本文關鍵詞：高鐵無線通信融合架構下的無線探測技術　出處：《西南交通大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：高鐵的不斷提速對運行安全提出了更高的需求,尤其是對鐵路沿線環(huán)境的滑坡、泥石流和異物入侵等監(jiān)測和安全預警備受關注。相關的鐵路監(jiān)測方法隨之產生,如基于GPS(Global Positioning System)的定位監(jiān)測、無線傳感器監(jiān)測、視頻監(jiān)測等,但這些監(jiān)測設備易被破壞,且工作性能受到光線、天氣等制約。相比之下,毫米波探測有不受光線和自然災害的影響、可全天候工作的優(yōu)點。不僅如此,毫米波探測設備簡單,而且分辨率較高。另一方面,未來5G無線通信(Fifth-generation Wireless Communication)需要將容量提高 1000 倍才能滿足無線業(yè)務需求,而毫米波頻段頻譜資源豐富,毫米波通信勢必會成為未來無線通信的趨勢。因此,借助未來無線通信的發(fā)展趨勢以及毫米波探測技術的優(yōu)勢,有必要將上述兩種技術集成于一個系統(tǒng)中,使得該融合系統(tǒng)兼具無線傳輸及災害監(jiān)測與預警功能。本文的研究均基于高鐵無線通信和探測融合架構。首先,根據(jù)實際鐵路場景中無線監(jiān)測和無線通信需求對融合架構進行了設計,為減少小區(qū)間的切換次數(shù),系統(tǒng)網(wǎng)絡采用云接入架構,BBU(Building Baseband Unit)負責數(shù)據(jù)處理和資源分配,RRU(Radio Remote Unit)只有收發(fā)模塊。RRU分為毫米波頻段RRU和專網(wǎng)/公網(wǎng)低頻授權頻段RRU,毫米波頻段RRU分時地負責大容量通信和毫米波探測,專網(wǎng)/公網(wǎng)低頻授權頻段RRU負責低容量可靠數(shù)據(jù)(環(huán)境探測信息和重要信令)的傳輸。由于本系統(tǒng)中的毫米波頻段RRU分時進行通信和探測,列車一旦和源小區(qū)中RRU斷開連接,則無法連回�；诖�,本文提出一種"雙保險"的方法,仿真結果表明,本文所提切換方法相比于傳統(tǒng)的LTE-R(Long Term Evolution for Railways)硬切換,在切換成功率和鏈路中斷概率上有明顯的改進。對于系統(tǒng)探測功能來說,雷達目標檢測算法的好壞直接影響系統(tǒng)性能。針對高鐵復雜多變的探測環(huán)境,本文提出了一種二維VIS-CFAR(Switching Variable Index Constant False Alarm Algorithm)算法,該算法能夠根據(jù)周邊環(huán)境,自適應選擇相應的目標檢測算法,大大降低了系統(tǒng)漏警率。最后,本文仿真了三種不同場景,將本文所提二維VIS-CFAR算法和多種經典恒虛警算法在均勻雜波環(huán)境、雜波邊緣環(huán)境、多目標干擾環(huán)境的檢測性能進行了對比,結果表明,本文所提二維VIS-CFAR算法高鐵場景下具有穩(wěn)定的性能,可大大提高融合系統(tǒng)的檢測效率。
[Abstract]:The increasing speed of high-speed railway has put forward higher demand for operation safety, especially for monitoring and safety warning of landslide along the railway line, debris flow and foreign matter intrusion. Related railway monitoring methods are generated, such as location monitoring, wireless sensor monitoring, video surveillance based on GPS (Global Positioning System), but these monitoring devices are easily destroyed, and their performance is restricted by light and weather. In contrast, millimeter wave detection has the advantages of not affected by light and natural disasters, and can work around the weather all over the world. Not only that, the millimeter wave detection equipment is simple, and the resolution is high. On the other hand, 5G Fifth-generation Wireless Communication needs to increase capacity by 1000 times to meet the needs of wireless business. Millimeter wave band spectrum resources are abundant, and millimeter wave communication is bound to become the trend of future wireless communications. Therefore, with the development trend of the future wireless communication and the advantages of millimeter wave detection technology, it is necessary to integrate the above two technologies into a system, so that the fusion system has the functions of wireless transmission, disaster monitoring and early warning. The research in this paper is based on the architecture of high speed wireless communication and detection fusion. First of all, according to the actual demand of wireless communication and wireless monitoring of railway scene on the fusion of architecture design, in order to reduce the switching frequency of each cell, the system uses cloud access network architecture, BBU (Building Baseband Unit) is responsible for data processing and resource allocation, RRU (Radio Remote Unit) only transceiver module. RRU is divided into millimeter wave band RRU and private network / public network low frequency authorized frequency RRU. Millimeter wave band RRU is responsible for large capacity communication and millimeter wave detection. Private network / public network low frequency authorized frequency RRU is responsible for the transmission of low capacity reliable data (environmental detection information and important signaling). Due to the communication and detection of the millimeter wave band RRU in this system, the train can not be connected once it is disconnected from the RRU in the source area. Based on this, this paper proposes a "double insurance" method. Simulation results show that the proposed handoff method has a significant improvement in handover success rate and link outage probability compared with the traditional LTE-R (Long Term Evolution for Railways) hard handoff. For the system detection function, the radar target detection algorithm directly affects the performance of the system. Aiming at the complicated and changeable detection environment of high-speed railway, a two-dimensional VIS-CFAR (Switching Variable Index Constant False Alarm Algorithm) algorithm is proposed in this paper, which can adaptively select corresponding target detection algorithm according to the surrounding environment, which greatly reduces the miss rate of the system. Finally, three different scenarios, the simulation will be the two-dimensional VIS-CFAR algorithm and several classical CFAR algorithm in homogeneous clutter, clutter edge environment, the detection performance of multi target interference environments were compared. The results show that the proposed 2D VIS-CFAR performance for HSR scenarios with stable, can greatly improve the detection efficiency of the fusion system.
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN92;TN957.51

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本文編號：1341526