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第1章　概述1

1.1 GSM-R系统1

1.1.1　GSM-R系统简介1

1.1.2　GSM-R系统相关标准及规范2

1.1.3 国内外GSM-R发展状况3

1.2　GSM-R系统中的理论问题5

1.2.1　应用基础理论及关键技术5

1.2.2　相关研究的国内外现状6

1.2.3　GSM-R基础研究受国家资助状况8

1.3　GSM-R系统未来发展8

1.3.1　GSM-R系统发展展望8

1.3.2　高可信无线通信网络GSMR-C9

1.3.3　GSMR-C理论研究发展方向10

第2章　GSM-R应用基础理论相关数学基础11

2.1 概率论11

2.1.1　概率分布和概率密度11

2.1.2　期望、矩和方差13

2.1.3　不相关性和独立性14

2.2　随机过程16

2.2.1　随机过程基本概念16

2.2.2　平稳性、均值和自相关函数17

2.2.3　宽平稳过程、时间平均和遍历性18

2.2.4　功率谱19

2.2.5　概率论与随机过程在GSM-R应用基础理论研究中的应用19

2.3　排队论20

2.3.1　排队论基本概念及模型20

2.3.2　排队模型的Markov过程分析方法23

2.3.3　排队论在GSM-R应用基础理论研究中的应用25

2.4　粗糙集理论25

2.4.1　知识与知识表达系统26

2.4.2　不精确范畴，近似与粗糙集26

2.4.3　知识约简及依赖性27

2.4.4　粗糙集理论在GSM-R应用基础理论研究中的应用28

2.5　着色Petri网基本理论28

2.5.1　着色Petri网基本概念28

2.5.2　着色Petri网的基本特性和分析方法30

2.5.3　着色Petri网理论在GSM-R应用基础理论研究中的应用30

2.6　灰色聚类理论31

2.6.1　灰数、灰数白化与灰度31

2.6.2　灰色序列生成33

2.6.3　灰色关联、变权与定权聚类34

2.6.4　灰色聚类理论在GSM-R理论研究中的应用37

2.7　本章小结38

第3章　无线电波传播理论39

3.1 引言39

3.2　无线电波传播机制39

3.2.1　直射39

3.2.2　反射40

3.2.3　绕射41

3.2.4　散射42

3.3　无线电波衰落特性42

3.3.1　平均路径损耗43

3.3.2　阴影衰落44

3.3.3　小尺度衰落47

3.4　电波传播模型53

3.4.1　电波传播模型的建立53

3.4.2　宏小区模型54

3.4.3　微小区传播模型56

3.4.4　微微小区传播模型58

3.4.5　室内传播模型58

3.5　传播模型环境参数及模型校正59

3.5.1　传播模型环境参数59

3.5.2　铁路环境下传播模型的校正61

3.5.3　无线链路预算63

3.6　阴影衰落的测量66

3.6.1　场强与电平的关系66

3.6.2　Lee氏定律67

3.6.3　统计区间的确立依据68

3.6.4　采样数目的确立依据73

3.6.5　置信度的确立依据75

3.6.6　测量次数的确立依据76

3.6.7　统计处理方法76

3.7　小尺度衰落特性的测量79

3.7.1　影响小尺度衰落的因素79

3.7.2　多径随时间变化规律80

3.7.3　多径径数的变化规律82

3.7.4　多径径数的时间间隔变化规律85

3.7.5　小尺度衰落测量方法86

3.8　电波传播理论在高速铁路中的应用90

3.8.1　高速铁路电波传播特点90

3.8.2　与电波传播相关的高速铁路工程设计91

3.8.3　与电波传播相关的高速铁路工程验收92

3.9　本章小结92

第4章　GSM-R系统中的干扰分析理论93

4.1 基本概念93

4.1.1　干扰的分类93

4.1.2　载干比与信噪比95

4.1.3　同频、邻频及交调／互调干扰95

4.1.4　频率复用距离及复用模式97

4.1.5　通信质量99

4.1.6　接收灵敏度与接收系统灵敏度100

4.2　噪声干扰101

4.2.1 自然噪声101

4.2.2　人为噪声102

4.2.3　内部噪声102

4.2.4　噪声干扰分析103

4.3 同频干扰105

4.3.1　同频干扰的生成机理及计算105

4.3.2　大尺度路径损耗同频载干比109

4.3.3　阴影衰落下的同频载干比110

4.3.4　小尺度衰落下的载干比115

4.4　邻频干扰121

4.4.1　邻频干扰的生成机理121

4.4.2　邻频干扰载干比计算124

4.5　同邻频干扰综合模型127

4.5.1　单干扰源情况127

4.5.2　多干扰源情况128

4.6　交调／互调干扰机理及计算129

4.6.1　互调干扰机理129

4.6.2　互调干扰载干比的计算与三阶无互调信道组131

4.7　大信号阻塞干扰133

4.8　系统间干扰问题分析133

4.8.1　CDMA系统对GSM-R系统的干扰途径134

4.8.2　CDMA系统对GSM-R系统的杂散干扰分析134

4.8.3　CDMA系统对GSM-R系统的阻塞干扰分析135

4.9　本章小结136

第5章　频率规划理论137

5.1 基本概念137

5.1.1　频率复用距离137

5.1.2　链状网137

5.1.3　面状网139

5.2　GSM-R系统中的频率规划概述139

5.2.1　基站站型的确定140

5.2.2　频率规划方法的确定140

5.2.3　GSM-R频率规划目标141

5.3　线状铁路频率规划分析141

5.3.1　粗糙集灰色聚类理论基本概念142

5.3.2　基于粗糙集灰色聚类理论的频率规划理论143

5.3.3　举例分析146

5.4　面状频率规划算法149

5.4.1　禁忌搜索法149

5.4.2　遗传算法153

5.4.3　爬山算法155

5.4.4　穷举搜索法156

5.4.5　顺序分配法157

5.5　面状铁路频率规划分析158

5.5.1　采用3×3频率复用的频率规划方案159

5.5.2　采用2×3频率复用的频率规划方案160

5.5.3　采用3×2频率复用的频率规划方案160

5.5.4　采用4×3频率复用的频率规划方案161

5.5.5　不规则频率复用的频率规划方案162

5.5.6　几种频率规划方案的比较162

5.6　本章小结163

第6章　GSM-R无线组网理论164

6.1　组网基本概念164

6.1.1　通信／覆盖概率164

6.1.2　覆盖半径166

6.1.3　重叠区166

6.1.4　双层网网络覆盖167

6.2　越区切换170

6.2.1　越区切换相关的基本概念170

6.2.2　越区切换中的参数172

6.2.3　越区切换可靠性理论176

6.3　无线组网理论176

6.3.1　无线网络的组网概念176

6.3.2　无线网络组网方式178

6.3.3　GSM-R网络结构182

6.4　单层网组网188

6.4.1　电平覆盖分布计算189

6.4.2　覆盖半径和重叠区的计算190

6.4.3　频率规划198

6.4.4　C/I分布计算198

6.4.5　越区切换可靠性分析199

6.5　同站址双层网组网204

6.5.1　电平覆盖分布计算204

6.5.2　覆盖半径和重叠区的计算204

6.5.3　频率规划204

6.5.4　载干比C/I分布计算205

6.5.5　越区切换可靠性分析205

6.6　交织站址双层网组网210

6.6.1　电平覆盖分布计算210

6.6.2　覆盖半径和重叠区的计算211

6.6.3　频率规划211

6.6.4　载干比C/I分布计算211

6.6.5　越区切换可靠性分析211

6.7　本章小结213

第7章　GSM-R系统QoS理论214

7.1　网络服务质量214

7.1.1　基本概念214

7.1.2　QoS的关键性能指标.KPI/KQI215

7.1.3　QoE、QoS、GoS、CEM、KPI/KQI间的关系216

7.2　与网络QoS相关的技术217

7.2.1　服务模型及其实现217

7.2.2　QoS控制理论220

7.2.3　基于QoS的路由技术221

7.3　QoS体系建立224

7.3.1　QoS体系框架及建立原则224

7.3.2　QoS模型建立227

7.3.3　QoS参数分解229

7.3.4　QoS验证230

7.4　GSM-R系统QoS指标的建立230

7.4.1　GSM-R网络服务质量指标230

7.4.2　GSM-R网络QoS与公网QoS234

7.4.3　GSM-R网络分组域与电路域QoS235

7.4.4　GSM-R网络QoS与列车控制QoS的关系235

7.4.5　GSM-R网络QoS确立依据及原理237

7.5　灰色聚类理论和粗糙集理论与GSM-R网络QoS分析241

7.5.1 粗糙集模型对GSM-R网络QoS分析的适应性242

7.5.2　灰色聚类理论与GSM-R网络QoS评估242

7.5.3　粗糙集理论与GSM-R网络QoS KPI及指标权重的确定246

7.6　本章小结248

附录A　Lee氏定律推导249

附录B　符号表250

附录C　缩略语252

参考文献256