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。     

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。     

高速铁路场景大尺度传播模型与时频色散特性研究

随着高速铁路的快速发展,未来高速铁路无线通信系统要求同时支持列车控制、面向运行安全的在途检测数据传输以及旅客信息服务。无线信道是无线通信系统设计的基础,准确认知无线信道的传播特性是设计无线通信系统的前提条件。然而,现有高速铁路宽带信道传播特性的研究存在一定空白,无法为下一代高速铁路无线通信系统的设计提供足够参考。本文基于标准信道探测仪获取的测量数据,研究高速铁路信道的大尺度和小尺度衰落特性。统计路径损耗和阴影衰落参数,建立高速铁路典型场景的大尺度传播模型。根据提取的多径时延、多普勒和角度相关参数,探讨高架桥和U形槽场景的信道时间色散、频率色散以及空间色散特性。     

450MHz频段电波传播路径损耗模型的研究

高速铁路450MHz频段的无线覆盖是系统设计和建设的重点和难点。通过对电波大尺度传播模型的理论分析,结合我国高速铁路穿越复杂地形的实际特点,利用最小平方差估计法对高速铁路典型地形条件下450MHz频段电波传播进行建模。基于某客运专线试验段测试数据,分别对平原、路堑、桥梁、车站及丘陵等典型地形条件下的路径损耗指数n、标准差σ和相关系数γ进行统计,求解出上述五种地形条件下的电波传播模型,并对模型中参数的差异进行分析,最终建立高速铁路完整电波传播模型。     

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。     

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。     

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。     

高速铁路振动产生的噪声分析及防治措施

针对高速铁路行车速度造成噪声污染急剧增加的问题，从噪声控制理论出发，对高速铁路产生噪声对沿线环境的影响特点和干扰程度进行了分析，提出了控制轮轨噪声、列车整体噪声、隧道反射噪声以降低高速铁路噪声源，以及在线路两侧设置绿化带及防声屏障限制噪声的传播等措施，从而实现高速铁路对环境保护的要求。     

如何避免GSM-R无线通信系统对机场电磁干扰

以拟建合湛高速铁路经过遂溪机场的线路方案为例,对Longley-Rice不规则地形信道模型进行了简要介绍,仿真分析了该模型在不同传输距离和置信区间下信号的衰落情况。现场实测数据验证了Longley-Rice信道模型的准确性和合理性。结合仿真和实测结果,提出了GSM-R无线覆盖的解决方案,并且为铁路选线方案的优化提供了技术支撑。     

高速铁路车辆系统电磁兼容性能分析与测量

分析高速铁路车辆系统复杂的电磁环境,针对供电系统、列控车载设备(系统)、无线电通信与调度系统中存在的典型电磁干扰现象,分别对低压电源、速度传感器、无线通信设备的电磁兼容问题进行分析,提出相应的解决方法,为建立完善的高速铁路车辆系统电磁兼容标准提供依据。     

GSM-R无线通信网络指标评估体系研究

在分析高速列车系统对无线通信系统需求的基础上,阐述了在高速环境下对无线通信系统进行评估的意义和重要性。根据我国高速铁路特点及需求,提出我国GSM-R无线通信网络指标评估体系的分层模型及各层指标构成。探讨了评估流程,对指标映射以及评估结果分析中用到的主要成分分析、回归分析数学模型方法进行了介绍。     

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。     

高铁周边环境的空天光学遥感监测及特点分析

以地面监测排查为主的高速铁路（简称:高铁）周边安全保障工作存在效率低、人力消耗大等问题，空天光学遥感技术探测范围广、不受地理限制、多信息综合的优势为高铁周边环境监测工作提供了新思路。文章对基于空天光学遥感的高铁周边环境监测技术进行了分析，概述了空天光学遥感技术的概念与特点，重点介绍了无人机、浮空器、光学成像卫星3类遥感系统的技术特点与安全监测应用现状，并结合高铁周边环境治理需求，展望了空天光学遥感技术在高铁安全保障方面的应用前景。     

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。     

CTCS-3级无线通信网络设计中GIS与模型校正研究

GIS（Geographic information system,地理信息系统）近来常常应用在无线网络的规划和设计中,管理并处理有关的地理信息数据。从CTCS-3级列控系统无线网络的站址选择,传播模型选择及实施,场强测试分析,模型校正4个方面,研究了GIS在CTCS-3级列控系统无线网络设计中的应用。并针对铁路环境的特殊性,引入了一些新的方法,即根据传播环境特征选择对应的传播模型,基于传播环境分类校正传播模型,利用GIS发现无线覆盖盲区。结果表明,GIS几乎可以应用于CTCS-3级列控系统无线网络规划和优化的整个过程中。通过GIS的应用,可以大大提高CTCS-3级列控系统无线网络设计的效率和质量。     

基于Atoll的GSM-R无线场强覆盖仿真研究

铁路沿线的电磁环境日趋复杂,无线网络场强分布示意图已经成为各路局向北京铁路通信技术中心报审网络数据申请的必要材料。然而,目前主要的无线网络规划软件均未对铁路数字移动通信系统(GSM-R)仿真提供直接支持,无线网络场强分布示意图的制作存在一定的难度。本文将以GSM-R的理论特性为依据,通过论述Atoll软件中的三维电子地图模型信息导入、GSM-R网络参数配置、无线基站仿真参数设置、特殊区段无线仿真处理等关键性问题,提出一种GSM-R无线场强覆盖仿真方法。最后,结合国内某条高速客运专线的无线网络场强分布仿真结果,说明本文方法的合理性,并且验证该线路的无线网络设计方案具备理论可行性。     

单载波频域均衡技术用于增强地铁无线通信质量的研究

由于地铁隧道环境的特殊性,存在密集的反射和散射路径,而且列车的运动带来了信号的频移：通过实测数据,分析了地铁信道中的无线电波损耗,小尺度多径传播以及地铁隧道宽带信道统计模型,提出将频域均衡技术应用于地铁信道中,通过循环前缀的运用,频域均衡技术能够有效地抵抗多径带来的码间干扰,而且单载波技术对于多普勒频移敏感程度低于正交频分复用系统,仿真结果表明单载波频域均衡技术能够显著地提升地铁无线通信系统的性能。