文摘

现代社会要求便宜,更高效,更安全的公共交通。这些增强功能,特别是提高效率和安全性,都伴随着大量的数据流量,需要由无线通信系统。因此,列车内外无线通信关键技术实现这些效率和安全目标为铁路运营商成本最低的方式。本文简要描述了现在使用无线技术在铁路领域,指出未来无线系统的可能的方向。无线传播信道测量和模型及其在铁路环境适应性调查是调查。指出确定差距和解决方案来填补这些差距提出了铁路环境中无线通信链接。

1。介绍

在现代和未来的列车运行大量的无线通信设备。无线通信需要的train-to-train (T2T)和train-to-ground (T2G)通信列车避碰和铁路等安全管理或面向客户的服务,如旅客上网。因此,无线通信是一个关键技术,提高铁路运输效率和安全。此外,以降低成本和维修时间,取代有线与无线通讯连接是预见到。无线连接可以用于简单的传感器连接整个列车由列车控制和管理系统(中药)。应用程序像闭路电视(CCTV)尤其可能需要连接与数据速率Gbit / s域。因此,大量的无线通信设备操作在不同的频率将广泛部署在火车。这种通信系统的绩效评估应基于模拟采用现实的通道模型,以评估T2T的关键性能指标,T2G, intraconsist铁路无线通信系统相关的应用程序需求。

今天,发射机和接收机的设计,物理层技术选择和交叉层和架构优化适应无线传播信道与电磁波传播环境。T2T和T2G无线传播渠道表现出不同的属性相对于古典移动通信渠道。原因之一是大两列火车之间的相对速度T2T案例或大总超过300 km / h的速度高速列车(HST) T2G通信。在这种情况下,通道展品快速时变和非平稳的特性。比较道路交通和铁路交通,许多类似的传播效果可以预期。差异的本质源于火车大而笨重,但类似的金属物体使用rails和悬链线。此外,铁路交通是有限的,这样视线(LOS)组件存在于大多数T2T和T2G场景,障碍和散射传播环境是有限的。因此,障碍是视觉上看到更长一段时间导致多路径组件影响接收信号在很长一段旅行的距离。很多文学致力于优化的关键信号处理技术(如同步、信道估计、频谱感知和预编码技术(1- - - - - -4HST的上下文中),地铁,或者T2G域。一般来说,质量很差的通信信道是不稳定5,6]。

无线通道周围环境紧密结合,发送和接收天线。特殊情况下必须考虑T2T和T2G通道模型,如隧道、岩屑,高架桥,火车站,火车,障碍,和一些场景相结合。这使得铁路环境中的信道特性不同的汽车领域。用于描述一辆车搬到另外一辆车,尽管如此,许多方法(C2C)和car-to-infrastructure (C2I)通道适用于T2T和T2G做了一些调整。建模方法而言,T2T和T2G通道模型可分为三个主要分类:确定性通道模型、几何投影随机信道模型(绿色)和随机信道模型(SCM) (7]。

本文给出了调查目前传播信道测量和模型。信道模型的重点是分析从铁路制造商和运营商的角度T2T, T2G, interconsists通信。客户相关服务和独立的无线链接的乘客被忽视。所得的差距指出,应该由专门的测量活动。

本文的结构如下。部分2概述铁路通信系统内部和外部的培训,包括现在和未来的无线应用程序使用。节3通道测深的理论背景、造型以及现有的信道模型。调查在几个信道测量和不同的模型会导致明显的缺口T2T和interconsist通信。节4结论是未来铁路通道的测量和建模和开放问题在铁路环境制定。

2。铁路通信系统

铁路通信系统可以分为不同的应用程序组:安全控制、运营商面向服务和面向客户的网络。注意,面向客户的网络和服务是本文的范围。在本节中,我们首先描述列车内的通信,然后火车外的一个普遍采用。接下来我们解决当前的铁路无线系统应用和最后我们草图可能的无线系统在铁路未来的发展方向。

在铁路类似的术语被用作道路交通。由包含耦合的车辆,可以独立运作。几个由可以耦合到一个列车。车辆在一个由机车或教练,也叫汽车和马车在文献中。

2.1。火车内部通信

安装了车载通信网络上火车自1980年代末减少电缆束用于在不同的设备之间传输信息像人类机器界面(HMI),乘客信息系统(PSI),或加热、通风和空调(HVAC) (cf图1)。多路复用数字信息技术的串行电缆试图取代最经典的点对点的铜线或所谓的火车线路。有线通信网络标准化的车载铁路应用在1990年代末(标准(8,9)通过定义线列车总线/多功能车辆总线(方面/多功能车辆总线)网络对于中药应用程序如图1)。在[10)一项调查铁路提出了嵌入式网络解决方案。

标准技术,如WorldFIP CANOpen、LonWorks现场总线或列车通信网络(TCN)部署在地铁或火车。自2000年代以来,制造商考虑实时以太网(RTE)技术通过添加新的标准IEC 61375标准系列,如以太网列车骨干或以太网由网络(ETB / ECN)。除了提供的控制命令函数古典集成技术、RTE提供互联网协议(IP)流量。近年来,电力线通信(PLC)技术对通信内部车辆在航空航天和汽车工业领域重要的发展经验。

2.2。列车通信外

汽车列车应用程序基础设施通信被广泛部署。gsm - r或使用IEEE 8002.11 T2G系统使用与路边通信单元。关于这些系统部分中解释的更多细节2.3。

车辆之间的通信在公共交通领域涵盖了多个应用程序。第一个,通常被称为的概念信鸽,包括在两辆车之间动态地提供信息。用例通常是一个残疾的车辆,范围内的通信网络,将信息传输到另一个附近的车辆通过40,41]。第二个用例目前在研究调查虚拟耦合两辆车(汽车列车、地铁和有轨电车)。通过虚拟耦合两辆车没有机械连接器应相互联系。因此,耦合过程本身可以加速和特定机械连接器恶化迅速在粗糙的振动条件下铁路操作可以避免。然而,对于虚拟耦合,T2T互连高速网络通信是必不可少的嵌入式车辆。无线连接的候选技术之一是超宽频(超宽带)例如IEEE 802.15.4a标准。申请的调查中给出了基于超宽频通信在铁路领域(42]。超宽频链接被认为更健壮的频率选择性衰落(43]。新技术在60 GHz载波频率IEEE 802.11广告和机器对机器类型通信系统中定义为4 g和未来5 g也可能被考虑。

2.3。当前无线系统

除了遗留系统(通常模拟),开始在1980年代早期,其发展的趋势,运用无线系统在铁路仍在它的第一个十年的生活。有三种类型的系统:首先,基于开放标准的,像陆地无线通信(四)、全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)和IEEE 802.11系列标准;第二,轻微修改某些层,但已经基于开放标准(gsm - r)例如,;最后,自营铁路的技术开发,例如,ECTS-EUROBALISE。

在第一类,有许多成功的情况下,不仅在train-to-wayside领域,而且在传感器网络领域,传感器在火车,由蓝牙或无线个域网网络连接起来。在汽车内,另一个常见的解决方案是使用一个无线局域网(WLAN)提供乘客的访问互联网。之间的上行列车和移动运营商提供的互联网使用长期演进(LTE)、通用移动通信系统(UMTS),或GPRS。此外,机票验证设备基于低频(125 - 135千赫)和高频率(13.56兆赫)RFID乐队应考虑车辆标记也基于超高频RFID解决方案:865 - 869 MHz(欧盟),902 - 928 MHz(美国),和952 - 955 MHz(日本)。

GSM-R最著名的系统是基于GSM标准阶段2 + (44)与主要修改完成许多railway-based需求,功能或区域寻址和许多更多。在地铁,它很有可能有一些IEEE 802.11 g的实现与优化在某些通信层来提高性能,在流动性方面,例如,像做TEBATREN解决方案,已经在在地铁马德里和其他服务。在信号领域,使用基于IEEE 802.11的无线电几年以来CBTC的解决方案存在(45]。例子是系统从庞巴迪和Dimetronic(现在是西门子的一部分)和阿尔斯通的Urbalis系统。

此外,专有的无线通信解决方案也的利基市场。Traincom Telefunken(最近被西门子收购)是一个很好的例子,一个伟大的铁路部门的验收。目前在世界上许多地方使用,在巴塞罗那地铁的无人驾驶行也许是最著名的实现。另一个例子是以色列公司在莫斯科地铁Radwin,去年夏天推出。

此外,新发展为CBTC LTE地铁和电车(申请46)和铁路专用ETCS-EUROBALISE应用标准化27.095 MHz telepowering铁路边的灯塔和4.234 MHz的通信本身(47]。

2.4。未来无线系统的可能的方向

未来无线系统对铁路需要解决许多问题,如成本、频谱分配,不同的铁路系统之间的互操作性。根据的观点,实际的技术是非常昂贵的,有时它不是可互操作的。GSM-R只是一个可能的例外的互操作性。然而,这样的开放标准3 gpp LTE意味着沉重的成本和可能的依赖移动运营商,这是不太可能接受铁路运营商有别于其他缺点。

尽管所有这些问题,几个研究小组的目标之一,在亚洲和欧洲和世界各地的项目,例如,Roll2Rail项目(48),是研究可行的无线通信技术T2G和T2T和列车内通信(cf图2)。它不是一个秘密,3 gpp LTE在其最后版本引入了一些功能,铁路部门目标,像移动继电器、公共安全问题,设备间(D2D)通信,等等。另一方面,对C2C通信、IEEE 802.11便士计划部署在智能汽车在不久的将来。所以,IEEE 802.11便士可以选择T2T如果不需要高数据率通信。其他解决方案基于超宽频技术或毫米波的解决方案在60 GHz载波频率是预见的范围。

此外,频谱分配始终是一个挑战。工业科学和医学(ISM)乐队在2.4和5 GHz总是有可能但意味着潜在的问题,在安全方面。另外有一些讨论的可能性,利用智能交通系统(ITS)乐队在5.9 GHz城市轨道系统。面临的问题,从业务的角度来看,与移动运营商部署移动网络的伙伴关系,也提供一些nonsafety服务运营商和利益相关者是可能的但意味着一些监管方面的挑战,应该解决,。

此外,同样重要的是考虑到正在进行的工作认知无线电。强调了认知无线电的概念是一个有吸引力的解决交通拥堵问题的无线电频谱被授权用户(49,50]。认知无线电(CR)是一种无线电或一个系统能够分析其电磁环境,并能够动态地调整和独立操作无线电参数修改的操作系统,也就是说,吞吐量,干扰取消,互操作性,其他无线网络的访问。这一领域的研究非常活跃在欧洲和国际水平。例如,法国项目走廊(铁路通过动态和机会主义的认知无线电频谱重用)是为认知无线电技术的发展铺平了道路,铁路的应用程序。项目目标是设计、开发和评估基本砖块的CR系统适应需求和约束的高速铁路(高铁),例如,高速、电磁干扰,在农村和贫困的报道系统。可以找到更多的细节和出版物(51]。

总结本节中,主要的焦点为未来无线列车通信如图2需要提供可靠的实时数据与安全关键应用程序所需的数据率,同时为其他应用程序提供高数据率的最优的链接。在第一步的研究应注重消除电缆和连接器,受到机械和环境压力:consist-to-consist autocoupler,铁路一辆车搬到另外一辆车,布线和bogie-to-car身体布线。结合新铁路应用,如虚拟耦合,未来列车无线通信将使列车的铁路运营商,以减少停机时间,提高铁路系统的效率和安全性。

3所示。现有的信道模型

一般来说,移动传播广播频道的描述可以开发的通用描述线性时变通道。接收和发射天线之间的无线信道可以完全以其信道冲激响应(CIR)或者它的傅里叶变换、频率响应,通道可以建模为一个线性定常系统。如果发射机、接收机或与电磁波相互作用的物体不是静态的,我们获得一个时变背景(使用表示本质上,我们假设一个线性定常脉冲响应在一个特定时间)。这个圆形的可以转换为频域的延迟或时间,几个等价的描述如图3。这些表示时间和频域的线性时变信道贝洛的古典文献[详细描述52]。

为了描述无线传播渠道后系统模拟,新闻调查中心的代表需要被发现。表示可能是基于纯确定性计算的几何关系和环境的电气性能,发射机和接收机是完全已知的。其他著名的方法忽略或电气性能的几何关系,代表新闻调查中心作为一个随机变量。

3.1。通道探测或测量方法

通道测深仪是发射机和接收机组成的一个系统,目的是测量无线传播信道的特性。可以区分通道蜂鸣器工作在时域或频域(53]。在下面的描述,我们将描述的原则操作对于单输入通道测深仪的输出(一个扩展输入输出(单)或多输入多输出(MIMO)很简单),使用Medav DLR-RUSK通道测深仪(54)旗下的德国航空航天中心(DLR)为例。

在一个实际的测量设置如图4,该频道测深仪发射机产生周期性的宽带信号与带宽和时间。在后处理步骤,新闻调查中心在特定的时间从接收到的信号从计算吗随着时间的持续时间。图5显示了一个示例的cir记录在1 s T2T测量场景中。使用理论的贝罗[52),我们假设背景是定常和有界;也就是说,可以被描述为一个线性滤波器。因此,这段时间传输信号的需要短,这样我们可以假设是恒定的时间吗。因此,应满足以下条件: 在哪里代表的载波频率和波长最大相对速度(假设一个静态的环境中,将两列火车之间的相对速度在T2T场景中,例如)。限制的时间来可以解决多路径信号的最大过度延迟发生相对于第一个到达路径(通常视距路径)。换句话说 在哪里是最高的应收多路径组件和延迟第一个应收路径的延迟。

为了测量时间变化的传播渠道,测量连续两个圆形之间的时间需要足够短,最大程度的解决多普勒频率混叠。最大可能的多普勒频率的函数和条件可以表示为

特别是在T2T场景中,两列火车之间的距离可能不同两条平行的轨道之间的距离,和几公里。因此,自适应增益控制(AGC)应该能够提供一个大动态范围,接收到的信号幅度可调的输入范围analogue-to-digital转换器(ADC)当收发两用机距离和最大距离的链路预算。假设自由空间路径损耗,AGC应该提供一个动态范围在dB

在典型的配置Medav DLR-RUSK通道测深仪,μ年代,,。因此,使用一个载波频率为5.2 GHz,也就是说,最大的相对速度米/秒,第一个条件(1)可以实现。根据描述的快速列车测量(55),最大的价值;因此,条件(2)是实现与。测量时间变化的传播渠道,也就是说,能够解决的最大可能的多普勒频率,条件(3)需要实现。花的值和,我们注意到最大可以测量多普勒只有一点利润。因此,在配置,相对速度是有限的。在HST T2T传播场景与相对速度公里/小时,需要减少吗为了测量的最大可能的多普勒频率。使用一个动态范围自动增益控制和允许测量到使用ADC的最大输入范围。

3.2。类型的通道模型

可以区分三个主要类别的信道建模方法对绩效评估的上下文中使用的车辆,车辆通道:确定性、geometrical-stochastic,随机。

3.2.1之上。确定的信道模型

确定的通道模型描述C2C或C2I渠道在一个完全确定的方法。他们可能是基于严格求解麦克斯韦方程的矩量法(MoM)和时域有限差分(FDTD)或渐近方法引入“射线”的概念,射线跟踪。computation-wise,射线追踪是能够模拟场景相比,更大的妈妈或FDTD中使用最广泛的技术描述渠道以确定的方式。射线跟踪的主要思想是再生“射线”从发射机到接收机,考虑反射和衍射发生由于环境中的对象。因此,它需要定义的形状,所有相关对象的属性和位置的无线环境。因此,环境的详细描述和下面的密集的计算耗费时间和精力,提取的背景不容易推广到不同的场景。在[56射线追踪是应用于一辆车搬到另外一辆车,通道。的实施分为三个部分。第一部分是道路交通的造型,其他车辆。描述信道的多普勒频移和多普勒准确地传播,发送和接收车辆的动态行为以及相邻车辆必须是模拟现实的方式。作者认为微观模型分别模拟每一个车辆,导致现实的瞬时位置和速度为每个模拟车辆在每一个快照。魏德曼交通模型实现为不同的场景描述道路交通。第二部分是环境的造型,选择一个随机模型绘制环境环境如建筑,停放车辆,和树木。第三和最后一部分是波传播的造型。这里,使用射线追踪模拟多路径传播从发射机到接收机。5.2 GHz的载波频率用于仿真。 Results were validated against measurement data obtained using a RUSK ATM vector channel sounder operating at the same carrier frequency. The comparison between measurement and simulation showed that the proposed deterministic channel model fits well to measurement results and real-life scenarios. Ray tracing for T2G environments was investigated in the mm-wave band in [57HST环境),被认为是包括发射机安装在顶部的栅栏而接收机天线位于顶部的火车。的场景中,射线追踪模拟RapLap被用来模拟无线传播信道。结果,如接收功率、延迟传播,和角分布,提供了。动态通道模型还提出使用获得了确定性模拟方法的统计参数。对比测量数据的问题却被忽略了。在[58]作者关注传播渠道在马车里火车使用基于EM立方体射线追踪软件模拟器从埃技术公司。59]。

3.2.2。几何随机信道模型(绿色)

在绿色供应链中,散射,代表个人传播路径,分布在一个虚拟的几何环境。使用发射器之间的几何关系,扩散器,接收器,到达不同的传播路径的延迟和角度可以根据一个简化的射线追踪计算过程。分散多路径的贡献可能包括通过考虑集群的点散射。绿色供应链可以很容易地适应不同的场景通过改变几何分布的散射,使良好的复杂性和准确性之间的妥协。此外,绿色可以很容易地适应非平稳的环境中基于几何关系,使他们很好的候选人描述T2T T2G频道。近年来,绿色供应链C2C领域得到了大量的研究兴趣;他们的灵活性很容易T2T和T2G领域中广泛使用。作者在60)采用了绿色供应链的MIMO信道的C2C领域。分布式散射被分成三个不同的组。第一组代表路径发生由于波与移动的物体,也就是说,其他车辆。第二组代表传播路径等静态对象旁边的路标或其他结构之间的中间道路或车道。最后一组描述漫射光来自树木,建筑,或墙壁。每组给出不同的随机和确定的属性(如几何密度,路径损耗指数,和参考)。通过比较验证了模型模拟与面包干隆德通道测深仪测量执行农村公路和高速公路的环境。详细讨论车辆通道特征提出了在61年,62年),作者详细讨论了C2C通道和绿色供应链。HST的绿色供应链是在开发的63年),提出了一种非平稳的宽带MIMO信道模型,包括《组件和传播路径发生由于一次性散射。

3.2.3。随机信道模型(SCM)

SCM往往基于推断统计学描述传播渠道不考虑底层的几何关系。在这种类型的通道模型一定结构(如抽头延迟线结构,Saleh-Valenzuela结构,或有限状态马尔可夫链结构)假定,随机过程模型。随机参数特性依赖于预定义的广义环境(如农村或公路环境)以及不同的假设。参数化模型,密集的测量在不同的场景中必须执行。然后调整以适应信道模型参数测量的结果。提出了一种利用delay-Doppler剖面模型(64年,65年C2C渠道)。这个模型也采用IEEE 802.11 p标准组织的发展系统。然而,大范围固定不相关散射(WSSUS)假设信道模型并不能反映的非平稳信道脉冲响应的测量报告C2C环境。作者在66年C2C)提供参数信道模型的基础上,利用延迟结构。提供了三种模型类型,两个是non-WSSUS WSSUS基础,第三个是基于假设。参数给出了信道带宽5和10 MHz使用测量由作者在高速公路和城市场景中。这些测量是在不同时间和不同流量条件下。在模型更新的结果67年)使用相同类型的通道模型描述传播通道带宽的20日,33.33,50 MHz,相同的数据从测量运动66年使用了)。在[68年),瑞利衰落信道模型使用一个有限状态马尔可夫结构作为一个进化的两国马尔可夫通道称为Gilbert-Elliot通道(69年,70年]。有限状态马尔可夫模型后来被开发模型隧道通道(71年)和快速时变C2I频道(72年]。测量T2G在高架桥环境和农业环境中执行(73年,74年]。在[73年LTE技术的评估和发展高铁通信。在[74年),作者提出了一种二维Ricean增殖系数通道模型基于测量结果。

3.3。在车辆

审查内部车辆通道模型火车之前,我们首先总结文献在类似的环境中,也就是说,公共汽车和飞机客舱。在分章结束的时候,所有出版物列出和突出显示在表的主要方面1。

而只有[11)测量通道内一辆公共汽车,12- - - - - -21机舱内部的渠道。所有测量数据进行固定车辆。此外,(11,16,17)考虑乘客通道测量的影响。的大型宽体小屋A380飞机有两个通道,(16)显示了超宽频的减少延迟扩展测量3至8 GHz。很明显,这些结果并不直接适用于火车环境客运列车通常是单一的通道。与此形成鲜明对比的是(11,17)得出结论,人类运动引起较大的延迟传播5 GHz的测量带宽50 MHz内总线或中型单过道飞机。飞机客舱的测量(12,13,15,16,18,19]显示一致之间的路径损耗指数两个和三个中型到大型飞机根据测量设置中,载波频率和带宽。作为例外,这些发现,估计路径损耗指数低于一个军事飞机的货舱20.,21]。在这里,不同的行为源于金属舱不含设备,吸收超宽频信号。类似的行为可能会空货舱内的火车。

当考虑到带宽的测量,我们可以区分窄带、宽带,和超宽频的测量。超宽频的测量(13,16,19- - - - - -21),发现变化很大程度上取决于准确的测量设置,通常需要大量的多路径组件模型的信道特征准确,例如,(20.]。宽带模型展览对于载波频率在2或5 GHz频率选择性衰落11,14,17,18),同时包含Ricean和瑞利衰落路径。3-path录音延迟线模型可以充分描述的客舱通道行为(11,17]。1 MHz带宽的,生成的信道模型是一个平衰减模型(15]。在舱外信号传播的影响,然后输入并不认为,除了环境描述11]。

在[22,23]intravehicle和车辆间通信链路进行了分析使用2 GHz频率和5 GHz中心。测量结果表明,信号可以通过窗户进入汽车车辆间传播,其贡献可以比洛杉矶更相关的信号。在[24)宽带传播分析完成了一个通道测深仪使用平面和全向天线在不同的位置在一个载波频率为2.35 GHz。这两种类型的天线的性能比较,获得更大的路径损耗的平面天线,而关于延迟扩展显示类似的性能。

作者在25]分析了车辆间的传播路径损耗和延迟和intravehicle通信链接。所有的测量都是用矢量网络分析仪(VNA)使用100 MHz集中在2.45 GHz的带宽;结果显示路径损耗略小于在自由空间的传播。在[26]作者研究了波传播的火车,专注于无线传感器网络(WSN)应用程序,并考虑到无线设备需要安装在火车下,例如,对于转向架状态监测。窄带方法之后在434 MHz无线信道特征的信号发生器,频谱分析仪。结果显示的路径损耗的增加情况下天线位于火车的情况相比,天线在火车。

光线追迹模拟器还可以用于描述车载传播(27,28];然而,结果是高度依赖于仿真模型的准确性。

为了描述车辆间通信的传播环境,无线信道测量活动是在29日]。这个活动是在洛杉矶Sagra Mocejon维修设施,西班牙。对于这些测试火车定位在一个开放的领域,以获得多路径从火车本身而不是从外面周围的对象。观察到,在火车外没有反射,汽车的内部之间的无线电通信和转向架发生由于衍射信号的窗边和底部边缘的车。电磁模拟与CST微波工作室进行了75年)确认行为(见图6)。作为一个例子,图7显示了模拟和功率损耗测量结果在2.45 GHz之间分离的两个polarization-matched天线放置3米以下图中描述的设置6,发射机天线被描绘成1和接收机天线为2。良好的协议是观察之间的模拟和测量;模拟的主要区别是,更高的能量射线收到第一次20米后,将用于汽车获得完美的导电结构合理的仿真时间,使汽车的内部反射比在现实情况。另一方面,它可以指出−75分贝的损失第一线的组合50 dB自由空间(即损失。3米,2.45 GHz) + 25 dB的衍射损失在窗边。

也观察到当基站车内和车下的传感器节点,相干带宽变化在2.45 GHz 1.5和4兆赫之间,减少基站之间的距离较大,传感器节点。当基站和传感器节点都是在车里,不同15至25兆赫。另一方面,延迟传播大基站时车内(13.3 ns - 100 ns)比什么时候下(8.7 ns - 13.3 ns),由于多路径越强。

最后,衰减的链接,当基站内,后从85年到88年的2.45 GHz,虽然从34到53 dB时在车下。天线的交叉极化的影响当《路径盛行,导致一个衰减增加10 - 15分贝。

从这些结果得出定位基站根据车辆提供一个更加稳定的链接时,较低的延迟和更高的传播。然而,必须指出了网络带宽低于将遭受平坦衰落,因此空间天线多样性和/或频率捷变需要实现来克服这个问题。

3.4。外面的车

存在一些工作相关的表征train-to-ground无线传播(30.,31日]。像高架桥结构的影响和地形岩屑(峡谷)到train-to-ground通信gsm - r一直与分析(32- - - - - -35]。在[36)一项调查T2G通道测量提供了HST和模型。总体结果表明,古典模型传播损耗衰减预测是不准确的。

虽然T2G信道的研究是全面、传播渠道T2T很难描述的文学。测量和分析[T2T频道进行的37考虑使用利乐的。作者在38)描述一个通道模型直接T2T链接在400 MHz中心频率根据已知移动无线电通信模型。第一测量结果T2T测量提出了在铁路环境中使用ITS-G5 (39]。所有提到的出版物以外的概述车辆无线通信是列在表中2。

3.5。确定差距

总结现有的信道测量和模型表明,现代无线T2T应用的重要方面是失踪。少量的调查T2T方面是有限的低火车速度或较低的频段。大部分的测量和结果指T2G信道模型。所示(36]T2G调查。在几个出版物蜂窝通信信道模型设计(C2I)用于C2C通信。节中提到的点2.4差距已确定。

3.5.1。铁路环境

根据跟踪的位置,铁路可以完全不同的环境与汽车的环境。此外,汽车在街道不同的形状更严重而波传播的火车。另一方面,大部分的人工和nonartificial障碍旁边发现道路(见表3)也可能发生在铁路旁边。

最具挑战性的和多样化的环境之一通信在铁路交通隧道。地下火车尤其是高铁和通勤列车在隧道运营。隧道的形状和材料严重影响传播:用钻孔机(即隧道挖掘。光滑的墙壁,几乎没有改变他们的横截面;参见图8(一个)(即),人为的隧道。,frequent changes on tunnel section, walls made of bricks, etc.), one-track tunnels (Figure8 (b))、站(pit-shaped和tunnel-shaped数字8 (c)和8 (d)、职责)。

3.5.2。高总速度

之前的测量报告在地下或通用铁路环境主要集中在T2G链接。车辆间,未来的测量应当关注intravehicle interconsist,从中期T2T链接速度在地铁网络高总速度高铁。

的intravehicle场景中不同元素之间的无线连接进行了在一个车(见图9(一个))。这些将视线链接,主要是影响车辆和乘客的内部结构。应当测量这几个场景,如人的存在/运动和狭窄/宽火车计,以及车辆有/没有走廊之间(即。、连续和不连续的火车;参见图11)。

车辆间场景包括无线链接,超越单个车辆,包括未来车辆和车辆的外观(屋顶和转向架);参见图9 (b)。在这种情况下,内部环境(见图11)和火车外的结合速度是影响传播渠道。因此,有必要测量和模型不同的传播环境有不同的速度。

一个interconsist连接建立一个由和另一个之间的无线连接,与天线位置的屋顶上火车。天线的位置可能不同之间的中心和边缘的车(见图10)。在全向天线的情况下,高的多普勒频移产生的高速火车结合反射或散射多路径组件位于周边环境可能导致接收信号的主要影响。如果使用定向天线曲线半径和列车振动需要考虑束宽度的天线。

3.5.3。高的相对速度

两个关于T2T移动列车通信之间的通道之间的干扰以及相邻列车使用相同的无线技术很难在文学讨论。不同的场景两列火车停下来,仓库位于平行(即。,continuous interference) to two trains driving next to each other on parallel tracks in the same or opposite direction. The antennas should be placed both inside and on the roofs of the vehicles as shown in Figure12。非常有趣的是多普勒频移的影响在接收机端。由于可能的相对速度600公里/小时以上,高多普勒可能发生变化。

4所示。结论

在这篇文章中,我们概述了现有的通信系统在列车和未来无线系统提出了新的可能的方向。目前,在火车主要有线通信系统。提高列车的正常运行时间,需要更可靠的通信系统代替电缆和连接器,受到机械振动在铁路业务。此外,无线系统可以使新的应用程序,如虚拟耦合改善铁路系统的效率和安全性。

接下来,我们调查了信道模型适合用于模拟对于铁路应用程序,我们区分确定性、几何投影随机,唯一的随机信道模型。虽然一方面确定的信道模型的缺点需要非常详细的环境描述,计算昂贵,轻易不能通用,然而,提供空间相干的方法提供了好处无线电传播模拟。这是有利于未来预测自适应通信系统无线信道的状态来确定可靠通信所需的服务质量可能或者警报需要提高。另一方面唯一的随机信道模型不需要详细描述的环境中,廉价的计算,可以很容易地推广。SCM的缺点是空间相干性的传播通道模拟难以实现。几何随机信道模型提供了两种模型的优点,同时打击了他们的缺点。

很多文献发表包含信道模型与无线通信相关的内部和外部培训;参见[11- - - - - -35,37,38)和引用。内部车辆模型、信道测量在公共汽车或飞机可以应用于火车车辆由于类似的形式。然而,这些忽视铁路环境的影响与火车相关的测量和模型(22- - - - - -28]。大部分的测量在地铁或一般铁路环境和其产生的渠道模式是指T2G通信基于蜂窝移动网络(30.- - - - - -35]。在文献中少数调查为T2T传播渠道上做链接。这个名单的调查方面的出版物是有限的低火车速度或较低的频段。

因此,我们发现差距铁路通道特性的环境,高总速度,和高相对速度测量无线电传播。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢支持欧盟委员会通过Roll2Rail项目(48,Shift2Rail灯塔项目之一76年在地平线2020项目)。Roll2Rail项目已经收到了欧盟的资助下地平线2020研究和创新项目资助协议。636032年。