[发明专利]磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法

说明书

本发明公开了磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，属于地面交通车地通信技术领域。首先部署包括宏站、宏站交换机以及若干CCS在内的宏站端基础设施，在每个CCS覆盖范围内等间隔分散部署若干RAU，每个CCS配置的天线都采用分布式结构，通过DRoF拉远；然后部署包括车载中继站ORS、车载交换机和若干列车运控设备在内的列车端基础设施。各列车运控设备的数据汇集到车载中继站ORS统一进行处理；ORS通过DRoF连接着车载天线单元，并且车载天线单元置于列车的首部和尾部，实现分集接收。最后构建宏站端基础设施与列车端基础设施的通信场景，完成双向通信链路的数据传输；本发明增大了小区的覆盖范围，避免磁悬浮列车在高速行进过程中的频繁切换；功率损耗很低。

技术领域

本发明属于地面交通车地通信技术领域，具体是一种磁悬浮列车车地通信基础设施部署方法，用以增大车地通信覆盖范围，避免频繁切换，提升高速移动场景下的车地通信鲁棒性。

背景技术

磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，日本于2015年在山梨试验线创下了603km/h的超导磁悬浮最新时速记录。不论是传统轮轨列车，还是更快速的磁悬浮列车，列车与地面控制中心之间的通信都十分重要，必须要保证列控数据能够实时、可靠地传输。磁悬浮列车的高移动速度无疑给车地通信系统的设计带来困难，多普勒扩展、越区切换频繁都会对信号的接收产生不利影响。

现有的铁路通信标准包括GSM-R(Global System for Mobile Communications-Railway)、LTE-R(Long Term Evolution-Railway)等，GSM-R在全世界的普及度很高，小区覆盖范围为8km，下行/上行峰值传输速率为172/172kbps，可支持的列车最高移动速度不超过500km/h，越区切换采取硬切换的方式，有一定存在切换失败的几率；LTE-R已经完成了频段的划分，目前尚未在世界普及，小区覆盖范围在4～12km之间，下行/上行理论上峰值传输速率为50/10Mbps，理论上可支持的列车最高移动速度也是不超过500km/h，越区切换采取软切换的方式，切换成功率可达99.9％以上；参考文献1：R.He et al.High-Speed RailwayCommunications:From GSM-R to LTE-R[J],IEEE Vehicular Technology Magazine,vol.11,no.3,pp.49-58,Sept.2016。

GSM-R的优势在于技术成熟、业务覆盖广，包括列车调度通信、牵引变电调度通信、应急通信和道口通信等，能够较好满足列车通信需求，但公共通信网络的潜在增长会对GSM-R的通信频段产生严重干扰，并且GSM-R信道容量低、传输速率慢，无法满足更加多样性的车地通信业务；LTE-R的优势在于，使用了复用和调制方式(正交频分复用OFDM/正交相移键控QPSK)，提高了吞吐量和频谱效率，虽然没有广泛使用，但是已经是较为完善的成型系统，且提供了与GSM-R的标准化互通机制，但困境在于，OFDM对多普勒频移十分敏感，即便采用频偏估计与补偿技术，支持的列车运行速度也不超过500km/h。

随着移动通信技术的发展，低频段已经接近饱和，需要使用高频段通信来满足吞吐量的需求，这也意味着蜂窝基站覆盖的小区半径越来越小，根据弗里斯自由空间传输公式，通信频段越高，电磁波在自由空间传播的衰减就越大。对于更高频段的通信场景，若在基站端设置一根天线进行发送接收，不对天线的发射功率和发射增益进行特殊设计，那么一个基站的覆盖半径将会十分小，当列车高速行驶时，会引发极其频繁的越区切换，这样会导致通信链路极不稳定，系统鲁棒性急剧降低。

现在高铁是直接与地面基站通信，并且移动速度较快，越区切换频繁，失败率高，所以高铁上的通信服务质量很差，经常连不上网，打不了电话。如果磁悬浮列车使用与高铁一样的通信制式，那么通信链路会更加不稳定。超导磁悬浮技术可以大大减低摩擦阻力，未来磁悬浮列车的运行速度一定会高于500km/h，甚至可能达到1000km/h量级，为了提高越区切换的成功率，提高车地通信的鲁棒性，急需磁悬浮列车车地通信基础设施部署。

发明内容