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高速铁路无线通信系统半实物仿真试验平台
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高速铁路无线通信系统半实物仿真试验平台

  摘要:介绍了高速铁路无线通信系统半实物仿真试验平台的结构、工作原理。该半实物仿真平台可以对不同移动速度,在干扰条件下接收信号电平,高速铁路无线电波传播环境进行准确的模拟,配合 QoS 测试系统与接口监测系统,实现了在实验室环境下对高速铁路无线通信系统的性能进行评估与异常情况分析。与当前广泛采用的现场测试相比,该平台上进行半实物仿真具有实施成本低、周期短,测试环境透明、可控、可重复,不受现场环境的限制,测试完备性有保障。

  关键词: 高速铁路; 无线通信; 半实物仿真

  引 言

  高速铁路以其高速、大容量、低耗能、安全、舒适准 点等优点,近年来,在我国及全世界范围得到了飞速发展。目前,京津、沪宁、沪杭城际铁路,郑西、武广客运 专线相继开通运营。截止2010年10月,我国高速铁路运营里程已达到 7055 km。根据 2008 年调整后的《中长期铁路网规划》,到 2020 年,我国将建成 1.6 万km 高速客运专线占世界同期高速铁路建设里程的一半以上。我国已走在了世界高速铁路发展的前列,引领世界高速铁路发展潮流。

  当前铁道部已经明确在时速250km/h以上的高速铁路线都将采用基于铁路专用数字移动通信系统(GSM-R) 的 CTCS-3 级列车运行控制系统。当前性能 研究广泛采用的方法主要有计算机仿真和现场试验两类。计算机仿真( 如 Matlab、NS2、OPNET 等) 具有功能强大、实施成本低、灵活性好等优点。但高速铁路无线通信系统作为一个复杂系统 其性能是由众多因素共同作用的结果,无法用一个简单的模型来精确刻画。在计算机仿真中,不可避免地要对系统做一定的假设,从而导致仿真结果与实际情况存在较大的偏差; 而且计算机仿真为非实时仿真,无法对设备和系统的性能测试,主要用于理论和算法研究。现场试验是目前高速铁路无线通信设备测试主要采用的方法。与计算机仿真相比,现场试验准确度更高,然而现场试验也存在实施成本高、周期长,受试验环境和条件较多制约,电波传播环境无法精确控制等不足。半实物仿真 ( Hardware-In-the-Loop Simulation,HIL) 将硬件设备与由软件可控制的仿真模型相联接,在实验室环境构 建贴近实际现场情况的仿真环。仿真准确性高,可以进行设备测试,与现场试验相比,实施成本低、周期短,能够方便地设定系统参数(如接收信号功率、噪声和干扰),不受现场环境的限制,可以保证测试的完备性;仿真环境透明、可控,而且能够精确重复。半实物仿真已广泛应用于航天航空、武器设计、机械制造、电力等诸多领域。(相关导读:神州普惠高速半实物仿真系统在多个项目中成功应用)

  本文介绍高速铁路无线通信系统半实物仿真试验平台的结构、原理,并在平台上对高速铁路无线通信系统的性能进行了仿真分析,探讨了影响系统性能的主要因素及改进的技术方案。

  1、半实物试验平台设计

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