基于云平台的铁路无线电信号DOA跟踪算法

在高速铁路场景下,准确估计和跟踪无线电信号的波达方向(Direction of Arrival, DOA)能够有效提升无线通信服务质量.然而,高速移动的无线信道具有快速时变特性,对信号处理的速度和准确性提出了更高的挑战.针对传统的基于信号子空间的DOA估计算法,由于巨大的计算量而无法应用于高速铁路快速时变系统中进行DOA跟踪的问题,提出了基于卡尔曼滤波和正交压缩近似投影子空间跟踪(Kalman Filter-Orthonormal Projection Approximation and Subspace Tracking of deflation, K-OPASTd)的DOA算法.首先,搭建基于云平台的铁路信号动态测向系统;然后,建立列车接收信号模型,提出K-OPASTd算法对DOA进行动态跟踪;最后,将本文提出的算法与OPASTd算法所得到的估计角度的均方根误差进行仿真对比实验.研究结果表明:信噪比均为10dB时,本文所提算法的均方根误差比OPASTd算法低约60%;阵元均为20时,K-OPASTd算法的均方根误差比OPASTd算法低约80%.

基于Dinkelbach-Quadratic算法的高速铁路通信能效优化功率分配研究

为了提高高速铁路通信能量效率,提出一种基于Dinkelbach-Quadratic变换的迭代算法来解决高速铁路通信下行链路的功率分配问题。通过在小区内部署远程天线单元构建高速铁路通信分布式天线系统模型,基于完美信道状态信息(CSI)和列车内接入点反馈的最小速率要求建立能效优化模型;基于所建立的非凸优化模型,采用Dinkelbach变换将分数形式的非线性规划问题转换为求差形式;利用Quadratic变换特性对目标函数进一步展开;采用交替迭代的方法完成能效最优的功率分配。仿真结果表明:所提算法在满足最小传输速率和最大发射功率的同时,可以兼顾系统能量效率和频谱效率;随着发射天线数量和接收中继数量的增加,系统性能也有明显提升,相比传统算法系统的能效和频谱效率至少提升5%。

高速铁路长大隧道GSM-R网络冗余组网方案分析

高速铁路长大隧道需要按照GSM-R冗余组网方案进行覆盖。目前GSM-R网络可采用数字直放站与分布式基站作为数字中继设备,两种设备均有多种组网方案。从故障应对能力、载频利用率、建设成本等多个角度开展分析,对比多种高速铁路隧道内GSM-R数字中继设备冗余组网方案,提出各种方案的适用范围和性能优劣。

基于PER-DDPG算法的城市轨道交通越区切换研究

针对传统IEEE802.11越区切换方式存在较高的切换延时以及乒乓切换等问题,提出深度强化学习(Deep Q-Network,DQN)越区切换算法。通过对列车运行的特征状态信息进行提取输入,考虑列车运行速度及场强、切换阈值等动态信息构建越区切换模型。同时针对算法时间成本复杂度及稳定性,采用优先经验回放深度确定性策略梯度(Prioritized Experience Replay-Deep Deterministic Policy Gradient,PER-DDPG)算法,将列车状态空间信息传输至PER-DDPG网络中进行优化分析。结果表明基于PER-DDPG算法优化后的列车越区切换模型使用该算法时间计算成本降低,数据包传输延时约降低55%。

高铁站台区“北斗+5G”列车融合定位方案探讨

以北斗卫星导航定位为核心、融合多种定位方式的列车定位技术是现阶段研究的重点之一。针对高铁站台区域由于雨棚等构筑物遮挡影响卫星定位精度的现状问题,探讨采用“北斗+5G”融合定位技术方案的可行性,在试验环境(模拟站台环境)下验证5G定位技术的精度,并提出北斗定位与5G定位数据融合算法,为提升列车定位精度提供新的解决方案。

高速铁路通信系统小区合并组网性能研究

为提高高铁应用场景下的无线通信速率,通信系统需向铁路5G专用移动通信系统(5G-R)演进,但5G-R系统的同频组网会带来频繁的小区切换和同频干扰问题,采用单频网(SFN)小区合并的组网方式是解决该问题的方法之一。为了进一步提升SFN系统的性能表现,在基站端和列车端进行天线分布式部署,构成分布式多输入多输出(MIMO)系统。为分析分布式天线部署对于SFN小区合并性能的影响,首先建立MIMO系统结构和传输模型;其次,建立可以描述列车高速移动时大尺度衰落和小尺度衰落的信道模型;最后,仿真分析系统容量和功率分配对分布式MIMO系统容量的影响。仿真结果表明,分布式MIMO系统比SFN系统在系统容量和小区覆盖方面具有更好的表现,且对信道环境的变化有更好的稳定性,并可以通过优化功率分配的方式进一步提高系统容量。

C3接口监测系统在高速铁路维护中的运用

无线连接超时是影响CTCS-3列控系统安全平稳工作的重要问题,CTCS-3通信接口监测系统是维护铁路移动通信系统GSM-R网络安全工作与稳定性的最主要措施。简要研究CTCS-3无线通信超时的问题,根据日常接口监测系统对无线通信超时问题进行数据分析,总结无线网络超时的原因过程。

基于SDN的应急融合通信网络设计与实现

铁路应急通信网络由于涉及业务多、技术种类多,在实现快速搭建的问题上面临比较大的挑战。如何实现应急通信网络的快速搭建,同时满足多种业务、多场景下的不同需求,保证通信网络的稳定性与有效性成为一个值得关注的研究话题。软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)提出的控制层与数据层分离的新思想为研究提供新的方向。提出在应急通信中引入SDN技术,构建基于SDN的融合应急通信网络,实现网络的集中控制、状态感知、按需路由等相关功能,提高网络的稳定性与效率。

铁路5G-R综合数据传输平台及安全策略研究

5G-R是铁路下一代移动通信系统的主要制式,可以为智能铁路业务提供高可靠宽带数据传输服务。针对5G-R网络的承载需求,提出一种综合数据传输平台,实现不同数据类业务系统的统一接入,使用软件定义网络技术实现动态路由选择和高效数据转发。基于共享密钥的轻量化接入认证技术,对移动终端和网络侧设备进行双向身份认证,在应用域实现异构终端合法性校验。

基于5G-R的CTCS3-300H型列控车载设备车地无线通信冗余技术方案

随着铁路移动通信由GSM-R向5G-R演进,基于GSM-R的CTCS-3级列控系统车地无线通信技术面临更新替代的问题。根据近年来5G-R承载CTCS-3级列控系统车地无线通信业务研究取得的成果,为充分利用5G-R的优势,将5G-R下CTCS-3级列控系统车地无线通信由单链路改为双链路冗余技术。以CTCS3-300H型列控车载设备为研究对象,分析车地无线通信冗余技术的适应性,研究车地无线通信的系统架构,以及不同网络制式下的移交方案等,提出适合于CTCS3-300H型列控车载设备的车地无线通信冗余技术实现方案。研究成果为CTCS-3级列控系统在5G-R下实现车地无线通信冗余技术提供思路和借鉴。

高速铁路无线通信公专网融合设计要点

移动互联网的高速发展和智能手机的普及,广大旅客对公众移动通信网络的覆盖需求越来越高。根据铁路相关规划,高速铁路专用无线通信系统将由GSM-R向5G-R演进。在铁路施工图设计阶段,根据专网GSM-R、5G-R和公网各系统的特点、设计内容和不同的覆盖目标,提出在区间路基和桥梁区域、隧道区域和车站站房区域合理预留用地、漏缆位置、设备洞室、过轨、电力供电、车站机房及配套设施等资源,以满足各系统的覆盖需求。

450 MHz无线列调动态检测系统优化设计方案研究

在国家现有450~470 MHz频段的相关政策下,对450 MHz无线列调通信系统运用现状和既有存量设备开展动态检测的必要性进行说明。介绍450 MHz无线列调系统和无线场强动态检测启控方式后,对无线列调系统动态检测开展方式进行研究,提出一种450 MHz无线列调动态检测系统,并针对现有场强控发机制弊端,对检测系统给出一些优化建议。

铁路长大隧道5G-R系统覆盖方案

由于5G-R系统BBU连接RRU数量以及BBU与RRU之间的光纤拉远距离均有所限制,考虑到长大隧道施工及维护不便,在隧道内不设置BBU的情况下,长大隧道内5G-R覆盖方案值得重点研究。通过对各5G-R系统设备厂家进行调研,结合5G-R已发布的技术条件,首先对5G-R基站特点及组网方式进行分析,其次对5G-R隧道链路预算进行研究,提出隧道内5G-R RRU的设置间距;最后,结合不同长度的长大隧道场景,在隧道内不设置BBU设备的情况下,提出不同长度隧道下的5G-R的覆盖方案建议。

基于CTCS-N列控系统的双电台冗余控制方法研究与设计

现有的CTCS列控系统大多采用单电台单连接方式实现与核心网的无线连接方案,不能有效保证无线连接的高可靠性和降低系统故障率。设计方案不仅可实现对CTCS列控系统双电台的冗余控制,当在用电台故障时,车载单元会自动选择备用电台重新建立与地面设备安全无线连接,从而保证列控系统的车载设备和地面设备无线通信快速恢复。而且在用电台可同时与多个设备建立多个安全无线连接,大大提高CTCS列控系统的安全性、可靠性、容错性。双电台切换过程虽有一定的时延,但对车载设备和地面设备的无线通信的影响较小。因此在列控系统的未来发展中,双电台冗余控制将成为未来新型列控系统的发展趋势。

上海市域铁路信号系统时钟同步方案探讨

为保障市域铁路信号系统物理时钟或逻辑时钟的一致性,提升时间回溯的可靠性,以上海市域铁路为研究对象,分析目前上海市域铁路的背景,介绍目前现有的时钟同步技术和主流的信号时钟同步方案。通过分析和总结,采纳各方案的优势,提出一套适用于上海市域铁路的时钟同步方案,并对该方案的各子系统进行详细描述。

城市轨道交通无线通信系统的共线运营研究

为满足城市轨道交通无线通信系统共线运营需求,从政策、线路特点、运营模式、建设时序等角度,对影响无线通信系统实现共线运营的因素进行分析。以实现大连地铁1号线和5号线共线运营为例,通过分析既有不同无线通信技术制式的实际情况,提出采用TETRA、LTE-M和改变运营模式3种方案,并从技术可行性、运营难度和建设成本等方面,进行深入剖析,进而总结出适用于不同城市的无线通信系统共线运营研究方法。通过对比论证得出:在两线采用不同通信技术制式的情况下,宜采用满足互联互通需求的LTE-M作为共线运营的技术制式;在新建线采用LTE-M、既有线路实施大修改造前,两线通过设置双车载、双地面设备满足无线通信系统共线运营的需求;在新建线采用LTE-M、既有线路实施大修改造后,两线通过实现LTE中心设备的互联互通,满足无线通信系统共线运营需求。本研究结果为两线在不同技术制式下实现无线通信系统共线运营提供了建设方案和研究方法。

温玉铁路交叉并线区段GSM-R网络方案研究

温岭—玉环铁路在温岭站附近与甬台温线、杭绍台动走线存在交叉并线区段,在温岭线路所附近与甬台温线、杭绍台线、甬台温至杭绍台上/下行联络线存在交叉并线区段。首先,根据温玉铁路设计标准确定GSM-R网络采用单网交织覆盖方式,分别从设计原则、网络覆盖方式及电平要求、重叠覆盖区及时延计算等方面进行分析;其次,对交叉并线区段的GSM-R系统网络覆盖方案进行研究,深入比较不同GSM-R系统网络覆盖设计方案的优缺点,从不同铁路列控等级、交叉并线区段路网类型两方面进行对比,分别为温岭站、温岭线路所交叉并线区段制定出详细设计方案;最后,通过专用仿真软件对基站覆盖有效电平、基站覆盖重叠区域进行模拟仿真。仿真结果表明,交叉并线区段GSM-R网络覆盖电平满足在95%的地点和时间统计概率下,接收机输入端最小可用接收电平不小于-92 dBm的要求,为确定类似铁路区段GSM-R网络方案提供借鉴。

有轨电车LTE-M系统抗干扰及互联互通方案研究

基于有轨电车车地无线通信技术的发展情况和技术需求,通过LTE-M与WLAN技术对比分析,总结LTE-M技术在有轨电车中的应用优势。以广州黄埔区有轨电车1号线无线通信系统为例,聚焦工程建设期和运营期内LTE-M系统受干扰问题,从频率规划、杂波干扰、漏缆防泄等方面提出相关的应对措施;以重庆地铁4号线基于通信的列车运行控制系统(CBTC)互联互通的成功案例为背景展开分析,论述采用统一的通信协议对实现互联互通运行的必要性,进一步阐明不同供应商LTE系统设备实现互联互通需统一的关键接口和协议,为未来的有轨电车LTE系统建设提供参考思路。

5G-R核心网容灾组网方案与技术分析

为规范核心网组网要求,明确设备技术要求,文章在分析5G-R核心网容灾组网构成以及需求的基础上,提出具体的核心网容灾组网规划方案,同时对应用的关键技术进行详细概括,以期为相关人员提供参考。

基于LTE-M的下一代列控数据通信系统设计与可用性评估

相对于传统的基于通信的列车运行控制系统(communication based train control,CBTC),下一代列控系统将具有架构可靠、速率快、成本低以及服务质量高等优点,且数据通信系统的可用性能够保障列车的安全和高效运行。面向下一代列控系统,首先设计基于LTE-M(long term evolution-metro,LTE-M)的通信系统结构;然后针对下一代列控系统典型场景,利用确定与随机Petri网(deterministic and stochastic petri nets,DSPN)进行可用性建模,最后进行模型求解和可用性评估。仿真结果显示,基于LTE-M的下一代列控数据通信系统能够满足实际通信需求,其可用性分析方法可以完成数据通信系统的可用性建模与评估。