列车高速直行过程中的多普勒频移分析.doc

一、意义 高速铁路是世界铁路的发展方向,它将能够提供最高达500km/h的速度。列车高速运行时,无线传播环境变得更加复杂,尤其是引入了较大的多普勒频移，在无线系统中，信道的衰落问题是限制移动通信系统性能提高的一个重要因素，主要表现为时延扩展、多普勒扩展以及慢衰落。而随着社会的进步，将无线通信应用于高速移动环境是一个必然的趋势，基于目前移动中广泛的GSM系统（全球移动通信系统Global System for Mobile communication）其作为一种专用于铁路应用的无线通信技术,在我国已经成功地应用于武广线、京津线,并将作为我国铁路专用通信的发展方向,逐步取代现有模拟制式铁路无线通信系统。而GSM系统因主要用于铁路列车调度、控制,并支持高速列车最终实现铁路通信信号一体化,要求其安全可靠性较高。 而在高速移动通信中，多普勒频移（移动引起的接收机信号频移称为多普勒频移）是影响GSM系统误码率的重要因素之一，在列车高速行驶过程中,由于多普勒效应的存在,导致数据传输过程中会产生较大的误码率对通信造成影响。当由移动台引入的多普勒频移小于100Hz时,如果信息传输速率较高,相对于由多径时延引起的码间串扰对误码率的影响,可忽略多普勒频移的影响，因为单位比特内多普勒频移引入的相位变化很小。但是在高速铁路环境下,列车高速运行带来了较大的多普勒频移,研究误码率问题时就不得不考虑多普勒频移的影响。高速环境下,多普勒效应显著，当列车速度为500km/h,载频为900MHz的时候,最大多普勒频移达到417Hz,这将影响系统信息传输的误码率、突发帧错误平均长度,同时也增加了采用相关解调方式时准确提取载波频率的难度。 因此在对无线信道进行建模分析时必须考虑多普勒频移,带来了很多不利影响。对误码率的分析也不再仅仅考虑多径时延的影响。另外,高速铁路对通信的可靠性有很高的要求,因此为了给列车的安全运行提供充分的保障,还要不断完善对高速环境无线信道特性的研究。同时,铁路特殊结构也为无线通信提供了一些有利因素,在实际设计中应该充分加以利用。因此，研究高速移动带来的多普勒效应的影响及解决是一个重要的课题。 二、基本内容 对列车高速直行过程中的多普勒频移分析,对通过多普勒影响导致的信道衰落系统的误码率进行公式推导，推导出具体的定量频移公式,获得行车过程中的频偏变化规律,并对不同多普勒频移条件下，误码率随接受端信噪比的变化进行仿真，可用于无线通信多普勒频偏的矫正。 核心流程如下： 预期达到的目标 从单基站、多基站情况下列车直行过程中的多普勒频移分析到曲线行驶过程中的频移分析，推导出具体的定量频移公式，获得行车过程中的频偏变化规律。在不考虑气候、地形等因素条件下，构建GSM—R网络无线信道传输误码率仿真模型，利用MATLAB的Simulink工具箱对高速列车行驶过程中数据传输误码率变化进行仿真。