【高铁无线信道的难点及解决方案综述3900字】

高铁无线信道的难点及解决方案综述目录TOC\o"1-2"\h\u8589高铁无线信道的难点及解决方案综述 1154471高速环境影响无线系统传输性能因素分析 23402高铁移动网络信号覆盖的两个难题 3131162.1多普勒频移 361722.2重叠覆盖距离 3169333高速覆盖解决方案理论知识 4在使用无线通信的过程中，通过发送端以及接收端之间的无线电波来传递信号数据，整个传播过程可能会受到三类现象的干扰，分别是:散射、反射以及绕射。所以其传播非常复杂，不能准确估计。无线信道有一个非常明显的特点就是衰落，这代表了信号随着时间以及频率的变化而发生着改变。与普通的信号衰落产生的加性噪声不同，它是一种存在于信道内的非加性的信号退化源。这种衰落是通过多种途径的传播导致的，因此被称作多径衰落;而由于传播过程中遇到障碍而产生的阴影效应，被称之为阴影衰落。从更为广义的角度来讲，衰落可以被分为两种形式，一种是大尺度的衰落，由长距离的运动造成，譬如一个小区的长度，路径损耗在通常情况下可能会导致大尺度衰落，比如大型的建筑物或者是山体产生的阴影都可能造成这种衰落;而另一种就是小尺度衰落，通常是指信号的快速变化，主要是指较短距离的移动造成多种途径的信号强度变化，影响信号接收范围以及频率的选择。链路预算对于系统的规划而言非常关键，通过观测接收到信道的强弱变化可以估计出信号的强度，同时还可以对门限的功率进行比较。在进行链路的预算时主要的参考条件就是路径损耗以及衰落。在下面的图2-2即为链路预算所受的影响。图2-2小尺度衰落与大尺度衰落通过测算发出端以及接收端之间的长度可以得出平均的路径损耗值，但是小尺度衰落以及阴影衰落并不能通过准确的计算获得，只能根据其随机特性通过分布来进行预测。一般情况下，阴影衰落呈log形式分布。因为这些衰落无法确定，所以必须设定一个功率的限值，将信号强度包含在这个限值内的概率要达到98%到99%。就像上图所显示的一样，无论是大尺度衰落还是小尺度衰落都是关键的部分。高铁上所应用的通信系统具有其独特的优势，也存在很多不妥之处。首先，因为移动的速度非常之快，并且存在反馈的延迟现象，因此在估计很多使用者的来波到达角(DirectionOfArrival,DOA)时会出现很大的偏差，导致以往的波束赋形技术受到影响。另外，高铁快速移动导致的多普勒效应、快速的切换以及车体密闭造成的额外损耗都会对高铁通讯系统造成负面影响。当然高铁也有一些独有的特色，比如高铁具有线性的结构，运动路径固定，可以实时获得列车的位置以及速度信息等等一系列的特点，通过这些信息可以帮助通信系统合理的调度分配。1高速环境影响无线系统传输性能因素分析高速运行的条件下，对于通信而言最为关键的两个影响因素为;多普勒频移以及信道的迅速转变。当移动用户终端在高速运动时，接收到的频率与发射的频率会有所不同，可能会带来现有的多载波技术的上行以及下行的链路的子载波出现频移现象，这种发生了频率偏移的子载波会对用户接收信号造成一定的影响，降低了系统的整体性能，后果严重。另外，信道的迅速转变也将对目前的多载波技术造成不利的影响，通常情况下，这种频繁改变信道的操作会导致用户所接收范围内的信号发生衰落，这主要是因为所应用的导频密度不是可以随意选择的，会给信道的操作造成很大的误差，同时还会使得系统的反应时间变长，从而影响到整个系统性能的发挥。衰落的种类一般可以分为三种，分别是:大尺度衰落、中尺度衰落和小尺度衰落。其中对于信号的接收效果影响最为明显的就是大尺度衰落，信号的传递会向外界辐射能量，信号被传送的越远，能量也就越小，而且还会受到折射以及散射等对信号的干扰和影响。而中尺度衰落通常情况下是因为受到高山或者是建筑物等一些体积较大的物体的遮挡造成的，也因此被称之为阴影衰落。在信号的传播过程中，由于这一因素的作用信号的频率会忽上忽下，使接收端无法正常工作。对于小尺度衰落而言，其成因比较复杂，包括接收以及发射信号重叠造成的信号混乱失真，多种途径产生的信号其频率具有随机性，所以不同频率的信号叠加之后就会出现异常的衰落，这就是小尺度衰落，也可以称之为快衰落。它会造成信号的功率抖动，将原本平滑的信号曲线变得抖动异常。这使得接收到的信号错误，带来严重后果，必须加以处理。2高铁移动网络信号覆盖的两个难题2.1多普勒频移发展到第四代的通讯系统，其设计必须可以满足移动终端从静止加速至300千米每小时的速度时仍能够保持性能稳定。而通常通信信道都是通过多种途径发生衰落的，信号的强度以及相位都是不断变化的。对多普勒频移进行估算的方法包括。基于信道相关特性的估计。即对信道参数的包络或者是均方包络进行相同的采样，对其差距进行统计得出平均值，并通过判断函数关系来进行估算。基于电平通过率的估计。即在一定的时间范围内统计电平的次数，以此来进行估算。基于分集接收的估计。通过上述方式得出的估计值一般还会受到运行速度以及信噪比的影响，要想得到更加准确的估算值，还要通过信噪比进行校正。2.2重叠覆盖距离当移动终端接收的信号强度在某一个小区内衰落到某一值时，就会发生切换或者是重选小区的操作。为了使这一过程顺利进行，移动终端在进入新的区间前，信号强度要保持在门限值以上，这样才能保证不会出现脱网或者是通话中断现象。所以，对于相邻的小区而言，起覆盖区域的选择和协调就显得非常重要。越区的切换进行与否还要根据不同的原则来执行，通常情况下包括:业务处理量、运行距离、信号强度以及载干比等等。载干比。信号强度。移动台距离—当移动台运行至另一个小区内时，通过判断它与发射基站之间的长度便可以判断是否需要进行切换。如果长度超过了设定的值就要进行切换。其实，现实生活中，测定载干比是很不容易的，网络负载的参考价值有限，而移动台距离也不可能测算的非常准确，所以最可靠的还是根据信号的强弱来进行判断。3高速覆盖解决方案理论知识(1)自适应频偏校正算法速度越快，多普勒效应就越严重，接收基站必须能够判断与发射终端之间频率的误差来进行校正，不然就会影响到整个链路的性能发挥。同时，接收基站还要解决频率快速变化所带来的一系列麻烦，能够对其进行适宜的补偿。校正偏频的方法主要是通过实时监测子帧频率的偏移状况，然后校正随之而来的相位的偏移，提升整体性能。具体校正偏移的方法就是通过基站对上行信号的偏移情况进行记录，然后对接收信号的频率进行调整，以补偿其发生的偏移效应;同时，对下行的信号设定相同的补偿偏移，让用户能够正常接收信号。通过上述校正机制，可以令接收频率通过校正与真实频率相近，最大误差小于100Hz。单信号蜂窝区多RRU(RadioRemoteUnit，射频拉远单元)级联技术通过观察LTE系统的覆盖情况可以发现，通过提供小区的覆盖面积，降低切换次数可以确保信号蜂窝区间能够进行安全稳定的切换操作。想要扩大小区的覆盖面积可以采取基带池+RRU的网络覆盖方案，也就是把不同的RRU进行组网操作，将其通过基带合并技术并入同某一相同的信号蜂窝区内。将相同的信号蜂窝小区内的RRU分布在铁路的沿途，降低切换次数，增强网络覆盖系统的性能。如图2-3所示，下行方向等同于有多个站点来发射同一个频段的相同信号。使用终端能够在RRU的覆盖的重叠区内接收到增强的信号，所以下行信号的强度被提高了。而看上行方向可以发现，基站等同于通过多种路径进行接收，不同RRU覆盖小区的终端用户的信号都可以被这几个RRU共同接收到，然后再将接收到的信息传送到基带池，通过基带进行整合收集，这样就可以更加灵敏的接收终端的上行信号而少受到千扰。图2-3RRU级联技术密闭的高铁车厢具有屏蔽信号的作用，因此为保证信号强度就不能将覆盖面积扩展太多。不同的RRU在一个信号蜂窝区内时，覆盖的面积出现重合的情况，重合部分的信号强度增加，刚好能够应用于铁路沿途的网络覆盖。车厢内覆盖车厢穿透损耗的特点如下:首先，如果掠射角降低，则穿透损耗的增加幅度反而会随之提高。其次，如果掠射角小于10度，则穿透损耗的增加幅度会出现快速提升的情况，再次，车厢不同部位的穿透损耗存在很大差异。最后，CRH动车的整体平均穿透损耗大约为25dB。所以，在设计发射站点时，其位置最好偏离铁轨一段距离，并且其信号发射方向要与轨道存在一个夹角，降低穿透损耗。当然，为了减少损耗对信号强度的影响，基站的建设还是不能距离铁路太远，距离50m到200m比较适宜。车载直放站方案车载直放站的应用可以让高铁在快速行驶的情况下优化网络信号的覆盖面积，能够应付多普勒效应造成的频率变化，兼容性也非常好，同样可以应用于没有频移的传统终端设备。通常情况下，可以在动态模式下控制信号的增益，通过判断下行信号的强度就可以自行调节上/下行的增益，并且，上行的增益是由下行增益的变化来进行调节的，这样就可以防止因为增益太高造成上行噪声，导致灵敏度下降;通过调整上行以及下行的增益可以确保整个覆盖范围内的信号稳定;因为高铁网络覆盖系统的用户基本都是乘坐高铁的旅客，因此其信号的上行会受到限制，所以车载直放站通常会进行上行信号强度增强的规划。高铁组网方案高铁上的网络覆盖系统应用的是专网，‘仅用来供高铁上的用户使用，高铁之外的用户无法接入使用。专网的组网方案只会在车站或者是其他高铁停留的位置可以切换至大网，通常情况下都只进行链形邻区之间的切换，并不和大网之间进行切换。这就能够确保乘客