高速鐵路移動通信系統(tǒng)性能分析論文

Word第第頁高速鐵路移動通信系統(tǒng)性能分析論文近年來，我國高速鐵路快速進(jìn)展，為地區(qū)經(jīng)濟(jì)進(jìn)展和改善人們的交通出行條件做出了突出的奉獻(xiàn)。高速鐵路的正常運行離不開移動通信系統(tǒng)的支持，通過移動通信系統(tǒng)，實現(xiàn)高速鐵路和運營部門之間的數(shù)據(jù)通信。同時隨著各種現(xiàn)代化移動通信技術(shù)越來越成熟，移動通信相關(guān)的產(chǎn)品在高速鐵路中的應(yīng)用越來越普遍。

一、移動通信系統(tǒng)在高速鐵路中應(yīng)用狀況的進(jìn)展

高速鐵路移動通信系統(tǒng)有兩種無線掩蓋方式，分別為雙層蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和蜂窩/信息站混合架構(gòu)掩蓋。雙層蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，其中一層為主用網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)通信鏈路，另一層為備份網(wǎng)絡(luò)〔該層網(wǎng)絡(luò)具有更低的切換門限〕；對于蜂窩/信息站混合掩蓋架構(gòu)而言，蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基站與信息站通過有線方式與骨干網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容服務(wù)器相連，蜂窩網(wǎng)絡(luò)用來給接入用戶供應(yīng)無縫的無線掩蓋，用來接收用戶的服務(wù)懇求，而信息站則在用戶信道狀態(tài)良好時，用來給用戶發(fā)送懇求的業(yè)務(wù)，但是其卻沒有無縫掩蓋保證。對于兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)而言，高速鐵路系統(tǒng)在鐵路沿線均釆用鏈狀掩蓋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)列車從一個基站向相鄰基站行駛時，平均接收信噪比呈周期性改變，當(dāng)移動臺從目標(biāo)基站接收到信噪比高于從當(dāng)前基站接收到的信噪比加上切換閾值時，將發(fā)生越區(qū)切換，移動臺將連接至目標(biāo)基站。

二、當(dāng)前高速鐵路移動通信系統(tǒng)性能

我國的通信行業(yè)已經(jīng)進(jìn)展的較為快速，人們更加注意的是系統(tǒng)的性能，通過對高速鐵路移動通信系統(tǒng)性能的討論，來計算整個移動網(wǎng)絡(luò)對通信的承載狀況。移動網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)展史還是在近期開頭的，它的根基不是很穩(wěn)，進(jìn)展的速度也不夠快，所以在進(jìn)展的過程中總是遇到瓶頸，所以不得不通過理論討論的方式來對移動通信的各種指標(biāo)進(jìn)行測定，例如傳輸速度等指標(biāo)，對這些指標(biāo)進(jìn)行討論后可以更快的發(fā)覺通信系統(tǒng)性能上的缺乏。發(fā)覺性能上的缺乏后，才可以針對這些缺乏進(jìn)行改良，使通信系統(tǒng)有大幅度的進(jìn)步。移動通信系統(tǒng)的性能之一是傳輸干擾性能，這獨特能更大的作用是推斷分析通信系統(tǒng)對鐵路的牢靠平安性。下面主要是針對傳輸干擾的性能進(jìn)行分析。鐵路通信中斷是造成通信系統(tǒng)傳輸干擾的最直接緣由，一般產(chǎn)生中斷的緣由和種類許多：一是，信道改變速度快，衰落速度也快，計算機是需要進(jìn)行解碼的，但是由于信道的衰落速度、改變都很快，衰落后會造成代碼接收機的工作無法正常進(jìn)行，也就是所謂的無法進(jìn)行解碼工作，這個問題一旦發(fā)生，就會直接對鐵路上的移動通信系統(tǒng)造成影響，導(dǎo)致傳輸錯誤信息；二是，目前的移動通信系統(tǒng)普遍采納的就是切換的技術(shù)手段，所以，在兩種信號進(jìn)行切換的時候極簡單發(fā)生通信中斷的問題。

三、高速鐵路移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)

〔一〕高速鐵路移動信息業(yè)務(wù)傳輸

最近十年間，鐵路旅客無線因特網(wǎng)接入業(yè)務(wù)吸引了越來越多人的關(guān)注。為了給鐵路旅客供應(yīng)寬帶因特網(wǎng)接入服務(wù)，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界討論了多種不同的接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。一種分層的兩跳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)被工業(yè)界和學(xué)術(shù)界廣泛接受。第一跳鏈路是由軌邊設(shè)備〔如基站、信息站或者轉(zhuǎn)發(fā)站〕到安裝在機車頂部的中繼器〔或者大功率天線〕。其次跳鏈路部署在車廂內(nèi)部的無線局域網(wǎng)絡(luò)?；谶@種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提出了一些旅客因特網(wǎng)接入的資源安排算法，但是如何同時傳輸列控與監(jiān)測業(yè)務(wù)以及旅客信息業(yè)務(wù)臨時還沒有解決。與旅客信息業(yè)務(wù)相比，列車掌握與監(jiān)測業(yè)務(wù)對于高速鐵路的平安性具有不行替代的作用，尤其是移動授權(quán)信息的傳輸，其傳輸?shù)睦慰啃砸约捌桨残员匦璧玫奖Ｕ稀?/p>

〔二〕可分級調(diào)制

當(dāng)多路信號通過不同的信號同時傳輸至多個用戶時，相比分時傳輸方式，采納疊加編碼的傳輸方式可以到達(dá)更高的廣播信道容量域。但是執(zhí)行某些疊加編碼方案需要對現(xiàn)有的收發(fā)信機的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級，同時解調(diào)算法也相對冗雜，因此疊加編碼并沒有被移動通信系統(tǒng)廣泛的釆用。疊加編碼促使另一種新的調(diào)制技術(shù)--可分級調(diào)制產(chǎn)生，該調(diào)制技術(shù)可以供應(yīng)比特級的差分業(yè)務(wù)?？煞旨壵{(diào)制是基于傳統(tǒng)的多進(jìn)制正交幅度調(diào)制M-QAM設(shè)計而成的，從傳統(tǒng)M-QAM星座圖中選出一部分星座點表示不同的符號位置，來構(gòu)成可分級調(diào)制的星座圖。當(dāng)選擇的星座點聚合到一張星座圖后，星座點間的最小歐幾里德距離是不同的，該距離取決于相鄰的兩個點是否屬于不同的簇。通過以上方法，可分級調(diào)制的符號可以被映射成不同層的具有不同誤碼率性能的多個比特。由于可分級調(diào)制可以通過供應(yīng)的疊加增益提高廣播信道的`容量，因此可分級調(diào)制可以應(yīng)用在多種場景。在文獻(xiàn)中，應(yīng)用可分級調(diào)制可以支持無線網(wǎng)絡(luò)中可分級視頻流的傳輸。該場景下，具有較高信道質(zhì)量的用戶可以獲得更好的體驗質(zhì)量QoE，其他的用戶依舊可以無中斷的平穩(wěn)回放具有較低辨別率〔質(zhì)量〕視頻。

〔三〕掌握面和用戶面分別

一般狀況下，服務(wù)基站和接入用戶之間會存在兩個平面的連接，也就是掌握面和用戶面，在這之中，掌握面是承載用戶與接入網(wǎng)的掌握指令的，而用戶面則是處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸功能的。當(dāng)掌握面的掩蓋范圍能夠滿意移動范圍時，用戶整體的移動性就都得到了保障。所以，在此結(jié)構(gòu)中，用戶的掌握面會被保存于低頻頻段，由于次頻段具備優(yōu)質(zhì)的傳輸性能，并且掩蓋的范圍也特別廣泛?？墒羌偃缫紤]本錢問題，這一頻段也可以實行利用LTE-R遺留頻段的方法已到達(dá)目的，但同時真正的用戶面就應(yīng)被搬離出去。應(yīng)將數(shù)據(jù)的承載者放置在高頻段處，以此擴大系統(tǒng)的容量。

〔四〕高速鐵路旅客無線網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)

〔1〕通過無線車頂匯聚設(shè)備將移動、聯(lián)通、電信等多家電信運營商網(wǎng)絡(luò)的帶寬聚合，供應(yīng)一到多個外網(wǎng)連接出口，改善和彌補運營商不同網(wǎng)絡(luò)性能之間的差異，成倍增加旅客上網(wǎng)帶寬的力量，提高車地通信連接的魯棒性，提升旅客乘坐舒適度。

〔2〕車內(nèi)建設(shè)基于802.11的車廂無線局域網(wǎng)，俗稱車廂WiFi，一般車廂掩蓋采納802.11g/n/ac標(biāo)準(zhǔn)，車廂之間的連接采納不同頻率或信道的802.11a/n/ac標(biāo)準(zhǔn)。通過車內(nèi)內(nèi)置海量內(nèi)容服務(wù)器吸引消化車內(nèi)旅客免費WiFi寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)，通過與互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容供應(yīng)商的協(xié)作，在沒有地面信號掩蓋或地面信號掩蓋較差的區(qū)段供應(yīng)離線的車內(nèi)免費WiFi網(wǎng)絡(luò)多媒體內(nèi)容，如電影、小說、嬉戲、應(yīng)用下載等，同時供應(yīng)新型的廣告和電子商務(wù)，為旅客改善服務(wù)體驗，同時給客運管理部門帶來新的經(jīng)濟(jì)收入機會。

〔3〕通過給車站和車上供應(yīng)全程WiFi服務(wù)，提高高速鐵路對飛機、長途汽車等交通方式的競爭力量。

〔4〕為了保持車內(nèi)用戶對標(biāo)準(zhǔn)公網(wǎng)的持續(xù)和兼容接入力量，也可以通過車廂局域網(wǎng)連接具有標(biāo)準(zhǔn)3G/4G/5G空口特征的Femto基站設(shè)備。

四、高速鐵路上的移動通信系統(tǒng)的缺乏及改良

傳輸干擾是通信系統(tǒng)性能討論中我們需要考慮的最重要的一個問題，也是我國目前在討論性能的過程中的短板。通信系統(tǒng)的性能還有很重要的一個討論方向，就是對旅客信息的業(yè)務(wù)開展，我國目前在這個方面還沒有進(jìn)行性能影響的討論，由于我們還沒有討論出合理的方式來進(jìn)行模型處理，高速鐵路上的移動通信系統(tǒng)具有周期性短這個特征，它很簡單在一段時間后，產(chǎn)生系統(tǒng)漏洞，需要準(zhǔn)時進(jìn)行維護(hù)。信道衰落是整個系統(tǒng)性能中受影響最大的一點，但是高速鐵路是基本固定的，這也給高速鐵路上的通信系統(tǒng)的優(yōu)化帶來了肯定的便利性。目前鐵路上的信息通信業(yè)務(wù)與鐵路上列車的掌握系統(tǒng)是兩個完全分開的、不同的系統(tǒng)。將來首先需要做的就是將這兩個系統(tǒng)進(jìn)行簡潔的整合，削減工作人員的工作量，并且在很大程度上削減系統(tǒng)的建設(shè)本錢，更利于對系統(tǒng)性能進(jìn)行討論分析。針對整個移動通信系統(tǒng)上的傳輸性能的缺乏，對整獨特能的分析可以實行許多方法，例如采納概率計算的方式，對鐵路傳輸干擾性能進(jìn)行多方面的分析，分析內(nèi)容包括信道的衰落過程，通信傳輸?shù)囊苿铀俣纫约傲熊噷π诺赖恼莆諏π阅墚a(chǎn)生的影響，之后再采納一個名為信息傳輸?shù)呐鲎猜实闹笜?biāo)來進(jìn)行傳輸干擾這獨特能的影響分析切換，制作出一個合理的模型來進(jìn)行討論，利用分析與實際測試互相協(xié)作的方式來進(jìn)行影響因素的性能計算與預(yù)估，將列車的信息傳輸精準(zhǔn)掌握。將鐵路傳輸信號中斷的現(xiàn)象進(jìn)行有效遏制，由此對鐵路的移動通信系統(tǒng)的性能進(jìn)行改良。

結(jié)束語

總之，在引領(lǐng)世界高速鐵路技術(shù)的同時，我們要從國家進(jìn)展戰(zhàn)略動身，準(zhǔn)時布局將來5～10年高速鐵路寬帶移動通信的前瞻性技術(shù)討論，應(yīng)對寬帶移動