高鐵新技術(shù)論文
高鐵新技術(shù)論文
高鐵(high-speed rail)主要指最高運(yùn)營(yíng)速度大于(200，250，300因標(biāo)準(zhǔn)不同而不同)的鐵路，主要是鐵路的速度屬性; 下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的高鐵新技術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!
高鐵新技術(shù)論文篇一
TD―LTE4G技術(shù)在高鐵通信系統(tǒng)中的展望
摘 要：隨著通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的GSM-R鐵路通信系統(tǒng)越來越不能滿足當(dāng)代高速鐵路的通信需求。GSM-R系統(tǒng)正面臨著信號(hào)穩(wěn)定性差，抗干擾能力弱以及數(shù)據(jù)傳輸安全性的問題。本文通過探討TD-LTE 制式下的4G技術(shù)特點(diǎn)，并分析相關(guān)參數(shù)，對(duì)4G技術(shù)運(yùn)用在高鐵通信系統(tǒng)作可行性展望。
關(guān)鍵詞：GSM-R系統(tǒng);高速鐵路;4G技術(shù);鐵路移動(dòng)通信
一、引言
GSM-R系統(tǒng)是專門為鐵路通信設(shè)計(jì)的綜合專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。屬于專用移動(dòng)通信的一種，專用于鐵路的日常運(yùn)營(yíng)管理。它在高級(jí)語音呼叫功能和強(qiáng)拆業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，加入了基于位置尋址和功能尋址等功能，適用于鐵路通信特別是鐵路專用調(diào)度通信的需要。
然而，在經(jīng)過了全國(guó)鐵路大提速之后，GSM-R的通信問題開始暴露。特別是當(dāng)列車時(shí)速超過140 km/h后采用GSM信號(hào)，會(huì)降低通信質(zhì)量，提高誤碼率。甚至當(dāng)服務(wù)質(zhì)量達(dá)到最低閾值時(shí)，有關(guān)的數(shù)據(jù)將被中斷，從而導(dǎo)致列車不必要的停車或減速。
(一)GSM-R通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介
GSM-R采用900MHz工作頻段，885MHz～889MHz(移動(dòng)臺(tái)發(fā)，基站收)、930MHz～934MHz(基站發(fā)，移動(dòng)臺(tái)收);共4MHz頻率帶寬;雙工收發(fā)頻率間隔45MHz，相鄰頻道間隔為200kHz。共有21個(gè)載頻。實(shí)際可用頻道19個(gè)。
GSM-R系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)、基站子系統(tǒng)(BSS)、運(yùn)行和業(yè)務(wù)支撐子系統(tǒng)(OSS/BSS)和終端設(shè)備等四個(gè)部分。其中，網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)包括移動(dòng)交換子系統(tǒng)(SSS)、移動(dòng)智能網(wǎng)(IN)子系統(tǒng)和通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)子系統(tǒng)。GSM-R通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1GSM-R通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
(二)GSM-R技術(shù)與GSM的區(qū)別
在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方面，GSM公眾移動(dòng)通信網(wǎng)的建網(wǎng)目的是在保證用戶滿意度的前提下，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)投資。而專用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是保證行業(yè)生產(chǎn)的安全可靠性，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不僅要考慮經(jīng)濟(jì)效益，還要注重網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性。
GSM-R與GSM總的區(qū)別沒有多大，但有一點(diǎn)要明確的是，GSM-R是鐵路通信專網(wǎng)，對(duì)于安全有很高的要求。而GSM是公網(wǎng)，主要是解決容量和覆蓋質(zhì)量問題。
(三)GSM-R系統(tǒng)的缺點(diǎn)
由于GSM-R采取了和GSM相似的制式，所以存在以下缺陷。
1、系統(tǒng)容量有限。不能從根本上解決目前用戶數(shù)量急增與頻率資源有限之間的矛盾。
2、編碼質(zhì)量不夠高。GSM-R系統(tǒng)的編碼速度為13 kb/s，這種質(zhì)量很難達(dá)到有線電話的質(zhì)量水平。
3、終端接入速率有限。GSM-R系統(tǒng)的業(yè)務(wù)綜合能力較高， 能進(jìn)行數(shù)據(jù)和話音的綜合， 但終端接入速率有限。
4、切換功能較差。GSM-R系統(tǒng)軟切換功能較差，因而容易掉話，影響服務(wù)質(zhì)量。
5、漫游能力有限。GSM-R系統(tǒng)還不能實(shí)現(xiàn)真正的國(guó)際漫游功能。
二、4G技術(shù)在高鐵通信中的應(yīng)用
(一)高鐵通信面臨的挑戰(zhàn)
根據(jù)未來高鐵的發(fā)展趨勢(shì)，高鐵覆蓋方案應(yīng)該能滿足350km/h以上速度。根據(jù)建成后的京津高鐵GSM-R專用通信網(wǎng)推斷，高鐵覆蓋方案在最短發(fā)車間隔狀態(tài)下應(yīng)該滿足300名左右旅客的話務(wù)量需求，網(wǎng)絡(luò)接通率超過95%，覆蓋率為99.5%。因此高速列車場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面臨以下挑戰(zhàn)。
1、車體穿透損耗大。高速列車采用密閉式廂體設(shè)計(jì)，增大了車體損耗。
2、多普勒頻偏。高速覆蓋場(chǎng)景對(duì)FDD LTE系統(tǒng)性能影響最大的是多普勒效應(yīng)。
3、高速影響性能。在UE(用戶設(shè)備)高速場(chǎng)景下，對(duì)切換的性能會(huì)有較大的影響。會(huì)造成用戶的QoS下降甚至掉話。
4、公網(wǎng)和高鐵覆蓋專網(wǎng)相互影響。專網(wǎng)和公網(wǎng)之間應(yīng)避免形成空洞和過度重疊覆蓋，特別要避免大網(wǎng)站點(diǎn)越過高鐵軌道進(jìn)行覆蓋。
(二)4G技術(shù)簡(jiǎn)介
4G指的是第四代移動(dòng)通信技術(shù)，該技術(shù)包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式。4G是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbps以上的速度下載并能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無線服務(wù)的要求。
不同覆蓋面積移動(dòng)性與速率對(duì)比如圖2所示。
圖2 2g，3g，4g覆蓋面積移動(dòng)性與速率對(duì)比
(三)4G技術(shù)特點(diǎn)
1、多網(wǎng)絡(luò)融合。多種無線通信技術(shù)系統(tǒng)共存。可以采用多種無線接入方式，比如IEEE802.11，WCDMA， Bluetooth，HyperLAN等。
2、用戶容量更大。容量至少為3G系統(tǒng)的10倍。4G系統(tǒng)的頻譜效率應(yīng)當(dāng)為3G系統(tǒng)的5到10倍。
3、無縫的全球覆蓋。用戶可在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)使用無線網(wǎng)絡(luò)。4G系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)間的無縫漫游，并實(shí)現(xiàn)高速移動(dòng)中系統(tǒng)間切換和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
4、帶寬更寬。更高的單位信道帶寬和頻譜傳輸效率。
5、智能靈活性。用戶的無線網(wǎng)絡(luò)可以通過其他網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展其應(yīng)用業(yè)務(wù)，自適應(yīng)地變換不同信道。
6、兼容性。兼容多種制式的通訊協(xié)議和終端應(yīng)用環(huán)境，及各種終端硬件設(shè)備。4G系統(tǒng)兼容性如圖3所示。
圖3 4G兼容性示意圖
三、LTE高鐵覆蓋解決方案
針對(duì)高鐵覆蓋所面臨的大頻偏、頻繁切換等技術(shù)難點(diǎn)，中興通訊提供專業(yè)的LTE高鐵覆蓋方案。
1、自適應(yīng)頻偏校正算法。對(duì)于列車時(shí)速高達(dá)300km/h的場(chǎng)景而言，如果頻偏跟蹤速度太慢，會(huì)導(dǎo)致性能嚴(yán)重惡化。自適應(yīng)頻偏校正算法能在基帶層面實(shí)時(shí)檢測(cè)出當(dāng)前子幀頻率偏移的相關(guān)信息，對(duì)頻偏造成的基帶信號(hào)相位偏移予以校正，提升基帶性能解調(diào)。
2、單小區(qū)多RRU級(jí)聯(lián)技術(shù)。首創(chuàng)的SDR平臺(tái)，設(shè)備體積小、重量輕，功耗低，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。BBU+RRU技術(shù)，可以將多個(gè)RRU 組網(wǎng)，利用基帶合并技術(shù)組合到一個(gè)小區(qū)內(nèi)，有利于增加覆蓋信號(hào)強(qiáng)度。
3、公網(wǎng)和專網(wǎng)的切換原則。要重點(diǎn)考慮公網(wǎng)和專網(wǎng)的切換原則和對(duì)應(yīng)關(guān)系，保證公網(wǎng)用戶順利切入高鐵專網(wǎng)，并保證離開站臺(tái)時(shí)，避免發(fā)生乒乓位置更新。
4G技術(shù)運(yùn)用于高鐵通訊系統(tǒng)的模擬圖如圖4所示。
圖4 4G運(yùn)用于高鐵通信系統(tǒng)的模擬圖
四、結(jié)束語
使用全新的4G技術(shù)替代GSM-R可以提供多運(yùn)營(yíng)商接入，減少建站成本。鐵路沿線部署一套TD-LTE無線回傳網(wǎng)絡(luò)，減少站點(diǎn)投資，同時(shí)現(xiàn)低成本快速建網(wǎng)。領(lǐng)先的SDR基站系列產(chǎn)品，支持上行30Mbps和下行100Mbps的傳輸速率，覆蓋廣，保障回傳網(wǎng)的低成本建網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)。良好的車內(nèi)無線通信環(huán)境，通信質(zhì)量得到大幅提升。利用車載臺(tái)和外置車載天線進(jìn)行發(fā)射和接收，保證了車廂內(nèi)部信號(hào)強(qiáng)度，改善無線通信環(huán)境。車廂內(nèi)部采用泄露線纜進(jìn)行分布式覆蓋，保證無線信號(hào)覆蓋均勻、穩(wěn)定。先進(jìn)的頻偏補(bǔ)償算法支持速度不小于350km/h的頻率偏差，能克服大于2000Hz的頻偏。優(yōu)化小區(qū)切換、重選參數(shù)，簡(jiǎn)化呼叫、切換流程，優(yōu)化鄰區(qū)配置，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無縫覆蓋，保障切換成功率。本文在重點(diǎn)探討了4G技術(shù)的特點(diǎn)和性能后發(fā)現(xiàn)，4G通信系統(tǒng)應(yīng)用于高速鐵路通信系統(tǒng)存在理論上的可行性。
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