高鐵技術論文

　　隨著高鐵近些年的快速發(fā)展，其發(fā)車次數(shù)和運行速度上都較以前有了明顯的增大和的提升，下面是學習啦小編整理的高鐵技術論文，希望你能從中得到感悟!

　　高鐵技術論文篇一

　　高鐵LTE技術方案的應用

　　摘要：隨著高鐵近些年的快速發(fā)展，其發(fā)車次數(shù)和運行速度上都較以前有了明顯的增大和的提升，2014年7月1號我國實行了新的鐵路新運行圖，動車組列車已經(jīng)過半，高鐵出行的比例越來越高。因此，在高速的場景下為鐵路線上的用戶提供良好的通信服務，是移動通信規(guī)劃與優(yōu)化的重要工作，也是必須要解決的問題。

　　關鍵詞：LTE技術;方案應用

　　中圖分類號：O434文獻標識碼： A

　　前言：隨著高鐵近些年的快速發(fā)展，其發(fā)車次數(shù)和運行速度上都較以前有了明顯的增大和的提升，2014年7月1號我國實行了新的鐵路新運行圖，動車組列車已經(jīng)過半，高鐵出行的比例越來越高。因此，在高速的場景下為鐵路線上的用戶提供良好的通信服務，是移動通信規(guī)劃與優(yōu)化的重要工作，也是必須要解決的問題。

　　一、關鍵技術

　　電磁波在無線環(huán)境傳播中，接受電磁波的終端速度如果較快時，我們就要考慮高速移動時，電磁傳播對接受端的影響，這就是無線網(wǎng)規(guī)與網(wǎng)優(yōu)需要解決的問題，主要為以下幾點：

　　1傳播模型的選擇

　　選擇正確無線傳播模型，對無線網(wǎng)規(guī)至關重。通常使用經(jīng)驗的傳播模型來確定傳播特性，預測無線傳播中的損耗。實際應用時，需針對不同的網(wǎng)絡規(guī)模，對模型中的相關系數(shù)進行修正，以滿足相應的應用場景。

　　2終端的切換更頻繁

　　對于高鐵上的移動終端，小區(qū)的重選、切換相對是比較多的。但頻繁的切換會對正在做語音、下載等業(yè)務的用戶，在感知上會產(chǎn)生一定的影響，所以，必須要解決高速移動中小區(qū)頻繁切換問題，以保證高鐵上用戶的無縫移動性及QoS要求。

　　3明顯的多普勒頻移

　　多普勒頻移是高速場景下對LTE系統(tǒng)的最大影響之一。頻移是基站或手機的上、下行存在頻率偏差，使上、下行失真而不同步。從而出現(xiàn)干擾上行無線承載的接入請求，即接入成功率，以及小區(qū)間的切換成功率、接入用戶數(shù)和接收端電平值等問題。

　　二、 高鐵覆蓋分析

　　1無線傳播模型分析

　　Okumura-Hata傳播損耗模型是常用的經(jīng)驗傳播模型，經(jīng)過多年大量的實際應用，根據(jù)不同場景使用相應的修正參數(shù)，已適用于絕大部分常見的場景。作為無線網(wǎng)絡規(guī)劃的傳播模型工具，具有較好的準確性和實用性。COST231-Hata的數(shù)學表達形式為：

　　L=46.3+33.9logf-13.82loght-hr+(44.9-6.55loght)log d +CM [2]

　　天線

　　ht發(fā)射高度

　　用戶

　　d天線到用戶距離

　　hr 接受高度

　　地面

　　適用范圍：

　　f(頻率)在1500MHz到2000MHz之間;ht(發(fā)射有效天線高度)在30~200 m之間;hr(接收有效天線高度)在1 ~10 m之間;d的范圍在1~20Km之間。

　　COST-231Hata 路徑損耗計算的經(jīng)驗公式

　　L=46.3+33.9logf-13.82loght-hr+(44.9-6.55loght)log d +CM中，

　　L為路徑損耗;f為基站發(fā)射頻率;ht為基站高度;hr為用戶高度;d為基站天線到用戶的距離;CM為場景校正因子。

　　郊區(qū)場景(CM=0 dB)

　　L=46.3+33.9logf-13.82loght-hr+(44.9-6.55loght)log d

　　城市場景(CM=3 dB)

　　L=46.3+33.9logf-13.82loght-hr+(44.9-6.55loght)log d +3

　　本次通過對郊區(qū)、城市兩個場景無線信號傳播損耗的簡單介紹，反映出TD-LTE頻段無線信號不同的傳播特性。由此可見，傳播特性預測的準確性直接影響到網(wǎng)規(guī)的質量。因此，為了給后期無線網(wǎng)規(guī)與網(wǎng)優(yōu)奠定良好的基礎，必須要進行準確的無線傳播模型的分析。

　　2小區(qū)切換

　　在高鐵運行的環(huán)境下，列車上的用戶肯定存在頻繁重選與切換的事件，如今鐵路沿線的基站密度不如公網(wǎng)的基站密度大，當時速300km/h的列車經(jīng)過鐵路沿線時，其速度是83m/s，幾秒鐘就可以跑過一個基站，造成用戶短時間內多次的重選切換，如果后臺網(wǎng)管對門限設置過高，就很容易導致脫網(wǎng)、掉話等為題。因此，網(wǎng)絡優(yōu)化時要注意相關參數(shù)的修改，保證覆蓋的連續(xù)性，提升用戶感知度。

　　切換性能提升方案

　　針對高速移動造成的頻繁切換而出現(xiàn)接入、掉話甚至脫網(wǎng)的問題，優(yōu)化時應盡可能簡化切換關系。[1]

　　2.1、小區(qū)合并

　　小區(qū)合并是指在擴大鐵路沿線每個基站的覆蓋，延長每個小區(qū)駐留時間的基礎上，同時把單個基站的小區(qū)合為一個小區(qū)，即原來基站有2個或3個小區(qū)，現(xiàn)在三個合為一個小區(qū)，以及站與站之間對打的小區(qū)也合為一個小區(qū)，即兩個基站的小區(qū)使用相同的頻點與擾碼，合為一個小區(qū)，這樣保證的覆蓋的連續(xù)性，相比較就減少了切換的次數(shù)。

　　2.2小區(qū)分割

　　是指沿線的基站每個天線配相同的小區(qū)。可以用功分器一分二，分出兩個天線，但是天線需要保持足夠多的隔離度，覆蓋鐵路沿線不同的方向，與其他基站覆蓋方向交疊覆蓋。這樣，本基站之間的小區(qū)不會出現(xiàn)切換的問題，本基站與前方基站小區(qū)合并后，也不會出現(xiàn)切換問題。實現(xiàn)上述的條件是建立在對有限的頻點、擾碼資源合理規(guī)劃到相應的沿線基站小區(qū)之上的。

　　2.3、定向切換算法

　　定向切換算法針對用戶特定的鄰區(qū)關系，確定用戶下一個可能的切換小區(qū)，既簡化了鄰區(qū)關系，又縮短了手機選擇小區(qū)的時間，還可以節(jié)省手機的電量。因為定向切換是對終端鄰區(qū)列表的簡化，需要了解終端經(jīng)常駐留的小區(qū)，對能占用但不使用的小區(qū)進行篩選，這樣可以節(jié)省手機重選與切換的時間，也能節(jié)省有限的小區(qū)資源。對鐵路沿線居民、以及經(jīng)常通過此區(qū)間基站的乘客比較適合此法。

　　3多普勒效應

　　多普勒效應是波傳播時的一種現(xiàn)象，在高速電磁傳播場景下，多普勒的頻偏效應顯得更厲害。在移動通信中，LTE環(huán)境的多普勒頻偏可用公式表示為：fd=f/C*v*cosθ

　　其中：fd為多普勒頻偏;f為載波頻率;C為電磁波傳播速度;v是終端運動速度;θ為信號傳播方向和終端移動方向的夾角。

　　從公式看出，多普勒頻偏fd是載波頻率f的余玄函數(shù)，有以下特點：

　　3.1、多普勒頻率偏移與UE運動速度成正比，終端UE速度越高則頻偏越大;

　　3.2、當列車駛過基站后，多普勒頻偏由正向負的越變，將收到2倍的頻移;

　　3.3、終端在非共站址的兩個小區(qū)重疊覆蓋區(qū)域經(jīng)過時，需要同時接收到兩個小區(qū)的方向相反的大頻偏CRS信號;

　　多普勒頻偏函數(shù)圖為：

　　頻偏fd

　　2000f1

　　1500

　　1000 f2

　　500

　　0終端到基站距離d=vt

　　-500

　　-1000

　　-1500

　　-2000

　　針對此問題，為了抑制LTE在高速場景的多普勒頻偏，我們可以使用上行IRC(Interference Rejection Combining)干擾拒絕合并算法來抑制多普勒頻偏。

　　干擾拒絕合并算法是一種先進的干擾抑制算法,可以提高無線傳播系統(tǒng)中的信號接收質量,減少誤碼的產(chǎn)生,從而提高上行的業(yè)務質量。針對多普勒的頻偏，開啟IRC功能后,可以改善上行信號的接收質量,對話務的接入、保持以及切換都會得到改善。從頻率規(guī)劃角度來看,由于現(xiàn)在的網(wǎng)絡不斷的擴容,頻率復用愈加緊密。使用IRC后可以有效的降低多普勒頻偏帶來手機上行時的干擾,提高話音質量,增加上行的數(shù)據(jù)吞吐量和減少掉話。[3]

　　上述算法通過中國移動研究院實驗室驗證，經(jīng)測試驗證，高速移動算法滿足中國移動企標要求“當U E移動速率300k m/h時，采用糾偏算法后，上行接收性能下降不超過30%”

　　結束語

　　經(jīng)過上述對高鐵LTE相關技術方案的簡要分析，結合實際應用，對高鐵通信網(wǎng)絡進行規(guī)劃與優(yōu)化，將為高鐵通信交出一張優(yōu)良的網(wǎng)絡。

　　參考文獻

　　1陳晨,李長樂. 高速鐵路通信系統(tǒng)方案研究綜述[J]. 計算機工程與應用, 2010,46:24-26;

　　2 3GPP TS36.104 V9.0.0. Base station(BS)radio transmissionand reception. 2012,06

　　3劉艷娜.IRC功能的原理及應用中國移動河北有限公司廊坊分公司; 2013.07;

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