中國(guó)集群通信網(wǎng)
新一代鐵路無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)研究
《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)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(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司發(fā)布《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》，規(guī)劃綱要提出到 2035 年形成 7 萬(wàn)公里的現(xiàn)代化高鐵網(wǎng)，率先建成智能高鐵，加快實(shí)現(xiàn)智慧鐵路。
在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“一帶一路”戰(zhàn)略性國(guó)際合作重點(diǎn)專項(xiàng)的支持下，南京郵電大學(xué)與南京泰通科技股份有限公司、西班牙馬德里理工大學(xué)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(xiàng)目研究并取得一系列列關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新成果，其中包括：
提出新一代鐵路無(wú)線移動(dòng)通信空地融合一體化架構(gòu)，如圖1所示；
圖1新一代高速列車鐵路無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)圖
一種車載接入代理與位置精確感知的高速列車無(wú)線移動(dòng)通信新架構(gòu)；
采用軟件定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合組網(wǎng)方案；
提出采用集中式衛(wèi)星代理解決應(yīng)急通信和采用衛(wèi)星-列車-鐵路基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合的鐵路物聯(lián)網(wǎng)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(dòng)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(dá)時(shí)間測(cè)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(dòng)聚類算法；
研究實(shí)際鐵路隧道場(chǎng)景下毫米波頻段的信道傳播特性，針對(duì)基站到列車和列車內(nèi)用戶通信信道的差異，提出一種基站—中繼節(jié)點(diǎn)間使用LTE-A頻段和中繼節(jié)點(diǎn)—車內(nèi)用戶間使用毫米波頻段的兩跳MIMO中繼結(jié)構(gòu)，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(jì)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(wù)質(zhì)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(diǎn)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(yīng)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(jìn)增強(qiáng)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃戰(zhàn)略性重點(diǎn)專項(xiàng)的支持下，中心牽頭完成：系統(tǒng)總體技術(shù)方案設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)研究、仿真評(píng)估平臺(tái)搭建、LTE-R關(guān)鍵設(shè)備測(cè)試和試驗(yàn)系統(tǒng)外場(chǎng)測(cè)試、5G-R鐵路專網(wǎng)基站設(shè)備及天線研發(fā)等。
圖4新一代鐵路無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)（LTE-R）組成與關(guān)鍵設(shè)備
項(xiàng)目完成了LTE-R試驗(yàn)系統(tǒng)研制與測(cè)試、5G-R鐵路專網(wǎng)基站與終端產(chǎn)品研發(fā)。在FDD雙工模式下，下行與上行中心頻點(diǎn)分別為465 M Hz、455 M Hz，信號(hào)帶寬為5 MHz的條件下，進(jìn)行模擬高速環(huán)境業(yè)務(wù)測(cè)試。項(xiàng)目組對(duì)不同配置的高速模型和業(yè)務(wù)模式進(jìn)行了測(cè)試：350km/h高速模型下的上下行業(yè)務(wù)測(cè)試；500km/h高速模型下的上下行業(yè)務(wù)測(cè)試；350km/h高速模型下的UE反復(fù)接入測(cè)試；500km/h高速模型下的UE反復(fù)接入測(cè)試。
圖5新一代鐵路無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G-R）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與關(guān)鍵設(shè)備
中心合作開發(fā)的鐵路5G專網(wǎng)基站（gNB）包括兩種產(chǎn)品形態(tài)，即BBU+RRU或CU+DU+RRU，基于通用計(jì)算平臺(tái)，軟件采用CU-DU分離架構(gòu)，支持虛擬化部署方式，集成邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)。支持北斗、GPS和1588 v2多種同步方式 單設(shè)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(chǎng)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(shè)計(jì)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(chǎn)品在鐵科環(huán)線進(jìn)行試用。
圖6新一代鐵路通信（5G-R）室內(nèi)演示系統(tǒng)
該研究方向，已完成的科研項(xiàng)目：
國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“一帶一路”戰(zhàn)略性國(guó)際合作重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目，“面向智能鐵路的新一代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)”，項(xiàng)目編號(hào)2016YFE0200200，項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)1070萬(wàn)，執(zhí)行周期2017.9-2021.6,項(xiàng)目主持徐友云，已完成。
項(xiàng)目在執(zhí)行期間，獲批科技部火炬中心中西卡項(xiàng)目認(rèn)證。2019年3月25日，科技部王志剛部長(zhǎng)在科技部會(huì)見(jiàn)了西班牙駐華大使德斯卡亞，在這次會(huì)見(jiàn)中，科技部有關(guān)人員向領(lǐng)導(dǎo)和大使匯報(bào)了本項(xiàng)目及中西卡合作項(xiàng)目。
(責(zé)任編輯：李俊勇)