高鐵技術(shù)論文

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

　　高鐵技術(shù)論文篇一

　　高鐵LTE技術(shù)方案的應(yīng)用

　　摘要：隨著高鐵近些年的快速發(fā)展，其發(fā)車(chē)次數(shù)和運(yùn)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(hào)我國(guó)實(shí)行了新的鐵路新運(yùn)行圖，動(dòng)車(chē)組列車(chē)已經(jīng)過(guò)半，高鐵出行的比例越來(lái)越高。因此，在高速的場(chǎng)景下為鐵路線上的用戶(hù)提供良好的通信服務(wù)，是移動(dòng)通信規(guī)劃與優(yōu)化的重要工作，也是必須要解決的問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：LTE技術(shù);方案應(yīng)用

　　中圖分類(lèi)號(hào)：O434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

　　前言：隨著高鐵近些年的快速發(fā)展，其發(fā)車(chē)次數(shù)和運(yùn)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(hào)我國(guó)實(shí)行了新的鐵路新運(yùn)行圖，動(dòng)車(chē)組列車(chē)已經(jīng)過(guò)半，高鐵出行的比例越來(lái)越高。因此，在高速的場(chǎng)景下為鐵路線上的用戶(hù)提供良好的通信服務(wù)，是移動(dòng)通信規(guī)劃與優(yōu)化的重要工作，也是必須要解決的問(wèn)題。

　　一、關(guān)鍵技術(shù)

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

　　1傳播模型的選擇

　　選擇正確無(wú)線傳播模型，對(duì)無(wú)線網(wǎng)規(guī)至關(guān)重。通常使用經(jīng)驗(yàn)的傳播模型來(lái)確定傳播特性，預(yù)測(cè)無(wú)線傳播中的損耗。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，對(duì)模型中的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行修正，以滿(mǎn)足相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景。

　　2終端的切換更頻繁

　　對(duì)于高鐵上的移動(dòng)終端，小區(qū)的重選、切換相對(duì)是比較多的。但頻繁的切換會(huì)對(duì)正在做語(yǔ)音、下載等業(yè)務(wù)的用戶(hù)，在感知上會(huì)產(chǎn)生一定的影響，所以，必須要解決高速移動(dòng)中小區(qū)頻繁切換問(wèn)題，以保證高鐵上用戶(hù)的無(wú)縫移動(dòng)性及QoS要求。

　　3明顯的多普勒頻移

　　多普勒頻移是高速場(chǎng)景下對(duì)LTE系統(tǒng)的最大影響之一。頻移是基站或手機(jī)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(wú)線承載的接入請(qǐng)求，即接入成功率，以及小區(qū)間的切換成功率、接入用戶(hù)數(shù)和接收端電平值等問(wèn)題。

　　二、 高鐵覆蓋分析

　　1無(wú)線傳播模型分析

　　Okumura-Hata傳播損耗模型是常用的經(jīng)驗(yàn)傳播模型，經(jīng)過(guò)多年大量的實(shí)際應(yīng)用，根據(jù)不同場(chǎng)景使用相應(yīng)的修正參數(shù)，已適用于絕大部分常見(jiàn)的場(chǎng)景。作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的傳播模型工具，具有較好的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。COST231-Hata的數(shù)學(xué)表達(dá)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(hù)

　　d天線到用戶(hù)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(jì)算的經(jīng)驗(yàn)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(hù)高度;d為基站天線到用戶(hù)的距離;CM為場(chǎng)景校正因子。

　　郊區(qū)場(chǎng)景(CM=0 dB)

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

　　城市場(chǎng)景(CM=3 dB)

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

　　本次通過(guò)對(duì)郊區(qū)、城市兩個(gè)場(chǎng)景無(wú)線信號(hào)傳播損耗的簡(jiǎn)單介紹，反映出TD-LTE頻段無(wú)線信號(hào)不同的傳播特性。由此可見(jiàn)，傳播特性預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性直接影響到網(wǎng)規(guī)的質(zhì)量。因此，為了給后期無(wú)線網(wǎng)規(guī)與網(wǎng)優(yōu)奠定良好的基礎(chǔ)，必須要進(jìn)行準(zhǔn)確的無(wú)線傳播模型的分析。

　　2小區(qū)切換

　　在高鐵運(yùn)行的環(huán)境下，列車(chē)上的用戶(hù)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(dāng)時(shí)速300km/h的列車(chē)經(jīng)過(guò)鐵路沿線時(shí)，其速度是83m/s，幾秒鐘就可以跑過(guò)一個(gè)基站，造成用戶(hù)短時(shí)間內(nèi)多次的重選切換，如果后臺(tái)網(wǎng)管對(duì)門(mén)限設(shè)置過(guò)高，就很容易導(dǎo)致脫網(wǎng)、掉話(huà)等為題。因此，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時(shí)要注意相關(guān)參數(shù)的修改，保證覆蓋的連續(xù)性，提升用戶(hù)感知度。

　　切換性能提升方案

　　針對(duì)高速移動(dòng)造成的頻繁切換而出現(xiàn)接入、掉話(huà)甚至脫網(wǎng)的問(wèn)題，優(yōu)化時(shí)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化切換關(guān)系。[1]

　　2.1、小區(qū)合并

　　小區(qū)合并是指在擴(kuò)大鐵路沿線每個(gè)基站的覆蓋，延長(zhǎng)每個(gè)小區(qū)駐留時(shí)間的基礎(chǔ)上，同時(shí)把單個(gè)基站的小區(qū)合為一個(gè)小區(qū)，即原來(lái)基站有2個(gè)或3個(gè)小區(qū)，現(xiàn)在三個(gè)合為一個(gè)小區(qū)，以及站與站之間對(duì)打的小區(qū)也合為一個(gè)小區(qū)，即兩個(gè)基站的小區(qū)使用相同的頻點(diǎn)與擾碼，合為一個(gè)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(gè)天線配相同的小區(qū)?？梢杂霉Ψ制饕环侄?，分出兩個(gè)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(huì)出現(xiàn)切換的問(wèn)題，本基站與前方基站小區(qū)合并后，也不會(huì)出現(xiàn)切換問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)上述的條件是建立在對(duì)有限的頻點(diǎn)、擾碼資源合理規(guī)劃到相應(yīng)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(duì)用戶(hù)特定的鄰區(qū)關(guān)系，確定用戶(hù)下一個(gè)可能的切換小區(qū)，既簡(jiǎn)化了鄰區(qū)關(guān)系，又縮短了手機(jī)選擇小區(qū)的時(shí)間，還可以節(jié)省手機(jī)的電量。因?yàn)槎ㄏ蚯袚Q是對(duì)終端鄰區(qū)列表的簡(jiǎn)化，需要了解終端經(jīng)常駐留的小區(qū)，對(duì)能占用但不使用的小區(qū)進(jìn)行篩選，這樣可以節(jié)省手機(jī)重選與切換的時(shí)間，也能節(jié)省有限的小區(qū)資源。對(duì)鐵路沿線居民、以及經(jīng)常通過(guò)此區(qū)間基站的乘客比較適合此法。

　　3多普勒效應(yīng)

　　多普勒效應(yīng)是波傳播時(shí)的一種現(xiàn)象，在高速電磁傳播場(chǎng)景下，多普勒的頻偏效應(yīng)顯得更厲害。在移動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度;θ為信號(hào)傳播方向和終端移動(dòng)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(diǎn)：

　　3.1、多普勒頻率偏移與UE運(yùn)動(dòng)速度成正比，終端UE速度越高則頻偏越大;

　　3.2、當(dāng)列車(chē)駛過(guò)基站后，多普勒頻偏由正向負(fù)的越變，將收到2倍的頻移;

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

　　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(duì)此問(wèn)題，為了抑制LTE在高速場(chǎng)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(lái)抑制多普勒頻偏。

　　干擾拒絕合并算法是一種先進(jìn)的干擾抑制算法,可以提高無(wú)線傳播系統(tǒng)中的信號(hào)接收質(zhì)量,減少誤碼的產(chǎn)生,從而提高上行的業(yè)務(wù)質(zhì)量。針對(duì)多普勒的頻偏，開(kāi)啟IRC功能后,可以改善上行信號(hào)的接收質(zhì)量,對(duì)話(huà)務(wù)的接入、保持以及切換都會(huì)得到改善。從頻率規(guī)劃角度來(lái)看,由于現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)不斷的擴(kuò)容,頻率復(fù)用愈加緊密。使用IRC后可以有效的降低多普勒頻偏帶來(lái)手機(jī)上行時(shí)的干擾,提高話(huà)音質(zhì)量,增加上行的數(shù)據(jù)吞吐量和減少掉話(huà)。[3]

　　上述算法通過(guò)中國(guó)移動(dòng)研究院實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證，高速移動(dòng)算法滿(mǎn)足中國(guó)移動(dòng)企標(biāo)要求“當(dāng)U E移動(dòng)速率300k m/h時(shí)，采用糾偏算法后，上行接收性能下降不超過(guò)30%”

　　結(jié)束語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)上述對(duì)高鐵LTE相關(guān)技術(shù)方案的簡(jiǎn)要分析，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，對(duì)高鐵通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(luò)。

　　參考文獻(xiàn)

　　1陳晨,李長(zhǎng)樂(lè). 高速鐵路通信系統(tǒng)方案研究綜述[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)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(yīng)用中國(guó)移動(dòng)河北有限公司廊坊分公司; 2013.07;

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