新一代鐵路無線移動通信系統(tǒng)及關鍵技術研究

時間：2024-10-19　來源：網絡　作者：陳劍　點擊：次

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《交通強國建設綱要》要求到 2035 年現(xiàn)代化綜合交通體系基本形成；2020 年中國國家鐵路集團有限公司發(fā)布《新時代交通強國鐵路先行規(guī)劃綱要》，規(guī)劃綱要提出到 2035 年形成 7 萬公里的現(xiàn)代化高鐵網，率先建成智能高鐵，加快實現(xiàn)智慧鐵路。

在國家重點研發(fā)計劃“一帶一路”戰(zhàn)略性國際合作重點專項的支持下，南京郵電大學與南京泰通科技股份有限公司、西班牙馬德里理工大學共同開展新一代鐵路通信系統(tǒng)合作研究。中心牽頭完成項目研究并取得一系列列關鍵技術創(chuàng)新成果，其中包括：

提出新一代鐵路無線移動通信空地融合一體化架構，如圖1所示；

圖1新一代高速列車鐵路無線移動通信系統(tǒng)架構圖

一種車載接入代理與位置精確感知的高速列車無線移動通信新架構；
采用軟件定義無線網絡解決異構網絡的融合組網方案；
提出采用集中式衛(wèi)星代理解決應急通信和采用衛(wèi)星-列車-鐵路基礎設施相結合的鐵路物聯(lián)網通信解決方案，如圖2所示。

圖2星-車-地高速大容量鐵路移動通信示意圖

系統(tǒng)研究寬帶信道的功率延遲剖面、Saleh-Valenzuela模型、到達時間測距和路徑損耗模型等性能參數(shù)，提出了一種多徑分量的自動聚類算法；
研究實際鐵路隧道場景下毫米波頻段的信道傳播特性，針對基站到列車和列車內用戶通信信道的差異，提出一種基站—中繼節(jié)點間使用LTE-A頻段和中繼節(jié)點—車內用戶間使用毫米波頻段的兩跳MIMO中繼結構，大幅提高系統(tǒng)的容量；
提出了一種聯(lián)合波束域分解和SVD 的大規(guī)模MIMO 信道估計方法和基于波束域降維的波束成形方法；
提出了基于位置信息的面向高鐵車廂服務質量保障的大規(guī)模MIMO波束成形與功率分配方法和基于列車接入點緩存的列車到基站上行鏈路能效優(yōu)化的功率分配方法；
提出一種毫米波高鐵車地通信的自適應多波束成形與波束切換方法；
基于歷史大數(shù)據(jù)和人工智能的漸進增強高速鐵路通信方法，如圖3所示。

圖3基于大數(shù)據(jù)分析與人工智能的寬帶鐵路通信

在國家重點研發(fā)計劃戰(zhàn)略性重點專項的支持下，中心牽頭完成：系統(tǒng)總體技術方案設計、關鍵技術研究、仿真評估平臺搭建、LTE-R關鍵設備測試和試驗系統(tǒng)外場測試、5G-R鐵路專網基站設備及天線研發(fā)等。

圖4新一代鐵路無線移動通信系統(tǒng)（LTE-R）組成與關鍵設備

項目完成了LTE-R試驗系統(tǒng)研制與測試、5G-R鐵路專網基站與終端產品研發(fā)。在FDD雙工模式下，下行與上行中心頻點分別為465 M Hz、455 M Hz，信號帶寬為5 MHz的條件下，進行模擬高速環(huán)境業(yè)務測試。項目組對不同配置的高速模型和業(yè)務模式進行了測試：350km/h高速模型下的上下行業(yè)務測試；500km/h高速模型下的上下行業(yè)務測試；350km/h高速模型下的UE反復接入測試；500km/h高速模型下的UE反復接入測試。

圖5新一代鐵路無線移動通信系統(tǒng)（5G-R）網絡架構與關鍵設備

中心合作開發(fā)的鐵路5G專網基站（gNB）包括兩種產品形態(tài)，即BBU+RRU或CU+DU+RRU，基于通用計算平臺，軟件采用CU-DU分離架構，支持虛擬化部署方式，集成邊緣計算節(jié)點。支持北斗、GPS和1588 v2多種同步方式◦ 單設備支持到16T16R流量（>5Gbps吞吐率），支持單通道5W/10W/20W發(fā)射功率，滿足隧道、區(qū)間和ZC不同覆蓋場景。泰通5G-R大功率車載CPE基于LS1046A ARM處理器、LA1200基帶處理器、PMU以及大功率放大器等核心器件組成。基于基站的設計思路，開發(fā)適合鐵路的4T4R大功率車載模塊，每路輸出33dBm，總功率39dBm（8W）。2020年底鐵路5G產品在鐵科環(huán)線進行試用。