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外文参考文献翻译-中文 基于4G LTE技术的高速铁路移动通信系统 KS Sｏlanｋｉ教授，Kratika Chouhan Uｊjaｉn工程学院，印度Madhya Ｐradesh的Ujｊain 摘要： 随着时间发展，高速铁路(HSR)要求可靠的，安全的列车运行和乘客通信为了实现这个目标,ＨSＲ的系统需要更高的带宽和更短的响应时间，而且HSR的旧技术需要进行发展，开发新技术,改进现有的架构和控制成本为了满足这一要求,HSR采用了GSM的演进GSM－R技术,但它并不能满足客户的需求因此采用了新技术LTE-R，它提供了更高的带宽，并且在高速下提供了更高的客户满意度本文介绍了LTE－Ｒ，给出GSＭ-R与LＴE－R之间的比较结果，并描述了在高速下哪种铁路移动通信系统更好 关键词：高速铁路,LTE，ＧSＭ,通信和信令系统 一介绍 高速铁路需要提高对移动通信系统的要求随着这种改进,其网络架构和硬件设备必须适应高达500公里/小时的列车速度HSR还需要快速切换功能因此，为了解决这些问题，H ＳR需要一种名为LTＥ－R的新技术,基于LＴE-Ｒ的ＨSR提供高数据传输速率，更高带宽和低延迟。

LＴＥ－R能够处理日益增长的业务量,确保乘客安全并提供实时多媒体信息 随着列车速度的不断提高,可靠的宽带通信系统对于高铁移动通信至关重要HSＲ的应用服务质量（QO Ｓ）测量,包括如数据速率，误码率（ＢEＲ）和传输延迟为了实现ＨSR的运营需求，需要一个能够与LTE保持一致的能力的新系统，提供新的业务,但仍能够与GＳＭ-R长时间共存 HSＲ系统选择合适的无线通信系统时，需要考虑性能，服务,属性,频段和工业支持等问题４G ＬＴＥ系统与第三代（３G）系统相比，它具有简单的扁平架构, 高数据速率和低延迟在LTＥ的性能和成熟度水平上,ＬTE- railway(LTE-R)将可能成为下一代H ＳＲ通信系统 二ＬTE-R系统描述 考虑LTE-R的频率和频谱使用，对为高速铁路(HＳR）通信提供更高效的数据传输非常重要高铁是重要的战略基础设施，因此需要专门为其分配大量的频谱块包括欧洲铁路局(ＥRA）,中国铁路在内的一些行业机构正试图对高铁使用的频谱进行划分目前，尽管在一些国家也使用700-９ 0０MHz频段，但大多数LTE系统工作在１GHｚ以上的频段，例如 1.8,２.1,２．３和2.6GＨｚ。

较高的频带提供较大的带宽，提供较高的数据速率,而较低的频带对应较长的距离由于高频段传播损耗较大,衰落更严重，因此建议LＴＥ－Ｒ小区的半径保持小于２ｋｍ[由于HSR中信噪比（SN Ｒ）的严格要求]，但是这导致频繁切换和为满足更高的ＢS密度而投资更多资金因此,4５０-４70 MHｚ,８０0MＨz和1.4ＧHz等低频带已被广泛考虑450－４７０ＭHz频段已经被铁路行业所采用此外，LTE的载波聚合能力将允许使用不同的频带来克服容量问题图1(b）给出了中国４50?4７0 MHz频率的详细分配[1２］，在该频带内为LTE-R分配足够的带宽是可行的在欧洲，UIC的FRMCS 希望通过在当前的ＧSM－R投资基础之上,重复使用现有的无线站点这可以节省高达80－9０％的网络成本铁路也考虑继续使用GSM-R无线,因此,1 GHz以下的频谱划分在欧洲更具成本效益但是，频段的选择取决于政府政策,因国家而异标准LTE包括演进分组核心（EPＣ)的核心网络和演进通用陆地无线电的无线电接入网络（E-ＵTＲAN)基于互联网协议(IＰ)的EＰＣ支持语音和数据到小区塔的无缝切换,并且每个E-ＵTＲAN小区将通过高速分组接入(ＨSPA)支持高数据和语音容量。

作为HSR下一代通信系统的候选者ＬTE－R继承了LTE的所有重要特性,并提供额外的无线接入系统与车载设备（OＢU)交换无线信号，与ＨSR特定需求相匹配图2给出了根据[4］的LTE-R的未来架构，它表明LTＥ-R的核心网络以后兼容GＳM-Ｒ与公众LTE网络相比，LＴE-R在架构，系统参数，网络布局，业务和QoS 等方面存在很多差异列车信息由RB Ｃ和机载无线电设备检测这提高了列车跟踪的准确性和列车调度的效率LTER也可用于为未来的自动驾驶系统提供信息传输 基于未来HSＲ通信的QoS要求，ＬTE-R的优选参数总结在表1中请注意,LTE－Ｒ的可靠性将超过容量该网络必须能够在复杂的铁路环境中以50０ｋｍ／h的速度运行因此，正交相移键控(QPSK)调制是优选的，并且必须尽可能减少重传的分组数量 三LTE-Ｒ服务 HSR通信打算使用一个完善的／现成的系统，这些系统需要对某些特定需求的服务级别定义进行正如Ｅ-Train项目[6］所建议的， LTＥ－R应提供一系列服务来提高安全性,服务质量和效率与GSＭ-R的传统业务相比,描述了LTE-R的一些特性 1）控制系统的信息传输:为了与ETCS-3或中国列车控制系统第4级(ＣTCS-４)兼容,ＬTＥ-R通过无线通信实现控制信息的实时信息传输,延迟时间<50 毫秒．当ETCS-2 ／ CTＣＳ-3中的轨道电路检测到列车的位置信息时,在ETCＳ-3 / CTＣS-4和LＴE －Ｒ中，火车的位置信息被RBC和机载无线电设备检测到。

这提高了列车跟踪的准确性和列车调度的效率ＬTE-R也可用于为未来的自动驾驶系统提供信息传输 2) 实时监控：LＴE-Ｒ提供前轨道，驾驶室和汽车连接器状态的视频监控；轨道状况的实时信息监测(如温度和探伤）;对铁路基础设施（如桥梁和隧道)视频监控以避免自然灾害；和对交叉轨道的视频监控以检测低温下的冻结监控信息将与控制中心和高速列车实时共享，延时小于３００毫秒尽管上述一些监视可以通过有线通信进行，但基于无线的LTER系统对部署和维护而言更具成本效益 ３) 培训多媒体调度:LTＥ-R为调度员提供驾驶员和车场的全部调度信息(包括文本，数据,语音,图像,视频等），提高调度效率它支持丰富的功能,如语音中继,动态分组,临时组呼，短消息和多媒体消息 4) 铁路应急通信:当发生自然灾害,事故或其他紧急情况时，需要在事故现场和救援中心之间建立即时通信，以提供语音,视频，数据和图像传输铁路应急通信系统使用铁路专用网络,以确保与GSM-R相比快速部署和更快的响应速度(延迟<100mｓ) 5) 铁路物联网(IOT)：LＴE-R提供铁路物联网服务，例如实时查询和跟踪火车和货物它有助于提高运输效率并延长服务范围。

此外,铁路物联网还可以提高列车的安全性今天的大多数列车依靠位于偏远地区的轨道交换机借助IOT和远程监控,可以将交换机的轨道基础设施重新转换为电力线，可以自动执行许多常规安全检查并降低维护成本 除了之前列出的功能之外，还应包括LＴＥ-R的其他一些服务,例如动态座位预留,移动电子票务和乘客信息的无线互动 基于UIＣ，中国铁路和ERＡ的技术报告,图3总结了LTE-R未来可能提供的服务值得注意的是,高速列车内的乘客的宽带无线接入不由LTＥ－Ｒ提供因为其带宽有限一些针对火车乘客的宽带无线接入的候选者已经被探讨过，例如Wi－Ｆi，全球微波接入互操作性（ＷiMAX）, 3G / 4G / ５G,卫星通信以及光纤无线电(RoF) 技术［13] 四LTＥ-R挑战 与LTE-R相关的挑战有以下几个 1) 特定于HSR的场景:在的LＴE 标准中，提出了HSR的信道模型,其仅包括两种场景，即开放空间和隧道,并且在两种场景中都使用非衰落信道模型但是，如[1５］所示，HＳR的严格要求(高速，铁轨平坦度等)导致许多特定于HＳＲ的环境,例如高架桥,岩屑和隧道这些情景中的传播特性是不同于传统的蜂窝通信，可能会明显影响GSM-R 和LTE-Ｒ的系统性能。

过去，为了描述GSM-R频带的HSR信道,进行了一些测量，并且已经提出了基于情景的路径损耗和阴影衰落模型,用于930ＭHz的GSM－R然而,这项工作仍在进行中,许多科学问题尚未在LTE－R频段得到解决，例如传播损耗,多径分量(ＭＰC）的几何分布以及这些HＳＲ特有的二维/三维角度估计环境有必要ＬTＥ-R的链路预算和网络设计开发一系列信道模型，并且需要广泛的信道测量 2) 高机动性:高速列车通常以３50公里/小时的速度运行,而LＴＥ-R 则支持500公里／小时高速度导致一系列问题首先,高速度导致信道的不平稳，因为在短时间段内，列车通过MPC发生显著变化的大区域非平稳性的表征特别重要, 因为它影响单 载波和多载波系统的BＥR（误码率)其次，高速度导致接收频率的偏移，称为多普勒频移例如,如果频率为2.6 GＨz，则３5０km/ｈ的最大多普勒频移为8４３Hz,而1０kｍ／h的行人移动速度仅为24 Hｚ严重的多普勒频移会导致信号的相移，并可能损害角度调制信号的接收然而，由于高速列车大多以已知速度沿着预定线路移动，因此可以通过使用实时记录的速度和位置信息来跟踪和补偿多普勒频移。

第三,由于高速，ＨＳR环境中会出现大的多普勒扩展对于LTE－R(宽带系统），多普勒扩展通常会导致信号与干扰加噪声比的损失，并会妨碍载波恢复和同步多普勒扩展也是正交频分复用(OFＤＭ)系统特别关心的问题,因为它会破坏OFDＭ子载波的正交性应考虑几种方法,如频域均衡和载波间干扰自消除方案[18] 3) 延迟扩展：延迟扩散会导致OF ＤM子载波之间的正交性的丢失,并且应该使用称为循环前缀（CＰ）的特殊类型的保护间隔延迟弥散决定了所需的CP长度LＴE支持短（４.76毫秒)和长（16.６7毫秒）ＣＰ方案对于短ＣＰ方案，两个ＭPＣ之间相应的最大路径长度差为1.4公里由于铁路通信的目标是提供线性覆盖，因此广泛使用沿轨道具有主瓣的定向Ｂ S天线，因此发射功率集中在窄条形区域直观地说,我们预计短CP方案对于LTE-Ｒ是足够的这主要是因为高速列车主要在（半）郊区/郊区环境中行驶，而在这些环境中，散射点很少但是，在一些具有丰富多次反射的特殊环境中,如岩屑,预计会出现较大的延迟差异(注意这是需要基于测量的验证）,并应使用较长的CP方案另一个大型延误传播的例子发生在沿着铁轨[1９］的山区，特别是在火车进入和离开隧道前后。

需要进行更多测量来解决HSR环境中延迟传播的现象，并且需要像使用通用LTE一样根据环境调整ＣP 4) 线性覆盖:在ＨSR中，使用沿轨道定向天线的线性覆盖，其中定向ＢS 天线将它们的主瓣沿着轨道定位,以使其功率效率更高线性覆盖带来一些好处,例如,与火车的已知位置相比，可以设计具有良好性能的基于距离/时间的波束形成算法然而,值得注意的是，线性覆盖的链路预算和性能分析与蜂窝系统的环形小区不同,例如用于确定覆盖区域的百分比众所周知,由于阴影衰落的影响，覆盖区域内的一些位置将具有低于特定阈值的接收信号计算边界覆盖与覆盖区总体百分比的关系对链路预算和整体网络规划非常有用在图４中,我们使用基于Ｈata的链路预算模型比较线性和圆形小区覆盖面积百分比，我们可以看到HSR中的线性覆盖范围通常具有较高的覆盖区域百分比.在设计LTE-Ｒ网络时应该仔细考虑这一点，以避免过度部署基站 5）稀疏多径：稀疏多径信道表示角度延迟多普勒域中可分辨路径的稀 疏分布例如在高铁桥和农村地区的一些开放地区,散布者很少HＳＲ的线性覆盖范围也减少了发射机/接收机可以看到的散射体的数量在这些环境中可以有一个稀疏的多路径通道。

但是,支持多输入多输出（MIMO)传输将成为LＴE-Ｒ不可分割。