高速铁路LTE-R改进切换算法的研究

针对高速铁路中LTE-R越区切换对切换时延和切换成功率的严格要求,以3GPP TS 23.401协议中的A3事件判决公式为基础,利用滤波中的测量周期Tm对触发时延进行计算,并结合列车的运行速度,对传统切换算法进行改进。通过对改进算法进行仿真,得到最佳切换参数。最后对两种算法采用相同的基站布置进行仿真比较,得出传统算法在列车运行速度超过205 km/h时,无法满足我国无线通信系统对越区切换成功率99.5%以上的要求,而改进后的算法在速度达到400 km/h时,切换成功率为99.6%,仍满足此要求。     

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。     

基于实时动态迟滞的LTE-R切换算法优化研究

现行的的LTE-R切换算法在进行切换时采用固定的切换迟滞,或者对列车速度进行分级,进而调节动态迟滞,只做到了"局部动态",这意味着确定更准确的切换触发点是一个关键问题。首先,为了切换方案的顺利提出,根据实际信道模型对LTE-R网络重叠覆盖区的过渡区段、切换区段的距离作了理论的推导;然后,为了提高高速环境下的切换成功率,优化系统性能,提出基于实时动态迟滞的越区切换优化算法,先利用乒乓切换率和链路失效率等指标得到不同速度下的切换迟滞值,之后利用最小二乘法得到列车速度与切换迟滞的最佳函数匹配。仿真结果表明,相比于现行的切换算法,改进算法具有更高的切换成功率,佐证了所提出的方案比现行方案能更有效地触发切换。     

GSM-R无线网络越区切换问题研究及案例分析

越区切换是保障高速列车车-地数据传输的重要基础,切换失败或异常切换在CTCS-3级线路中可能会引起无线超时甚至系统降级。本文通过简要介绍GSM-R无线网络越区切换的基本流程,阐述越区切换的测试方法,基于高速铁路综合检测列车的动态检测数据分析近年来切换成功率指标的变化趋势,指出造成越区切换故障的原因,并提出优化建议。     

基于SPN的LTE-R无线通信可靠性建模与分析

LTE-R是下一代高速铁路无线通信系统,开展对LTE-R通信可靠性的分析具有重要的现实意义。基于随机Petri网建立了LTE-R无线通信可靠性评价模型,采用TimeNET仿真工具对LTE-R可靠性进行了定量分析,并与朔黄重载铁路LTE-R线路实测结果进行了对比,验证了本文建立的LTE-R可靠性模型的有效性。结果表明,当列车运行速度在350 km/h时,LTE-R越区切换成功率为99.913 7%,高于GSM-R无线通信的QoS指标要求。最后得到了采用2.6 GHz高频段和800 MHz低频段的越区切换率都随着列车车速的增加而呈现下降趋势的结论。研究结果为列车提速及LTE-R演进提供了一定的理论参考依据。     

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。     

一种应用于高速铁路的GSM—R快速切换算法研究

研究目的:随着我国高速铁路和客运专线建设,GSM-R数字移动通信系统在我国铁路得到迅速发展,同时也带来一些亟待解决的问题.GSM-R的线状覆盖方式,使列车运行过程中越区切换频繁发生,切换性能对系统的服务质量和行车安全有很大的影响,尤其是高速列车对GSM-R系统越区切换提出更加严格的要求.为在高速环境下实现快速可靠切换,针对切换算法进行研究,提出一种快速切换算法,达到缩短切换时延,提高高速环境下跨MSC间越区切换的成功率的目标.研究结论:通过研究提出了一种适用于高速铁路环境下的新型快速切换算法.在理论上对该算法的实现方式和性能进行了分析,并与常规的切换算法在切换时延上进行了比较.结果表明本算法在缩短切换时延上具有一定的优势,特别在跨MSC切换时能减少约64%的时延.采用快速切换算法非常适用于高速环境,通过缩短切换时间,从而提高切换成功率,为移动通信系统提供更高的可靠性和有效性.     

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。     

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。     

城市轨道交通CBTC车地无线通信快速切换算法研究

基于通信的列车控制(CBTC)系统通过应用无线局域网(WLAN)进行车地无线传输.列车在高速行驶时不仅要求无线通信切换执行快速、而且要求切换判决迅速,本文通过分析传统WLAN越区切换在城市轨道交通上应用的瓶颈,在原有越区切换算法的基础上对其进行了优化.     

高速列车应急自走行辅助驾驶研究

当牵引供电网发生故障,高速列车应急自走行系统受车载储能装置容量限制,特别是在线路条件复杂时,如何操纵列车实现就近停车变得异常困难。为了解决高速列车应急自走行系统的速度曲线规划问题,进行了应急自走行辅助驾驶装置的功能设计和系统结构设计。根据列车应急运行的特点,设计了应急自走行优化算法。以CR400BF复兴号动车组列车运行于国内某高速铁路线路为例进行仿真,仿真结果表明,该装置可在能量受限的情况下规划列车自走行的运行速度曲线,与司机巡航驾驶相比实现了良好的节能性;同时,基于节能优化操纵策略,采用不同的牵引目标恒速速度进行仿真,仿真结果表明,根据线路条件选择合适的牵引目标恒速速度,对于车载储能装置容量受限的高速列车应急自走行驾驶具有重要的指导意义。     

隧道内移动通信越区切换区域设置方案的比较研究

研究目的：针对我国城市轨道交通和铁路客运专线移动通信的越区切换位置存在的诸多问题，对隧道内移动通信切换区域的各种设置方案进行研究，为我国城市轨道交通和铁路无线通信网络规划和优化方案提供依据和参考。研究方法：通过对不同切换区域设置方案的分析，结合铁路移动通信技术的发展，从工程经济性、实施性、可靠性等不同方面进行多方案的比选研究。研究结果：提出了不同速度等级的铁路隧道内设置移动通信信号切换区域的几种方案，并对相应的方案做了分析比较。研究结论：隧道内移动通信信号切换区域的设置不仅受物体移动速度和切换时间的制约，还受高速移动带来的信号快衰落及不同制式移动通信系统切换机制的影响。     

基于改进遗传算法的高速列车节能优化研究

为有效降低列车运行能耗,针对高速列车行进过程中的能耗优化问题,讨论了列车运行阻力的计算及列车停车点的设置,以此建立以列车能耗最小为优化目标的列车运行优化模型,提出3代逼近搜索的引导机制,改进了传统遗传算法中的算子,同时引入逆转算子提高算法求解能力。以CRH380B型高速列车和合福高铁(合肥—福州)数据为基础进行仿真,列车运行能耗降低了10.7%。仿真结果表明,提出的改进遗传优化算法在高速列车行进过程中,满足列车运行准时性和安全性,且能够有效降低运行能耗。     

基于改进MH算法的高铁ATO运行操纵多目标优化研究

在高速列车运行过程中,运行环境变化将对ATO提出更高的计算要求,ATO既要满足实时计算又要满足运行操纵多目标优化。针对该问题提出一种改进MH算法计算列车运行操纵序列。在原有MH算法基础上,对算法计算频率与寻优目标函数进行改进,提出随机惯性权重粒子群算法与司机驾驶逻辑相结合的方式计算运行操纵序列,通过选取合理的计算间隔时间使得算法性能最佳。以武广高铁85km线路仿真高铁自动驾驶,改进MH算法中随机惯性权重粒子群算法的收敛速度优于原算法。仿真结果表明:改进MH算法在列车运行准点性和停车精度方面得到提升,为ATO在线计算提供思路。     

基于KH算法的高速列车ATO控制策略优化研究

针对传统高速列车自动驾驶(ATO)控制策略优化时简化线路参数、列车牵引计算采用单质点模型等问题,将列车通过牵引供电分相区断电惰行纳入运行工况,建立动车组多质点模型。在满足列车运行图固定运行时间条件下,以能耗、准点性、停车准确性及舒适性为指标建立高速列车ATO控制策略优化模型。利用磷虾群(KH)算法对高速列车ATO控制策略进行优化。以兰新高速铁路某区间线路数据为例,仿真测试表明KH算法可以在较少的迭代次数下获得较粒子群算法更优的ATO控制策略,且列车过分相区断电惰行会对优化结果产生影响,验证了所提算法在优化高速列车ATO控制策略中的优越性及将列车过分相区断电惰行纳入运行工况的合理性。     

基于SIMPACK的缓和曲线段高速行车动力响应分析

高速铁路列车运行时的安全性、舒适度以及轮轨动力特性与缓和曲线的线型、长度具有较高的相关度。采用动力学分析软件SIMPACK建立高速铁路车线系统模型,在考虑高速铁路存在轨面不平顺的情况下,引入低干扰谱,研究缓和曲线线型及长度对高速列车运行时各主要评价指标的影响。研究表明,对于300 km/h以上的高速列车,当曲线半径达到7 000 m及以上,缓和曲线达到一定长度时,采用三次抛物线型缓和曲线与半波正弦型相比差别不大,均能满足行车安全需求。     

列车振动荷载作用下高速铁路近距地铁平行隧道的动力响应特性分析

为研究高铁列车和地铁列车同向以不同速度行驶时的振动对高铁隧道衬砌结构的影响,采用模拟的列车振动荷载,在铁轨上施加对轮轴的模拟振动荷载并考虑列车速度来研究同向列车振动荷载下高铁隧道衬砌的动力响应特性。结果表明:在同向行驶的列车振动荷载作用下,对于隧道特定监测点而言,存在一个列车行驶振动响应的影响区,列车行驶至该监测点时,其振动响应最大;高铁隧道中部横断面衬砌振动响应从上到下逐渐增大,拱脚、拱底竖向应力幅值分别为拱腰的1.63、2.26倍,加速度最大幅值分别为拱腰的1.21、1.29倍。