高速铁路场景下无线中继通信系统信息传输可靠性与安全性研究
发布时间：2021-08-07 14:53
截至2016年底,中国高速铁路的运营总里程已达2.2万公里,成为全世界高速铁路运营总里程最长的国家。高速铁路已经成为中国经济发展的新引擎,具有重要的战略意义。面向高速铁路场景的移动通信系统是保障列车运行安全,承载列车与地面监控中心信息交互的重要桥梁。高速铁路场景下的无线通信系统不仅为高速铁路的安全运行提供监控服务,还将为旅客提供丰富的多媒体娱乐服务。然而现有的窄带铁路无线通信系统GSM-R（Global System of Mobile for Railway）已经不能满足这些需求。因此,如何设计无线通信系统以保证信息高速可靠安全地传输,已经成为了下一代高速铁路移动通信的重要研究课题。本论文针对高速铁路场景中无线中继通信系统信息传输可靠性与信息安全性的需求,特别考虑到高速铁路特有的车体穿透损耗高与快速时变信道估计存在误差的特点,对高速铁路场景下半双工中继系统、多中继系统、全双工中继系统和云无线接入网络中的信息传输可靠性与安全性开展研究。论文的主要贡献包括:（1）针对协作中继系统中无线通信信息传输可靠性与安全性之间关系的问题,在信道估计存在误差情况下,研究了中继系统信息传输可靠性指标（系...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?２００８至２０１６年中国高速铁路运营总里程??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ?ｒａｉｌｗａｙ?ｏｐｅｒａｔｉｎｇ?ｍｉｌｅａｇｅ?ｆｒｏｍ?２００８?ｔｏ?２０１６??１??
可靠的列车控制与监测业务。??１．２高速铁路场景无线通信系统??现有的铁路场景无线通信系统根据承载业务的不同可以分为如图１．２所示的两??个单独部分：??承载列车控制与监测业务的铁路通信系统。该系统最早可追溯到采用了??无线列调系统多信道通信方式的模拟通信时代。随着数字通信时代的来临，??ＧＳＭ－Ｒ系统应运而生。ＧＳＭ－Ｒ是１９９３年由国际铁路联盟（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ?Ｕｎｉｏｎ?ｏｆ??Ｒａｉｌｗａｙｓ，ＵＩＣ?）与欧洲电信标准组织（Ｅｕｒｏｐｅａｎ?Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ?Ｓｔａｎｄａｒｄｓ??Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＥＴＳＩ）协商，提出的欧洲各国铁路下一代以第二代无线通信技术ＧＳＭ??Ｐｈａｓｅ?２＋为标准的无线通信技术。这一提议在１９９５年经ＵＩＣ评估并最终确认；??在１９９７年，２４个国家的３２个组织共同签署了谅解备忘录，正式决定采用ＧＳＭ－Ｒ作??为铁路专用通信技术。２００２年，ＧＳＭ－Ｒ由中国铁道部（现中国铁路总公司）经过??数年的论证、研宄后采用作为中国铁路专用通信系统技术方案，在对既有技术标??准与规范进行修改、完善后逐步建立健全了适合我国铁路应用的ＧＳＭ－Ｒ技术标准??体系。??承载旅客信息业务的无线通信系统。该系统可以根据业务速率的不同分为中??低速和高速两种。主流的接入技术包括（１）通用分组无线业务（Ｇｅｎｅｒａｌ?Ｐａｃｋｅｔ??Ｒａｄｉｏ?Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＧＰＲＳ）?［３］、（２）高速下行分组接入（Ｈｉｇｈ?Ｓｐｅｅｄ?Ｄｏｗｎｌｉｎｋ?Ｐａｃｋｅｔ??Ａｃｃｅｓｓ
图１．７物理层安全??Ｆｉｇｕｒｅ?１．７?Ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｌａｙｅｒ?ｓｅｃｕｒｉｔｙ??如图１．７所示，在物理层安全技术中，利用信道反馈得到的信道状态信息进行??发射机波束成形，利用信道参数进行信道加密［５６］，或者利用人工噪声干扰，可以??在保证无线通信系统信息安全性（监听者无法得到信源信息）的条件下，同时提??高无线通信系统的可靠性（接收端可以成功解码信息）。相对于基于密钥的安全??系统，物理层安全技术具有显而易见的低复杂度，这对于减小网络负担有着极大??的优势。此外，基于信息论的安全技术对于那些具有无限计算资源的监听者也具??有更好的稳健性（鲁棒性），即便系统的编解码方式都已经泄漏，物理层安全都??被证明是一项有效的技术［５７］。??现有的物理层安全技术主要是通过ＭＩＭＯ技术和中继协作技术来实现。其信??息论实质是利用编码、空间（天线）、中继协作产生的额外自由度来提高监听者??的信息模糊度，从而防止其进行监听。具体而言，假设发射端已知接收端和发射??端的信道状态信息凡和监听者与发射端的信道状态信息私，发射端的发射功率??为Ｐ
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线信道的密钥生成方法[J]. 李古月,胡爱群,石乐. 密码学报. 2014(03)
[2]High-speed railway channel measurements and characterizations: a review[J]. Tao ZHOU,Cheng TAO,Liu LIU,Jiahui QIU,Rongchen SUN. Journal of Modern Transportation. 2012(04)
[3]CDMA高铁覆盖规划优化浅析[J]. 应伟光,宣建涛. 邮电设计技术. 2010(06)
本文编号：3328000
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?２００８至２０１６年中国高速铁路运营总里程??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ?ｒａｉｌｗａｙ?ｏｐｅｒａｔｉｎｇ?ｍｉｌｅａｇｅ?ｆｒｏｍ?２００８?ｔｏ?２０１６??１??
可靠的列车控制与监测业务。??１．２高速铁路场景无线通信系统??现有的铁路场景无线通信系统根据承载业务的不同可以分为如图１．２所示的两??个单独部分：??承载列车控制与监测业务的铁路通信系统。该系统最早可追溯到采用了??无线列调系统多信道通信方式的模拟通信时代。随着数字通信时代的来临，??ＧＳＭ－Ｒ系统应运而生。ＧＳＭ－Ｒ是１９９３年由国际铁路联盟（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ?Ｕｎｉｏｎ?ｏｆ??Ｒａｉｌｗａｙｓ，ＵＩＣ?）与欧洲电信标准组织（Ｅｕｒｏｐｅａｎ?Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ?Ｓｔａｎｄａｒｄｓ??Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＥＴＳＩ）协商，提出的欧洲各国铁路下一代以第二代无线通信技术ＧＳＭ??Ｐｈａｓｅ?２＋为标准的无线通信技术。这一提议在１９９５年经ＵＩＣ评估并最终确认；??在１９９７年，２４个国家的３２个组织共同签署了谅解备忘录，正式决定采用ＧＳＭ－Ｒ作??为铁路专用通信技术。２００２年，ＧＳＭ－Ｒ由中国铁道部（现中国铁路总公司）经过??数年的论证、研宄后采用作为中国铁路专用通信系统技术方案，在对既有技术标??准与规范进行修改、完善后逐步建立健全了适合我国铁路应用的ＧＳＭ－Ｒ技术标准??体系。??承载旅客信息业务的无线通信系统。该系统可以根据业务速率的不同分为中??低速和高速两种。主流的接入技术包括（１）通用分组无线业务（Ｇｅｎｅｒａｌ?Ｐａｃｋｅｔ??Ｒａｄｉｏ?Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＧＰＲＳ）?［３］、（２）高速下行分组接入（Ｈｉｇｈ?Ｓｐｅｅｄ?Ｄｏｗｎｌｉｎｋ?Ｐａｃｋｅｔ??Ａｃｃｅｓｓ
图１．７物理层安全??Ｆｉｇｕｒｅ?１．７?Ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｌａｙｅｒ?ｓｅｃｕｒｉｔｙ??如图１．７所示，在物理层安全技术中，利用信道反馈得到的信道状态信息进行??发射机波束成形，利用信道参数进行信道加密［５６］，或者利用人工噪声干扰，可以??在保证无线通信系统信息安全性（监听者无法得到信源信息）的条件下，同时提??高无线通信系统的可靠性（接收端可以成功解码信息）。相对于基于密钥的安全??系统，物理层安全技术具有显而易见的低复杂度，这对于减小网络负担有着极大??的优势。此外，基于信息论的安全技术对于那些具有无限计算资源的监听者也具??有更好的稳健性（鲁棒性），即便系统的编解码方式都已经泄漏，物理层安全都??被证明是一项有效的技术［５７］。??现有的物理层安全技术主要是通过ＭＩＭＯ技术和中继协作技术来实现。其信??息论实质是利用编码、空间（天线）、中继协作产生的额外自由度来提高监听者??的信息模糊度，从而防止其进行监听。具体而言，假设发射端已知接收端和发射??端的信道状态信息凡和监听者与发射端的信道状态信息私，发射端的发射功率??为Ｐ
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线信道的密钥生成方法[J]. 李古月,胡爱群,石乐. 密码学报. 2014(03)
[2]High-speed railway channel measurements and characterizations: a review[J]. Tao ZHOU,Cheng TAO,Liu LIU,Jiahui QIU,Rongchen SUN. Journal of Modern Transportation. 2012(04)
[3]CDMA高铁覆盖规划优化浅析[J]. 应伟光,宣建涛. 邮电设计技术. 2010(06)
本文编号：3328000
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