經(jīng)過近十年交通技術(shù)與應(yīng)用的飛躍發(fā)展,我國高速鐵路建設(shè)獲得了多項技術(shù)成果,取得了輝煌成就,在引領(lǐng)世界高鐵技術(shù)發(fā)展潮流中占有重要的地位。真空管道高速飛行列車(以下簡稱高速飛行列車)是一種新型軌道交通技術(shù),可實現(xiàn)磁浮列車在接近真空的低壓管道內(nèi)以低機械磨擦、低空氣阻力、低噪聲模式全天候以超過1000km/h的超高速運行。高速飛行列車安全、高效地運行需要無線通信系統(tǒng)的支撐和保障。在真空管道中,高速飛行列車運行速度高達1000km/h～4000km/h,因此對車地之間的通信穩(wěn)定性、可靠性要求很高。本文結(jié)合國內(nèi)外車地通信的研究現(xiàn)狀及高速飛行列車運行的特點,分析了高速飛行列車運行場景下車地?zé)o線通信面臨的新挑戰(zhàn),例如嚴重的多普勒頻移,管道內(nèi)部無線覆蓋困難,金屬波導(dǎo)效應(yīng)以及極端頻繁的越區(qū)切換。針對這些問題,本文認為可以在無線通信行業(yè)理論技術(shù)的基礎(chǔ)上,利用已有的通信技術(shù),通過對特殊車地通信的設(shè)計以及系統(tǒng)的優(yōu)化,解決極其頻繁的越區(qū)切換以及無線覆蓋問題,實現(xiàn)高速飛行列車車地超高速移動寬帶接入。本文主要針對高速飛行列車無線通信存在的兩個主要問題——管道內(nèi)無線覆蓋困難和頻繁越區(qū)切換展開研究。首先,針對管道內(nèi)無線覆蓋問題,本文初步設(shè)計了一種基于漏泄波導(dǎo)的無線接入方案。方案中,本文采用了具有法向輻射特征的漏泄波導(dǎo)的覆蓋方式,管道內(nèi)漏泄電場分布仿真結(jié)果表明,漏泄電磁波在管道橫截面內(nèi)呈柱面波輻射,沿管道縱向的場分布近似不變,從電波傳播機理上可有效抑制多普勒效應(yīng)�；诖�,本文提出一種基于電磁透鏡的漏波直接覆蓋方案,通過改變電磁介質(zhì)的厚度,直接控制漏泄波導(dǎo)向列車輻射的波束的相位變化,將柱面波轉(zhuǎn)化成平面波,實現(xiàn)車廂內(nèi)部全面均勻的無線覆蓋。針對極其頻繁的越區(qū)切換問題,本文采用基于RoF網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的移動小區(qū)解決方案。由于高速飛行列車穿越每段漏泄波導(dǎo)的時間極短,因此本文提出一種基于位置預(yù)測的切換時間預(yù)留機制。該機制中,首先通過車地同步預(yù)測算法預(yù)測列車未來時刻的運行位置,然后在設(shè)定的預(yù)留時間內(nèi)提前預(yù)判光接入切換的執(zhí)行時刻,到達該時刻后,地面基站中心做好光層切換和漏泄波導(dǎo)射頻功能激活等工作,保證小區(qū)移動的順利完成。仿真結(jié)果顯示,車地同步預(yù)測算法對高速飛行列車位置的預(yù)測結(jié)果較為精準,觸發(fā)校正次數(shù)較少,為高速飛行列車在超高速移動環(huán)境下的安全可靠運行提供了有力支撐。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U171;TN92
【部分圖文】：

搭建的“多態(tài)耦合軌道交通動模試驗平臺”，在長達１５００ｍ的真空管道里，通過對??不同低氣壓環(huán)境下的模擬，開展不同磁懸浮模式比例模型車運行測試，時速有望??達到１５００公里圖１－２為現(xiàn)西南交通大學(xué)的載人高溫超導(dǎo)磁懸浮環(huán)形實驗線。??圖１＿２西南交通大學(xué)載人高溫超導(dǎo)磁懸浮環(huán)形實驗線??Ｆｉｇ．?１－２?Ｍａｎｎｅｄ?Ｈｉｇｈ?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ?Ｍａｇｌｅｖ?Ｒｉｎｇ?Ｔｅｓｔ?Ｌｉｎｅ??ｏｆ?Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ?Ｊｉａｏｔｏｎｇ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ??真空管道高速飛行列車安全、高效地運行離不開各種穩(wěn)定可靠的現(xiàn)代無線通??信與信息處理技術(shù)的支撐。為了保證飛行列車的安全平穩(wěn)運行，要求行車調(diào)度指??揮系統(tǒng)和列車無線調(diào)度通信之間進行實時的雙向話音和數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)安全、可??靠、高速、高容量的信息傳輸。目前國內(nèi)外高速列車運行過程中乘客僅能以地面??普通蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)（３Ｇ和４Ｇ系統(tǒng)）進行簡單不連續(xù)且低速率數(shù)據(jù)通信，尚沒??有專門針對１０００?ｋｍ／ｈ及以上超高速移動環(huán)境下的寬帶無線通信系統(tǒng)研宄。因此，??有必要研究高速飛行列車無線通信技術(shù)，以支撐列車安全運行、提高運輸效率和??２??

數(shù)據(jù)及旅客信息數(shù)據(jù)，同時為車輛與控制中心的操作人員提供多媒體語音服務(wù)［２３］。??ＥＵＨＴ是一種支持高可靠、低時延、高移動性等需求通信解決方案，可支持６??ＧＨｚ以下頻段，峰值吞吐率可達３．４８?Ｇｂｐｓ。圖１－３是ＥＵＨＴ空口幀結(jié)構(gòu)，通過恰??當(dāng)?shù)呐浔葞袷�，可以實現(xiàn)５００?ｋｍ／ｈ的最大移動速度［２４］。ＥＵＨＴ技術(shù)從２００７年研??發(fā)開始，經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，己被多個行業(yè)和領(lǐng)域大規(guī)模投入使用。其中，??京津城際高鐵是全球首個采用ＥＵＨＴ智能高鐵方案，可實現(xiàn)精準定位的５００?Ｍｂｐｓ??車地?zé)o線通信系統(tǒng)的軌道交通。??？?－下行調(diào)度周期?上行調(diào)度周期一＞？??Ｉ?ＳＳ?ＤＵ－ＴＯｔ?ＷＪ－?［｜?ＵＬＪ－ＴＣＩＪ??｜篇５?；備雛［織｜｜上麵信道?時間??１?口退??ＬＩ－Ｐｒｅａｍｂｌｅ＾Ｊ?ＤＬ－ＳＣＩＩ?Ｌ＾１?行調(diào)度請求??長前導(dǎo)序列?下行探測信道?信道ＵＬ－ＳＲＣｎ??ＵＬ－ＳＣＩＩ?Ｍ＿??上行探測信道上行隨機接入信ｙ??ＵＬ－ＲＡＣＩＩ??ＵＧＩ＾—１??圖１－３?ＥＵＨＴ空口幀結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ．?１－３?ＥＵＨＴ?Ｅｍｐｔｙ－ｐｏｒｔ?Ｆｒａｍｅ?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??ＬＴＥ和５Ｇ技術(shù)作為當(dāng)前以及未來１０年蜂窩無線通信的主流技術(shù)，兩者可支??持終端的最大移動速度略有不同。ＬＴＥ系統(tǒng)主要是應(yīng)用于列車監(jiān)控設(shè)備和運輸體??系中，滿足旅客多媒體需求以及列車完成行車調(diào)度的訴求。ＬＴＥ下行和上行的解??調(diào)依靠小區(qū)參考信號（ＣＲＳ）和ＵＥ特定數(shù)據(jù)解調(diào)參考信號（ＤＭＲＳ），如圖１－４??所示

時監(jiān)測、安全診斷等；另一類是面向鐵路公眾旅客的通信系統(tǒng)，負責(zé)用戶在旅途??中的移動數(shù)據(jù)上下鏈路的傳輸。因面向的對象的不同，無線通信性能指標需求也??是各不相同，高速飛行列車車地?zé)o線通信系統(tǒng)功能如圖２－１所示。??｜?｜￣￣專用：ｉａ信｜丨中央控制中心??Ｉ?［?ｊ?分區(qū)控制中心??｜?Ｐ旅客用戶信息＼＼?！?！?；??ｒ．．．．．．．．．?＼?？＊—？！?｜牽引控制系統(tǒng)｜?｜運行控制系統(tǒng)Ｉ??核：網(wǎng)?Ｊ??一ｚ－一－?Ｊ??無線通信系統(tǒng)??］??ｊ?ｉ一＾思?一―Ｊ?／?｜?雜系統(tǒng)?ｊ?；??旅客電話通信?Ｉ??Ｌ?＇?－：?——?＿?＿?＿車－輛」??圖２－１無線通信系統(tǒng)功能??Ｆｉｇ．２－１?Ｗｉｒｅｌｅｓｓ?Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ?Ｓｙｓｔｅｍ?Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ??２．１．１安全類數(shù)據(jù)??高速飛行列車的運行和牽引控制、在途監(jiān)測和語音通信以及實時維護等數(shù)據(jù)??需要及時準確的傳輸至路旁網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)地面控制中心對高速飛行列車運行實時動??態(tài)跟蹤和控制，因此需要滿足“低延時高可靠”的傳輸要求。這類無線通信需求??被稱為安全類數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。??高速飛行列車采用磁浮技術(shù)，系統(tǒng)應(yīng)滿足磁浮交通系統(tǒng)的常規(guī)運行、降級運??行和維護與逆行的多模式要求。綜合參考上海磁懸浮列車和傳統(tǒng)的輪軌高鐵的車??地通信需求［３Ｑ］，高速飛行列車與地面之間傳輸?shù)陌踩悢?shù)據(jù)主要可以分為如下幾??類?ｐｉ］。??９??
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 李小兵;張庭園;宋濤;李靖;;移動中繼通信技術(shù)綜述[J];電子科技;2014年11期

2 陳銳標;;隧道內(nèi)高鐵無線信號覆蓋方案分析[J];電腦與電信;2013年08期

3 陳皓;王軍;陳瀚;;TETRA無線網(wǎng)絡(luò)在地鐵應(yīng)用方面的規(guī)劃方法研究[J];自動化與儀器儀表;2011年02期

4 梁寅明;潘峮;袁超;余立;徐瑨;李男;張欣;;TDD-LTE移動通信系統(tǒng)高速鐵路場景共存研究[J];廣東通信技術(shù);2011年02期

5 周民立;;上海磁浮線車地?zé)o線通信技術(shù)特點分析[J];城市軌道交通研究;2010年12期

6 金連友;;外軍寬帶數(shù)據(jù)鏈發(fā)展綜述[J];無線電通信技術(shù);2008年03期

7 湯丹;;淺析38G無線電系統(tǒng)在上海磁浮示范運營線中的應(yīng)用[J];城市軌道交通研究;2006年10期

8 沈志云;;我國真空管道高速交通的發(fā)展戰(zhàn)略和技術(shù)方案[J];學(xué)術(shù)動態(tài);2005年01期

本文編號：2839860