高铁车地间多跳通信技术

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：另外，当源节点与目的节点间由于障碍物的影响而无法正常通信时，通过引入协作中继可以消除通信链路的盲点，降低中断概率，提高系统性能并获得更高的增益。随后Covel等人对中继信道进行了深入的研究，并给出了系统容量的上下限，奠定了协作通信技术的理论基础[18]。图1.3高速铁路场景下的协作通信系统多中继协作通信还能利用物理层特性提高信息传输的安全性。现有的物理层安全技术主要是通过MIMO和中继技术来实现的[27]。

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传输和信息共享来实现虚拟阵列[18，19]。另外，当源节点与目的节点间由于障碍物的影响而无法正常通信时，通过引入协作中继可以消除通信链路的盲点，降低中断概率，提高系统性能并获得更高的增益。

表1.1　常见列车静止时车体穿透损耗

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2025年，Meulen首次提出了三节点（即源节点、中继节点和目的节点）通信的概念[20]。随后Covel等人对中继信道进行了深入的研究，并给出了系统容量的上下限，奠定了协作通信技术的理论基础[18]。接着SendonaIRS等人经过验证，表明协作中继传输可以有效提高系统容量，降低中断概率[21，22]。具体来说，中继技术的主要优势可以体现在以下几个方面[23-25]：

（1）利用分集技术提高空间复用增益，从而提升信道容量，并扩大信号覆盖范围。

（2）改善小区边缘或阴影衰落严重区域的用户通信质量，提升链路可靠性。(https://www.chuimin.cn)

（3）中继节点的天线数、发射功率、体积等都远小于基站，利用中继进行信号覆盖可以减少基站的部署量，以降低成本。

（4）可以通过部署移动中继来应对通信设施受损、人员密度高等特殊情况。

另外，由于车体穿透损耗的原因，列车顶部往往需要安装移动中继，构成基站、中继、用户三节点通信，增强信号强度的同时，还能获得额外的分集增益。如图1.3所示，车厢内的用户通常无法与基站直接进行高质量通信，而是通过中继接收源节点发送过来的信号，经过放大、解码等操作后，再转发给目的节点。

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图1.3　高速铁路场景下的协作通信系统

多中继协作通信还能利用物理层特性提高信息传输的安全性。高速铁路场景中由于承载着列车状态、调度信息，以及大量用户的私密信息，信息安全需求较高[26]。而高铁的高速移动特性，使得传统的密钥加密信息传输实现起来非常困难。现有的物理层安全技术主要是通过MIMO和中继技术来实现的[27]。物理层安全技术主要是利用编码、多天线以及中继生成的额外自由度来提高窃听者的信息模糊度，从而防止其进行信息窃听[28]。此外，协作通信技术也可以与其他技术相结合，充分发挥各自的优势，如波束成形、空间调制（Spatial Modulation，SM）等，从而解决强空时相关性和用户间干扰的问题。

高铁车地间多跳通信技术

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