满足高速列车控制安全数据传输的无线通信理论与关键技术

本课题研究满足高速列车控制与安全数据传输亟需解决的无线通信理论及相关关键技术和难点问题。采用理论分析、模型建立、系统仿真、实验室试验及现场测试相结合的方法，以武广客运专线和京沪高速铁路工程为背景，系统而深入地研究高速铁路电波传播仿真建模理论与方法、GSM-R系统抗干扰理论、高速铁路安全数据传输关键技术；提出将灰色聚类理论应用于铁路数字移动通信系统的干扰定量分析中、高速铁路安全数据传输协议栈、新型适合列控数据传输的端到端信息安全体系；创建针对不同高速铁路环境的精确电波传播模型数据库、GSM-R系统无线覆盖盲区理论、多干扰源干扰分布概率分析理论、系统冗余的理论分析模型以及GSM-R系统指标评估体系。本课题将取得具有自主知识产权的研究成果，建立我国高速铁路无线通信基础理论与技术体系，指导铁路通信信号工程建设，对保障铁路运输安全和效率，提高人民生活质量，具有重要的理论意义和巨大的社会效益。

本项目针对面向高速列车控制安全数据传输的无线通信理论的基础科学问题，以保证高速铁路安全运行和改善高速铁路运输效率为目的，主要开展了以下研究工作：. 对高速铁路电波传播特性进行深入剖析，提出大尺度数据测量及统计处理方法；基于高架桥、路堑、隧道等高速铁路复杂应用场景的信道测量结果，创建了高速铁路环境高精度的大尺度传播模型和多径快衰落分布模型；深入研究了隧道中的电波传播特性，首次提出了隧道“近阴影”效应；分析了铁路环境下无线覆盖弱场区的分类；完成了无线信道建模与仿真平台的搭建。. 研究了GSM-R系统的抗干扰理论，分析网络外部干扰性能，提出了普适的干扰分析方法；提出了采用不同接入技术的通信系统（如CDMA、OFDM）的抗干扰方法及干扰消除技术，建立了高速铁路环境下无线干扰分布模型；基于无线干扰对列控安全数据传输影响的研究，提出了有效的抗干扰技术和防护措施,搭建了抗干扰技术仿真平台。. 研究适应于高速铁路安全数据传输的物理层传输关键技术，提出了快速同步与信道估计技术，使得在高速移动状态下仍能有良好的误码性能；建立了多向中继系统模型，并设计了多天线和分布式中继通信方案，有效地提升了频谱资源利用率；还从云计算安全技术、安全标准等诸多方面总结了云计算安全问题，提出了相应的解决策略。. 建立了面向列车控制的无线通信网络指标评估体系框架，提出我国CTCS-3级列控系统无线通信网络评估指标体系的分层模型以及各层指标构成；提出了采用主成分分析法与多元回归分析确定指标间的映射关系的参数评价综合模型。将层次分析法和灰色聚类关联分析法有效结合，建立了针对高速铁路无线通信网络干扰评估的灰色聚类关联分析方法的数学模型。. 关于上述研究已出版挂有自然科学基金重点项目资助号60830001的著作3部；发表SCI检索论文21篇，EI检索论文112篇，ISTP检索4篇，国内核心期刊24篇；已授权国内发明专利26项，已授权美国发明专利1项；获得软件著作权登记30项；颁布技术规范4部，获得省部级科技奖励6项。. 项目实施以来，组织国内外学者来访42人次，出访41人次；参加国际会议特邀报告4人次，参加国际会议43次；出国进修老师4人次；培养了一批优秀博士研究生，出国交换博士生13人次，赴美国南加州大学等著名高校交流学习。