CTCS-3系统中GSM-R网络结构的研究分析

针对当前CTCS-3系统中GSM-R网络采用的交织双网结构,提出了一个新的网络传输冗余结构。利用马尔可夫链,综合考虑了GSM-R网络通信过程中可能导致通信失败的一些因素:传输错误、传输干扰、连接的丢失、越区切换等,以及列车速度对系统可靠性与有效性的影响,提出2种网络结构的可靠性与有效性模型。通过对新网络结构的仿真分析,采用新网络结构使得系统在工作状态下的逗留时间有了很大的提高,可靠性和有效性均优于传统的网络结构,并且受到列车速度的影响也更小。     

一种基于车载双天线的GSM-R冗余网络无缝切换方案

随着铁路现代化的发展,列车运行速度逐渐增加,由此导致列车在穿越GSM-R网络小区的过程中需要频繁地执行越区切换操作。由于GSM-R网络先断后连的硬切换方式必然造成切换过程中存在通信中断等问题,对行车造成一定的安全隐患。传统的切换优化方法仅针对单层网络中移动台越区切换过程进行改进,忽视了GSM-R系统现有的冗余网络配置特点。本文提出一种将GSM-R双层冗余网络中的不同基站组成一个为列车服务的虚拟小区,并采用车载双天线与虚拟小区进行协作通信的方案,以充分利用冗余网络配置特点,从而实现列车穿越小区过程中完成无缝切换操作。仿真结果表明:所提出的方案使切换中断率明显降低,为列车的安全运行提供了可靠保证。     

基于随机Petri网的GSM-R越区切换成功率分析

CTCS-3级列车运行控制系统利用GSM-R网络进行车地间连续、双向的安全信息传输。而GSM-R系统采用硬切换技术,切换时必然会产生短暂的通信中断,这就会影响列车控制类数据传输业务。为保证安全数据传输的可靠性,迫切要求更短的切换时间和更高的切换成功率。对此,建立GSM-R系统越区切换的随机Petri网模型,分析影响越区切换成功率的因素,并利用MATLAB仿真得到列车运行速度、越区切换中断时间以及列车追踪间隔与越区切换成功率的关系;最后说明列车在350 km/h和430 km/h速度下运行时,越区切换成功率是否满足CTCS-3级系统需求标准要求。     

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。     

GSM-R网中一种基于中继站辅助的切换策略

GSM-R(GSM for Railway)网是铁路运输所专用的GSM无线通信网络。与普通GSM网中移动台的低速移动不同,GSM-R网中列车的高速移动会使接收信号产生严重的多普勒频移,另外接收信号还会受到电力牵引等其他干扰。因此对这些质量不佳的信号进行检测将导致移动台的切换误判,造成列车越区切换成功率较低,从而削弱GSM-R网的安全性和可靠性。本文对GSM-R网传统切换策略进行建模,并且分析其切换中断率。为减小GSM-R网切换中断率,提出一种利用中继站辅助列车进行越区切换的策略。在该策略中,移动台在切换时不仅要检测相邻基站的信号,还将对重叠区中的中继站信号进行检测。仿真结果表明:本文提出切换策略的切换中断率明显小于未使用中继站时的情况,能够提高列车越区切换的成功率。     

集通铁路长大隧道GSM-R冗余方案研究

针对集通铁路的长大隧道,论述分布式基站和数字光纤直放站的两种冗余方案,通过分析比较两种方案的单网交织以及同站址双网冗余覆盖方式,推荐采用分布式基站单网交织冗余方案。     

铁路GSM-R网络无线小区覆盖分析

分析了GSM—R网络沿铁路线冗余覆盖方式,以及根据基站覆盖区边缘覆盖概率和基站覆盖区域内覆盖概率计算系统阴影衰落余量方法,根据GSM-R网络的特点提出覆盖半径的预算方法,以及重叠区域的长度和越区切换区域的位置选取方案,以保证列控业务要求的QoS指标及列控数据传输的可靠实现。     

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。     

CBTC越区切换中断时间分析

基于通信的列车控制(CBTC)系统采用IEEE802.11标准作为无线通信传输协议。根据IEEE802.11标准中规定的越区切换流程,采用移动通信系统越区切换中断时间的计算方法,推导出越区切换中断时间与列车运行速度的关系表达式。采用此关系表达式进行理论计算的结果显示,在发射功率为17 dBm,发射和接收天线增益均为10 dB,发射与接收端损耗均为5 dB的条件下,典型行车速度为50,70,90 km.h-1时,越区切换中断时间应分别控制在224,160和124 ms以内才能够保证通信持续正常。建立2列列车追踪运行模型,仿真不同越区切换中断时间的后车运行曲线。仿真结果显示:列车以25 m.s-1(90 km.h-1)的速度行驶时,越区切换中断时间在130 ms以内能够满足列车通信的需求;验证了CBTC越区切换中断时间与列车行驶速度的关系表达式是合理的。     

基于动态贝叶斯网络的CTCS3-300T列控车载系统运行可靠性及可用性评估

考虑运行过程、多状态性、动态失效及恢复机制等问题,基于动态贝叶斯网络对CTCS3-300T车载系统运行可靠性及可用性进行评估。在分析300T车载系统结构及可靠性框图的基础上,结合系统运行过程,实现动态贝叶斯网络的结构学习和参数学习。动态贝叶斯网络推理结果表明:300T车载系统具有高运行可靠度和可用度,系统失效后,能通过切换冗余开关迅速恢复系统功能;为提高系统可靠性和可用性,对系统功能模块的重要度顺序和导致系统失效的敏感性元件顺序进行了研究。研究结果表明:在系统运行阶段,对主系统和备系统进行定期切换,能有效提高运行可靠度;备用动车组可有效提高运行可用度。最后,通过中国铁路某集团有限公司300T车载系统现场维护数据验证本文分析结果的准确性和有效性。     

青藏铁路GSM-R网络切换过程的分析与研究

随着铁路信息化的发展，GSM-R数字移动通信系统即将在我国大规模应用。在铁路的高速运行环境下，保证有效可靠的切换是GSM-R网络的重要问题。根据青藏铁路的实际工程情况，总结了GSM-R网络切换过程的特点，同时对切换的2个重要问题，参数设置和切换异常，进行了分析，并根据信令流程得出异常定位的结论。     

GSM-R光纤直放站应用简要分析

研究目的:光纤直放站在GSM-R网络中的应用越来越广泛,如何合理应用光纤直放站,使之更好地为GSM-R网络服务,需要对光纤直放站的特性进行研究。研究方法:本文主要从理论上对光纤直放站上行噪声对基站的影响和时延限制等方面进行了简要分析,并对光纤直放站的工程应用提出了一些建议。研究结果:通过分析得出,每个基站所带光纤直放站不宜超出4个,否则将引起基站灵敏度的严重下降。基站和光纤直放站采用空间波覆盖时,光纤直放站宜采用单定向天线向远离基站的方向覆盖。在采用LCX的区段,由于时延限制,提高光纤直放站输出电平不能增加覆盖范围。另外,基站和光纤直放站之间的LCX最好不作断开。研究结论:光纤直放站在GSM-R工程中不仅需要考虑覆盖电平,更多的还要考虑上行噪声和时延方面     

GSM-R无线网络切换的关键指标研究

根据GSM-R无线网络切换的特点,对切换的几个关键技术指标进行重点分析,提出衡量GSM-R网络切换质量的几个关键指标,为网络优化提供关键参数。     

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。     

基于有色Petri网的CTCS-3级列控系统RBC切换的建模与形式化分析

在CTCS-3级列控系统中,车载设备在执行RBC切换过程中所用时间的长短和切换成功概率的大小,严重影响着列车的运行效率。本文利用有色Petri网对车载设备进行RBC切换的两种方式分别建模,模型中引入GSM-R故障模型和非周期消息模型,模拟在GSM-R网络中消息的传输过程和重发机制。研究结果表明:基于两部车载电台的RBC切换方式比基于一部车载电台的RBC切换方式所用时间更少,效率更高。列车速度、消息重发时间间隔都会影响列车执行RBC切换的时间。消息重发时间间隔和RBC重叠范围又会影响车载设备进行RBC切换的成功概率。     

无线闭塞中心切换问题分析

主要介绍了基于GSM-R网络的CTCS-3级中RBC切换过程,通过对比基于GSM—R网络的ITCS中的应用,找到CTCS-3级中RBC切换过程中的优势和劣势。     

GSM-R通信切换事件对CTCS-3级转CTCS-2级列控的影响

着重阐述GSM-R通信网络的切换事件对列车CTCS-3模式控车转CTCS-2模式控车的影响,分析切换失败的原因,并提出一些网络优化措施,减少直至杜绝因切换失败而导致列车CTCS-3模式转CTCS-2模式的发生,加强行车安全。     

GSM-R系统双层网参数分析

介绍了GSM—R系统小区重选和越区切换的几个网络参数，根据GSM—R双层网的特点和测试数据分析了GSM—R双层网网络参数设置的一些问题，提出了对双层网优先级的看法和网络参数设置的意见。