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摘 要：伴随着通信技术日新月异的发展变化，我国铁路现有的以无线列调为主的无线通信技术正在经历着或孕育着巨大的变革，根据我国高铁无线通信场景的特点及铁路宽带无线通信的业务需求，对高铁场景下的传输性能进行探讨和分析。
关键词：无线信道;传输性能;仿真
随着无线通信和我国高速铁路的蓬勃发展，“互联网+高铁”将成为中国经济提质增效升级的“新引擎”。未来无线通信向着更高频率和更大带宽的方向发展，高铁乘客对传输速率和传输质量提出了更高的要求。
一、铁路无线通信的特点
1.覆盖范围广。中国地域广阔，共有3 1个省市自治区，部分省市之间相距几千多公里，并且列车在运行过程中要通过多个铁路局及集团公司的管辖区域，每个单位均有调度指挥及为车辆服务的部门及人员，所以通话对象不固定，这就需要一个统一的呼叫方式及规则，由联合控制中心根据列车运行区间及位置确定呼叫路由及地址。这也是符合我国铁路特得点的独特通信方式。
2.需要具备数据的传输功能。列车无线电台设备不仅需要语音传送，还需要有传输数据的能力，应具备多功能的数据接口，可以传输列车运行所需的各种数据，交换信息，确保列车通信及监控的实时性和有效性。
3.综合性要求强。铁路运营所需支撑体系庞大，车务、机务、工务、电务、车辆等单位各司其职，对通信的需求也存在差异，这就要求无线通信设备具备很好的适应性，结合各部门需要开发相应功能。
二、宽带无线网络传输性能仿真
1.仿真系统总体架构及性能指标。搭建高速铁路宽带无线网络系统半实物仿真环境，模拟高速铁路环境下不同列车运行速度，研究不同传播环境（市区、高架桥）、不同列车速度影响下的传输性能。高铁场景下宽带无线网络传输性能仿真系统架构。
无线网络传输性能仿真环境基本配置：中心频率1.9GHz（TD-LTE）、2.1GHz（FDD-LTE）;信道冲激响应数106;带宽20MHz;调制方式下行/上行16QAM;信道场景，城市宏蜂窝模型（C2）LoS（视距）、城市宏蜂窝模型（C2）NLoS（非视距）、移动网络（D2a）LoS、郊区宏蜂窝（C1）LoS、郊区宏蜂窝（C1）NLoS。无线网络传输性能仿真指标，包括移动端性能指标（吞吐量、误块率），链路层性能指标（矢量幅度误差、邻道泄漏比、占用带宽）。（1）吞吐量（Throughput）。系统吞吐量是指单位时间之内系统从信源到信宿成功传输的数据量。它是衡量通信系统无线网络性能的重要指标，可以给用户带来稳定可靠的业务感知。在LTE系统中，系统吞吐量与系统带宽、上下行子帧配比和特殊子帧配比均有关。（2）误块率（BLER）。误块率是在通信中传输块经过CRC校验后的错误概率，是有差错的传输块与系统接收的总块数之比，用来反映无线链路控制层对差错重传的要求。BLER不但测量解码后数据块的错误率，而且还检查CRC校验的错误。BLER的测量可以采用回环测试的方法，需要经过解交织、速度匹配等一系列信道解码过程。
（3）邻道泄漏比（ACLR），是主信道功率与邻道（邻道1和邻道2）功率的差值。（4）占用带宽（OBW）。指被测终端99%的总发射功率所占用的帶宽。对于所有的带宽配置，终端的占用带宽都需要小于系统的信道带宽。
2.仿真结果。（1）移动终端传输性能。吞吐量是衡量LTE网络无线性能的基本指标，不同信道模型和不同速度下，移动端吞吐量性能见表1。误块率是衡量系统链路性能可靠性的指标，不同信道模型和不同速度下，移动端BLER性能见表2。
由表1可知，在高铁场景下的各种无线信道中，随移动速度的增加，吞吐量都在逐渐减小，3种信道的变化趋势是类似的。在速度较低时，对吞吐量不会有太大影响，但当达到一个临界值时（对于每一种信道不一样），速度变化会明显影响吞吐量，而且3种信道模型性能变化从好到差的顺序为：城市宏蜂窝模型（C2）NLoS、城市宏蜂窝模型（C2）LoS、移动网络（D2a）。由表2可知，在接收功率足够强的情况下，覆盖场强不会对BLER造成影响，而在高铁场景下的各种无线信道中，随移动速度的增加BLER都在逐渐减大，几种信道的变化趋势是类似的。从测试结果中也能看到BLER与吞吐量的对应关系，而且BLER的变化比吞吐量变化要明显，从BLER的变化也能够推断吞吐量的变化趋势。（2）传输链路性能。不同速度（120，250，350，500km/h）、不同信道环境（城区、高架桥）下，速度对邻道泄漏比（ACLR）以及占用带宽（OBW）的影响不大，例如在高架桥场景下，ACLR在不同速度下的测量值为-48～-47dB，OBW的值一直在12MHz左右。而速度对BLER和EVM的影响较大，例如在高架桥场景下，EVM在低速（120km/h）时为9.87%，而在高速（350km/h）时为22.11%;BLER在低速（120km/h）时为0.83%，而在高速时（350km/h）为1.96%。（3）仿真分析。不同信道不同速度时，LTE系统BLER和EVM指标的变化关系。BLER的测试值随着速度增高而变大，其变化范围在0.001～0.02之间。而对于类似于高速铁路高架桥场景的D2a模型，这个临界速度是310km/h。值得一提的是移动速度≤180km/h时，BLER变化不明显;而超过这个速度后BLER会较为迅速的增长。
研究发现高铁场景下的无线信道传输性能与理论指标差距很大，需要对高铁场景下无线信道对宽带无线网络传输性能进行定量分析和研究，解决高铁场景下高速移动和线性带状覆盖特征情况下的系统设计及关键技术问题，便于指导高铁场景下宽带无线通信网络规划设计、工程优化。
参考文献
[1]李玉华.我国高速铁路数字移动通信制式探讨[J].铁道通信信号，2017，37（4）：4-7.
[2]马瑞.21世纪通信新技术[M].北京：中国铁道出版社，2017：512-515.
关键词：无线信道;传输性能;仿真
随着无线通信和我国高速铁路的蓬勃发展，“互联网+高铁”将成为中国经济提质增效升级的“新引擎”。未来无线通信向着更高频率和更大带宽的方向发展，高铁乘客对传输速率和传输质量提出了更高的要求。
一、铁路无线通信的特点
1.覆盖范围广。中国地域广阔，共有3 1个省市自治区，部分省市之间相距几千多公里，并且列车在运行过程中要通过多个铁路局及集团公司的管辖区域，每个单位均有调度指挥及为车辆服务的部门及人员，所以通话对象不固定，这就需要一个统一的呼叫方式及规则，由联合控制中心根据列车运行区间及位置确定呼叫路由及地址。这也是符合我国铁路特得点的独特通信方式。
2.需要具备数据的传输功能。列车无线电台设备不仅需要语音传送，还需要有传输数据的能力，应具备多功能的数据接口，可以传输列车运行所需的各种数据，交换信息，确保列车通信及监控的实时性和有效性。
3.综合性要求强。铁路运营所需支撑体系庞大，车务、机务、工务、电务、车辆等单位各司其职，对通信的需求也存在差异，这就要求无线通信设备具备很好的适应性，结合各部门需要开发相应功能。
二、宽带无线网络传输性能仿真
1.仿真系统总体架构及性能指标。搭建高速铁路宽带无线网络系统半实物仿真环境，模拟高速铁路环境下不同列车运行速度，研究不同传播环境（市区、高架桥）、不同列车速度影响下的传输性能。高铁场景下宽带无线网络传输性能仿真系统架构。
无线网络传输性能仿真环境基本配置：中心频率1.9GHz（TD-LTE）、2.1GHz（FDD-LTE）;信道冲激响应数106;带宽20MHz;调制方式下行/上行16QAM;信道场景，城市宏蜂窝模型（C2）LoS（视距）、城市宏蜂窝模型（C2）NLoS（非视距）、移动网络（D2a）LoS、郊区宏蜂窝（C1）LoS、郊区宏蜂窝（C1）NLoS。无线网络传输性能仿真指标，包括移动端性能指标（吞吐量、误块率），链路层性能指标（矢量幅度误差、邻道泄漏比、占用带宽）。（1）吞吐量（Throughput）。系统吞吐量是指单位时间之内系统从信源到信宿成功传输的数据量。它是衡量通信系统无线网络性能的重要指标，可以给用户带来稳定可靠的业务感知。在LTE系统中，系统吞吐量与系统带宽、上下行子帧配比和特殊子帧配比均有关。（2）误块率（BLER）。误块率是在通信中传输块经过CRC校验后的错误概率，是有差错的传输块与系统接收的总块数之比，用来反映无线链路控制层对差错重传的要求。BLER不但测量解码后数据块的错误率，而且还检查CRC校验的错误。BLER的测量可以采用回环测试的方法，需要经过解交织、速度匹配等一系列信道解码过程。
（3）邻道泄漏比（ACLR），是主信道功率与邻道（邻道1和邻道2）功率的差值。（4）占用带宽（OBW）。指被测终端99%的总发射功率所占用的帶宽。对于所有的带宽配置，终端的占用带宽都需要小于系统的信道带宽。
2.仿真结果。（1）移动终端传输性能。吞吐量是衡量LTE网络无线性能的基本指标，不同信道模型和不同速度下，移动端吞吐量性能见表1。误块率是衡量系统链路性能可靠性的指标，不同信道模型和不同速度下，移动端BLER性能见表2。
由表1可知，在高铁场景下的各种无线信道中，随移动速度的增加，吞吐量都在逐渐减小，3种信道的变化趋势是类似的。在速度较低时，对吞吐量不会有太大影响，但当达到一个临界值时（对于每一种信道不一样），速度变化会明显影响吞吐量，而且3种信道模型性能变化从好到差的顺序为：城市宏蜂窝模型（C2）NLoS、城市宏蜂窝模型（C2）LoS、移动网络（D2a）。由表2可知，在接收功率足够强的情况下，覆盖场强不会对BLER造成影响，而在高铁场景下的各种无线信道中，随移动速度的增加BLER都在逐渐减大，几种信道的变化趋势是类似的。从测试结果中也能看到BLER与吞吐量的对应关系，而且BLER的变化比吞吐量变化要明显，从BLER的变化也能够推断吞吐量的变化趋势。（2）传输链路性能。不同速度（120，250，350，500km/h）、不同信道环境（城区、高架桥）下，速度对邻道泄漏比（ACLR）以及占用带宽（OBW）的影响不大，例如在高架桥场景下，ACLR在不同速度下的测量值为-48～-47dB，OBW的值一直在12MHz左右。而速度对BLER和EVM的影响较大，例如在高架桥场景下，EVM在低速（120km/h）时为9.87%，而在高速（350km/h）时为22.11%;BLER在低速（120km/h）时为0.83%，而在高速时（350km/h）为1.96%。（3）仿真分析。不同信道不同速度时，LTE系统BLER和EVM指标的变化关系。BLER的测试值随着速度增高而变大，其变化范围在0.001～0.02之间。而对于类似于高速铁路高架桥场景的D2a模型，这个临界速度是310km/h。值得一提的是移动速度≤180km/h时，BLER变化不明显;而超过这个速度后BLER会较为迅速的增长。
研究发现高铁场景下的无线信道传输性能与理论指标差距很大，需要对高铁场景下无线信道对宽带无线网络传输性能进行定量分析和研究，解决高铁场景下高速移动和线性带状覆盖特征情况下的系统设计及关键技术问题，便于指导高铁场景下宽带无线通信网络规划设计、工程优化。
参考文献
[1]李玉华.我国高速铁路数字移动通信制式探讨[J].铁道通信信号，2017，37（4）：4-7.
[2]马瑞.21世纪通信新技术[M].北京：中国铁道出版社，2017：512-515.