基于速度动态函的LTE-R越区切换优化算法

传统的LTE-R越区切换算法,采用固定切换迟滞门限和延迟触发时间的切换算法。但是当列车高速运行时,切换成功率明显下降,无法满足高速铁路无线通信系统对Qo S大于99.5%的要求。通过对切换流程、测量参数、控制参数的分析,提出一种基于速度动态函数的越区切换优化算法。该算法在低速、中速、高速3种列车运行状况下,更适宜高速铁路情景切换时机的选择。仿真结果表明:基于椭圆函数的LTE-R越区切换优化算法,既保证了列车在中高速运行时,越区切换成功率有着明显提升,又避免了列车在中低速运行时,乒乓切换事件频率过高。     

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。     

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。     

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。     

高速铁路移动通信TD-LTE切换算法研究

随着我国高速铁路的快速发展,铁路宽带移动通信技术LTE-R替代GSM-R已成为必然,LTE-R是国际铁路联盟确定的下一代宽带移动通信系统,它具有高速率、低时延、高移动和高安全性等特点。本文针对高速铁路无线通信环境的特点,在对TD-LTE切换过程中所涉及到的测量参数、滤波参数和控制参数等进行分析的基础上,提出了一种基于列车运行方向和行驶速度相结合的切换算法,并对改进后的切换算法进行了仿真和分析,得到最佳的切换参数组合,使得发生乒乓切换和链路连接失败的概率最小,从而有效地防止乒乓切换和掉话现象,提高了高速条件下的切换成功率。     

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.     

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。     

梯形高可靠列车通信网络冗余结构分析

文章构建了一种高可靠的列车通信网络梯形冗余结构的组网方案,分析了该网络的故障保护及冗余切换机制。针对梯形网络这种复杂列车通信网络,提出了一种基于K-端连通性检测简化的动态故障树分析方法,并利用二元决策图简化了故障树计算过程。文章提出的算法综合考虑了通信网络中系统结构、组件的动态修复情况以及拓扑结构对于网络可靠性的影响,简化了故障树模型建模和计算过程。文章采用提出的算法对梯形冗余网络可靠性结合具体算例进行了演算分析。计算表明该梯形冗余网络在相同情景下平均故障间隔时间比采用PRP延长1 513.32 h,比采用HSR延长5 034.61 h,可靠性明显提高。文章构建的组网方案以及提出的可靠性建模方法可为高可靠列车通信网络的网络结构设计与可靠性分析提供新思路。     

高速铁路动车段试车线列控系统设计方案研究

在目前尚未制订高速铁路动车段试车线列控系统技术标准的情况下,研究分析我国高速铁路动车段试车线动车组列控车载设备的测试需求,针对车载设备主要功能(包括列控模式切换、列控等级转换、临时限速、车载与RBC仿真系统建立连接和无线通信会话、RBC切换、轨道电路信息接收、应答器信息接收、自动过分相、测速测距、常用制动、紧急制动等)进行测试流程及试车场景设计,在此基础上研究试车线列控系统设备组成,提出高速铁路动车段试车线列控系统设计方案,达到动车组在试车线上往返运行一次即可实现对列控车载设备性能全面测试的目标。     

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。     

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。     

重载列车智能化操控系统车地实时通信方案研究与实现

为提高重载列车调度和运行的自动化水平,提高线路运输能力,基于朔黄线神华机车进行重载列车智能化操控系统和地面调度优化系统的车地实时通信方案研究,包括车地通信的接口安全性、车地通信机制和内容以及重载列车智能化操控系统对地面调度信息的处理,通过LTE-R 4G网络实现车地数据的实时安全交互,实现朔黄线车地设备报文实时自动交互功能,进一步提高朔黄线重载列车运行的准时性和节能性。