(即一根为水平极化、另一根为垂直极化)覆盖时,车地通信系统的平均传输速率约提升50%;当漏泄电缆间距由1.0 m减少至0.3 m时,系统的传输速率没有明显下降。提出了适用于城市轨道交通隧道环境的双漏泄电缆覆盖方案：采用由HV方式组成双漏泄电缆且漏缆间距设定为0.3 m。该方案可以在最小的漏缆间距下获得最佳的信号传输速率。     

沉降智能监测与评估系统的开发及应用

研究目的:高速铁路线下工程沉降监测作为铁路建设与工务维护的重要组成部分,对于保障高速铁路安全运营具有十分重要的意义。通过将岩土工程、物联网、大数据等先进技术进行深度融合,本文主要介绍一套高速铁路线下工程沉降的智能监测与评估系统,以期为高速铁路运营维护提供科学决策。研究结论:(1)通过温度补偿试验对传感器进行校正,大大提高了静力水准仪在变温条件下的精度(-20℃～40℃下0. 2 mm);(2)研发了一套基于无线组网技术的沉降智能监测评估系统,系统具有自适应降噪、变频采样控制、数据掉线重传、大数据分区存储、数据压缩传输、三维地理信息展示等技术特点,可满足桥、隧、路等多种监测应用场景;(3)系统实现了高速铁路线下工程施工期与运营期的沉降安全状态实时监测与评估。     

数据包丢失对列车控制系统的影响

基于通信的列车控制(CBTC)系统中的车-地通信是利用WLAN技术传输列车的状态和控制命令。列车控制系统的性能取决于通信链路数据传输的准确、实时、可靠,而WLAN技术并不是为城市轨道交通快速运行的环境而设计的,因此,在传输过程中出现传输延时和数据包丢失等情况,导致列车运行性能的下降。把列车控制系统等效为网络控制系统,对于车地通信无线传输过程中,出现随机延时大于其采样周期而导致传输的数据包丢失情形,采用补偿策略估计列车的系统状态并对其进行了分析,提出了改善数据包丢失的列车控制方法。     

增强的小区间干扰协调技术综述

与传统宏蜂窝网络架构相比,异构网络架构可以增加系统吞吐量,提高频谱效率,在4G/B4G(FourthGeneration/Beyond Fourth Generation)系统中提供泛在的用户体验。严重影响小区边缘用户吞吐量的小区间干扰是成功部署异构网络需要解决的难点。增强的小区间干扰协调技术可以分为3类:智能功率控制、跨层设计和协作多点传输。本文对各种技术的优缺点、性能、复杂度和存在的问题进行研究,指出了各种技术所面临的挑战和未来的发展方向。     

基于HTCPN的列车追踪车地通信过程建模研究

为了对高速铁路移动闭塞系统(Moving Automatic System,简称MAS)进行更加精确的仿真,利用CPN Tools建立高速铁路列车追踪运行车地通信过程的CPN模型,应用CPN ML语言模拟无线通信模型中数据包的丢包现象;引入时间标志对模型中数据传输的时间特性进行分析。仿真过程中为模型各个控制环节定义数据采集监控器,连续仿真3次分析追踪运行车地通信信息传输的时间特性。结果表明:该分析方法可以得到准确的性能分析报告,仿真结果对高速铁路中MAS系统开发阶段的形式化验证具有一定的借鉴意义。     

地铁信号系统WLAN与LTE车-地无线通信方案对比分析

地铁CBTC信号系统车-地无线通信方案有WLAN和LTE 2种.本文针对这2种不同的车-地通信方案,从无线系统架构、无线设备分布、数据吞吐量、支持的最高列车速度、无线传输性能、抗干扰性能、无线系统的复杂程度等方面进行对比分析,对新建地铁线路及既有采用WLAN方案的线路延伸线的车-地无线通信方案进行选择,具有一定的指导意义.     

新标准下的高速铁路综合视频监控系统设计研究

随着铁路总公司视频监控新标准的发布,以大同至西安客运专线大荔至渭南北区间为例,分析研究采用新标准后高速铁路视频监控系统的设计变化,包括摄像机性能的变化、存储容量的变化、接入节点视频设备的变化和附属设施的变化,特别对区间视频传输方式的变化进行详细研究,通过技术经济比较,推荐出适宜的视频传输方案。研究结果为其他高速铁路完善视频监控系统设计提供参考依据。