《高速铁路卫星通信系统与应用》谢健骊，林俊亭，高云波，江娜编著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《高速铁路卫星通信系统与应用》

【作　者】谢健骊，林俊亭，高云波，江娜编著

【丛书名】高等学校高速铁路系列教材

【页 数】 243

【出版社】 中国铁道出版社有限公司 , 2021.03

【ISBN号】978-7-113-27678-2

【价 格】56.00

【分 类】高速铁路-无线电通信-通信系统-高等学校-教材

【参考文献】 谢健骊，林俊亭，高云波，江娜编著. 高速铁路卫星通信系统与应用. 中国铁道出版社有限公司, 2021.03.

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图书目录：

《高速铁路卫星通信系统与应用》内容提要：

《高速铁路卫星通信系统与应用》内容试读

铁路无线通信技术基础知识

既有线提速和高速铁路研究，为通信信号技术的发展提供了新的拓展机遇。我国铁路发展无线通信网络的总体目标是建立语音、数据、视频综合业务的移动通信系统平台，形成现代化的调度通信、公务移动、信息传输、列车控制一体化的通信系统，并向社会实时提供铁路客货运及其他服务的信息。铁路综合数字无线通信网络的形成是一项十分艰巨、需要持续发展的系统工程，与铁路运输组织、控制、生产、安全密切相关。它应该充分考虑世界无线通信技术的

发展方向，特别是第四代(4G)、第五代(5G)移动通信技术以及世界铁路市场规律和运输技术

装备趋势，结合铁路运输的具体情况进行开发，形成一张覆盖铁路干线的巨大网络，以达到为铁路运输提供高质量服务的目的。

概述

1.1.1铁路现代化运输与无线通信

我国处在一个高速发展的时代，随着人口、能源、气候、环境等问题日益突出，航空、公路运输、铁路等交通方式遭遇前所未有的压力。铁路是国家的重要基础设施、国家的大动脉、大众化交通工具，在综合交通体系中处于骨干地位，没有铁路的现代化、信息化就难以实现国家的信息化。铁路信息化是指在统一规划及有序组织下，充分利用国内外先进的信息技术与网络资源，深入开发、运用各种信息资源及信息系统，逐步实现铁路市场经营、运输生产、社会服务、运行维护和管理决策等方面的现代化。将信息技术广泛应用于铁路生产经营的各项活动中，可以改造传统产业，提高铁路运输生产率与竞争力。

铁路运输，尤其是高速铁路作为高效、节能、环保的运输方式，将进入黄金发展时期，在经济社会发展中具有特殊重要的地位和作用。然而，铁路现代化运输受限于高速铁路特点给无线通信带来的巨大挑战：

(1)由于高速移动带来的多普勒效应，以及高速列车独特的车体材料及设计带来信号的穿透损耗，造成接收功率或吞吐量下降

(2)铁路现代化运输需要的网络带宽大。以CRH5型16节编组高速列车上乘客对网络

带宽的需求为例，其满员人数为1244人，高速移动用户集中分布在车内，用户的切换、小区重选等行为都非常集中，无线网络资源的使用呈突发性增长。

(3)高速移动使用户经过一个小区的时间往往很短，短时间内频繁的小区间切换、重选带来了信令及业务时延，对用户在无线网络中的移动性能影响很大。

1.1.2铁路既有无线通信系统及演进

目前的铁路数字移动通信系统(GSM-R)能够完成列车无线调度通信，区间、站场、公务移

动通信，应急语音通信，机车检测等业务。基于GSM-R完成的CTCS3级列控系统功能，实

现了武广、郑西、京沪等高速铁路的成功开通、运营，铁路无线通信在铁路运输中发挥着越来越

重要的作用。同时，我国在GSM-R基础上增加了一些特殊应用，如利用通用分组无线业务

(GPRS)网络实现调度命令和车次号无线传送等业务，与有线调度通信系统互联，实现有线

无线通信相统一的调度通信等业务。我国当前使用的GSM-R/GPRS系统已经在欧洲等国家

和地区得到了广泛使用，但是它作为一种窄带移动通信系统，其传输带宽仅为几百kbt/s,受限的无线链路速率使车载设备与地面设备之间缺乏有效的数据通信媒介，导致车、地之间的数据业务开展缓慢。高速铁路的发展给移动通信提出了更高的要求，主要是网络体系，硬件设施和软件算法必须适应已经高达500km/h的列车速度，同时要有快速切换能力以适应铁路特定服务要求从而有效实现无线列车控制。这种情况下，铁路移动通信的演进问题也就愈发突出。

近年来，自从LTE成功实现商业化，铁路长期演进(LTER)系统已成为热门的研究课

题。诺基亚于2016年在韩国实施了第一批LTE-R网络生产。LTER网络采用先进的物理

层关键技术，例如正交频分复用(OFDM)和多输入多输出(MIMO)以及网络层关键技术，所有

P分组交换和扁平网络架构可实现在高移动性下，以20MHz带宽和100ms系统延迟实现1O0Mbit/s的数据传输速率。因此，LTE-R系统能够提供比GSM-R更全面的铁路服务，如

铁路视频监控和火车多媒体调度。国际铁路联盟(UIC)已明确表示3G技术不适用于铁路，未

来GSM-R不会过渡到3G,而是直接过渡到LTE-R。UIC认为，已安装的GSM-R系统可以

强化其应用，同时铁路部门也应大胆创新，向LTER演进是GSM-R发展的必然趋势。LTE

能够提供简单、高效、低时延、低造价的网络，同时可以提供安全的话音和数据业务。另外，

LTE基于全IP的网络架构，允许电信运营商和铁路运营商共同开发统一的车一地通信系统，

并重用已部署的站点和设备，节省投资成本。目前，UIC正在积极研究GSM-R向LTER的演

进标准，确保GSM-R的生命周期随电信技术的不断发展而获得延长。在GSM-R向LTER

平滑迁移时，铁路部门需要注意以下几点，例如，尽可能保护目前GSM-R的投资，实现站点共

用：跨两个域的移动性与漫游需要透明；保证2G、LTE业务质量的一致性，提高QoS等」

然而，LTE Advanced(LTEA)无法容纳某些潜在的铁路服务，包括自动驾驶和铁路物联网(RIoT)的大规模连接。尽管列车长期以来一直使用自动控制，但是不能应对复杂和紧急情况。因此，为了实现自动驾驶以及RIoT与乘客互联网接入的大规模连接，国际电信联盟(ITU)提出了一种有前途的解决方案一5G通信，最终将实现约1Gbit/s的超高峰值数据速率，约1~5ms超低系统延迟，是现有网络容量的1000倍。2015年，国际电联为新型5G应用场景定义了三个主要方向，包括增强型移动宽带(eMBB)、大型机器类型的通信(mMTC)和超可靠的低延迟通信(uRLLC)。由于高密度的乘客、高的行驶速度和大量的传感器，高铁可

以被视为要求在所有三个方向上发展的典型方案。随着未来几年5G的快速部署，铁路的移

动通信有望通过5GR系统得到进一步增强。

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A

图13天线主波瓣与地平面关系

由天线高度、下倾角和覆盖距离三者的关系可以看出，适当地调整倾角可以控制基站覆盖范围，从而控制越区覆盖的发生。但天线的机械下倾角设置过大，会导致波瓣变形，同样会造成干扰。因此，天线的机械下倾角不宜大于10°。

3.馈线的类型与选取

目前采用的馈线主要有1/2英寸、7/8英寸和1-1/4英寸。常用馈线的技术指标见表1-1。

表1-1常用馈线技术指标

规格

12 mm

22 mm

32 mm

12 mm S

项目

(1/2英寸)

(7/8英寸)

(5/4英寸)

(1/2英寸S)

绝缘介电强度DC,lmin(V)

6000

10000

9000

2500

最小绝缘电阻(MQ·km)

3000

3000

3000

3000

护套火花试验(AC,有效值)(V)

8000

8000

10000

5000

电容(pF/m)

76

83

特性阻抗(Q)

50±2

传播速度系数

0.88

0.81

最大传输衰减(20℃)900MHz(dB/100m)

7.70

4.08

3.29

11.47

电压驻波比

1.20

1.15

1.20

1.20

在GSM-R工程设计中，馈线长度小于60m时，宜使用7/8英寸馈线；馈线长度大于60m时，应使用1-1/4英寸馈线。

1.2.2室内分布系统与分布式天线

1.系统组成

在大型站房、地下通道、调度所等弱场区以及旅客车厢内，根据需要采用室内分布系统，解决无线覆盖。在进行室内分布系统的设计时，应根据覆盖区域的网络指标，合理分布信号。应

与线路GSM-R系统相互协调，避免与室外信号之间的频繁切换和干扰，从而对线路GSMR系

统造成影响。同时，室内分布系统和线路GSMR系统之间还存在频率、容量规划等多方面的

问题。

室内分布系统主要由信号源及天馈线分布系统组成，如图1-4所示。信号源分为基站和直放站两种。天馈线分布系统由有源设备、无源器件、天线、线缆等组成。

···试读结束···