基于ROF技术的高速铁路客车无线接入网络构建研究

摘要

高铁无线通信网络，有效地改进了高速移动环境下通话质量下降、容易掉话、数据速率严重下降等通信质量问题，促进了高铁信息化和通信高速化的发展，满足了人们在高速移动环境中对无线通信网络的需求，使无线通信走进了高铁列车，开辟了新的市场。
　　ROF（光载无线通信，radio-over-fiber）技术是无线通信与光纤通信结合的产物，具有无线通信和光纤通信的优势。ROF系统中运用光纤作为基站与中心站之间的传输链路，直接利用光载波来传输射频信号。光纤仅起到传输的作用，交换、控制和信号的再生都集中在中心站，基站仅实现光电转换。把复杂昂贵的设备集中到中心站点，让多个远端基站共享这些设备，减少基站的功耗和成本。高铁通信与传统通信不同之处主要表现在：针对对象、网络结构、建设基站地理环境等。自由空间传播模型是一种理想环境下的通用模型；Okumura-Hata模型适用于频率为150~1000MHz的网络；COST123-Hata模型适用于1500~2000MHz频段、基站高度高于周围建筑物的大/小宏蜂窝环境；Keenan-Motley模型适用于室内环境。
　　多普勒效应、频繁的小区切换、严重的车体穿透损耗、高铁沿线特殊环境下建设基站困难等因素都会造成高铁无线接入网络存在弱覆盖区域，甚至盲区。通过对这几种影响因素进行分析研究，提出了使用低频段频率和AFC算法、“移动小区”原理、列车中继天线以及电磁波传播特性这几种关键技术分别解决多普勒效应、频繁的小区切换、严重的车体穿透损耗、高铁沿线特殊路段建设基站困难四种主要困难问题。
　　高铁无线接入网络的构建主要分四个环节完成，第一，规划网络类型，其中包括确定目标和思路、规划频率、规划市区和市区外网络拓扑结构；第二，规划设计基站的站址，其中分基站与基站之间距离的横向规划和基站与铁轨距离的纵向规划；第三，单基站的规划设计，其中包括基站类型的设计、设备的选择以及设备参数的设计；第四，列车上的无线网络设计，其中包括车厢网络的构建原理和组网方式。
　　结合京福高铁铜陵段具体工程，从覆盖目标、经济、技术三个方面进行了可行性分析。根据设计流程规划了京福高铁铜陵段的基站站址，从设备的选择和相应的参数设计两个方面进行了基站设计。通过基站机房和天馈两方面施工，将理论设计与工程施工进行结合。从覆盖率、RSRP（参考信号接收功率，Reference Signal Receiving Power）、SINR（信号与干扰加噪声比，Signal to Interference plus Noise Ratio）以及系统安全性四个方面对工程项目的成果进行了验证。

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1 绪论

1.1 课题背景与选题意义

1.2 国内外现状

1.3 论文的主要研究内容及结构安排

2 基于ROF技术的无线通信网络及其相关计算模型

2.1 ROF技术介绍

2.2 基于ROF技术的无线网络模型

2.3 高铁无线通信特性分析

2.4 高铁无线网络空间传播损耗预测模型

3 高铁无线接入网络中难点问题与关键技术研究

3.1 多普勒效应分析与应用设计

3.2 小区切换分析与应用设计

3.3 列车车体对无线信号的损耗分析与应用设计

3.4 高铁无线网络对电磁波特性的应用

3.5 本章小结

4 高铁无线接入网络的构建

4.1 网络类型规划

4.2 基站的站址规划与设计

4.3 单基站设计

4.4 高速客运列车上无线网络构建设计

4.5 本章小结

5 工程实践与验证

5.1 工程概况

5.2 工程方案设计与研究分析

5.3 工程设计方案的施工与研究分析

5.4 工程成果分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果