1. Đường sắt tốc độ cao và thông tin vô tuyến cho đường sắt tốc độ cao Tàu tốc độ cao đang phát triển nhanh trên toàn thế giới đặc biệt ở một số nước châu Âu như Pháp, Đức, Ý; châu Á như Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc và Đài Loan [1]…tại các nước này, họ đã phát triển đường sắt cao tốc Quốc gia. Ngay ở Trung Quốc tính đến tháng 12 năm 2016 đã có khoảng 22.000 km đường sắt cao tốc và dự kiến đến năm 2020 sẽ tăng thêm 10.000km [2,3]. Trong khi đó ở nước ta, dự án đường sắt tốc độ cao Hà Nội - TP Hồ Chí Minh đang được Chính phủ chỉ đạo nghiên cứu và xây dựng. Ngày nay, trong việc xây dựng thành phố thông minh, các phương tiện giao thông thông minh cần được kết nối tới các mạng truyền thông tin để truyền tải các thông tin thời gian thực cũng như tín hiệu điều khiển và quản lý tự động các phương tiện giao thông nhằm giảm ùn tắc giao thông, phát hiện các vụ tai nạn và tránh những va chạm [4,5,6]. Trong khi đó, sự phát triển nhanh chóng của các ứng dụng Internet vạn vật IoT (Internet of Things) mang tới những yêu cầu cho các thành phố với mong muốn kết nối Internet mọi nơi, mọi lúc. Trong hệ thống đường sắt tốc độ cao HSR (High Speed Rail), sự kết hợp của trí tuệ nhân tạo AI (Artificial Intelligence) vào trong hệ thống điều khiển và quản lý tàu cao tốc dẫn tới những yêu cầu quản lý từ xa tự động thời gian thực và công nghệ giám sát phát triển. Trong các hệ thống đường sắt hiện đại này, sử dụng các công nghệ điều khiển tàu tiên tiến như điều khiển tàu tự động ATC (Automatic Train Control), điều khiển tàu dựa trên thông tin CBTC (Communication Based Train Control) vì vậy yêu cầu về công nghệ truyền thông vô tuyến cũng đòi hỏi kỹ thuật cao hơn, khắt khe hơn, như về băng thông, hiệu suất băng thông, chất lượng, tốc độ…Trong khi đó hệ thống thông tin vô tuyến đa phương thức ngày nay chỉ đáp ứng một phần và tạm thời nhu cầu thông tin băng rộng của cả điều khiển tàu và hành khách đi trên tàu bởi vì phần lớn các tuyến đường sắt tốc độ cao sử dụng hệ thống thông tin di động toàn cầu dành riêng cho đường sắt GSM-R (Global System for Mobile Communications-Railway) hay TETRA (Terrestrial Trunked Radio). Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống thông tin vô tuyến, thông tin di động hiện nay như 3G, WiFi, WiMax kể cả hệ thống thông tin di động thứ 4 (4G) phù hợp với môi trường có tốc độ di chuyển không cao của thiết bị đầu cuối người dùng. Đối với người sử dụng di chuyển với tốc độ cao như hành khách trên HSR thì hệ thống thông tin di động hiện tại chưa thể cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, chất lượng tốt như với người dùng di chuyển tốc độ thấp. LTE (Long Term Evolution) đã được UIC liên minh đường sắt quốc tế (International Union of Railways) lựa chọn là thế hệ tiếp theo để cung cấp thông tin vô tuyến cho HSR trở thành LTE-R (Long Term Evolution- Railway) [26]. Có thể thấy rằng thông tin giữa đoàn tàu và mặt đất là nút thắt của thông tin vô tuyến trong HSR. Các công nghệ tiên tiến đang được nghiên cứu, phát triển để cung cấp đường truyền vô tuyến băng rộng tin cậy và ổn định giữa tàu và trạm thu phát vô tuyến mặt đất BS (Base Station). Để đạt được điều này có rất nhiều vấn đề cần được giải quyết vì khi tàu chạy với tốc độ cao hiệu ứng Doppler sinh ra dịch tần Doppler lớn, trong khi đó điều chế đa sóng mang trực giao OFDM là kỹ thuật điều chế then chốt của LTE mà kỹ thuật này lại nhạy cảm với dịch tần Doppler, gây ra nhiễu ICI (Inter Carrier Interferrence) trong hệ thống, chuyển giao xảy ra thường xuyên, Fading nhanh trong hệ thống thông tin... Có nhiều nghiên cứu trên thế giới để giải quyết các vấn đề xảy ra khi tàu chạy với tốc cao, trong nghiên cứu thuộc phạm vi luận án này tập trung nghiên cứu về dịch tần Doppler do hiệu ứng Doppler trong đường sắt tốc độ cao, sau đó đề xuất mô hình triệt, bù CFO và đề xuất thuật toán ước lượng dịch tần Doppler để tối thiểu nhiễu liên sóng mang ICI trong hệ thống thông tin vô tuyến đường sắt tốc độ cao. Xu hướng phát triển đường sắt tốc độ cao là rõ ràng thể hiện qua số lượng đường sắt tốc độ cao được xây dựng ở nhiều nước trên thế giới, ở Việt Nam ta Chính phủ đã đồng ý chủ trương xây dựng tuyến đường sắt tốc độ cao Hà Nội – Hồ Chí Minh. Trong khi đó chưa có hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng dành riêng cho điều khiển tàu cũng như hành khách đi trên tàu. Do vậy, nhiệm vụ của Luận án này là nghiên cứu hệ thống thông tin vô tuyến trên các tuyến đường sắt tốc độ cao hiện tại, xu hướng phát triển của hệ thống thông tin vô tuyến trong tương lai, dựa vào đó nghiên cứu và đề xuất phương án, thuật toán giải quyết vấn đề hiệu ứng Doppler trong môi trường di chuyển tốc độ cao của đường sắt. Đây là một trong những vấn đề then chốt khi ứng dụng hệ thống thông tin băng rộng như LTE vào trong đường sắt tốc độ cao. Đề tài nghiên cứu của nghiên cứu sinh xuất phát từ xu hướng phát triển chung của đường sắt tốc độ cao trên thế giới cũng như Việt Nam và nhu cầu về hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng phục vụ điều khiển tàu công nghệ hiện đại và nhu cầu về các dịch vụ thông tin vô tuyến băng rộng của hành khách trên tàu tốc độ cao. 2. Những vấn đề còn tồn tại về hệ thống vô tuyến cho đường sắt tốc độ cao Hệ thống thông tin vô tuyến hiện nay trong các tuyến đường sắt tốc độ cao là hệ thống đa phức hợp khác nhau ở các tuyến khác nhau [18-22]. Trong đó hệ thống 2
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRỊNH THỊ HƯƠNG NGHIÊN CỨU TRIỆT TẦN SỐ DOPPLER VÀ KHỬ NHIỄU ICI TRONG HỆ THỐNG VÔ TUYẾN ĐƯỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG HÀ NỘI - 2018 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC KÝ HIỆU v DANH SÁCH BẢNG BIỂU vii DANH SÁCH HÌNH VẼ vii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN TRONG ĐƯỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO 1.1 Hệ thống thông tin vô tuyến số tuyến đường sắt tốc độ cao 1.1.1 Tổng quan đường sắt tốc độ cao 6 1.1.2 Vai trò thơng tin vô tuyến đường sắt tốc độ cao 10 1.1.3 Thơng tin vơ tuyến đồn tàu mặt đất phổ biến 10 1.1.4 Thông tin vô tuyến số tuyến đường sắt tốc độ cao 16 1.1.5 Kỹ thuật ứng dụng thông tin vô tuyến tốc độ cao 18 1.2 Ảnh hưởng di chuyển tốc độ cao đến chất lượng tín hiệu vô tuyến 26 1.2.1 Chuyển giao môi trường tốc độ cao 28 1.2.2 Mơ hình kênh 28 1.2.3 Tính di động cao 29 1.3 Các nghiên cứu CFO/ICI thông tin vô tuyến HSR 30 1.3.1 Tác động dịch tần Doppler lên OFDM 30 1.3.2 Mối liên quan CFO SNR 35 1.3.3.Các nghiên cứu CFO/ICI 35 1.3.3 Các nghiên cứu công bố CFO LTE-R 36 1.4 Kết luận chương 41 CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG DOPPLER VÀ MÔ HÌNH TRIỆT, BÙ CFO TRONG THƠNG TIN VƠ TUYẾN HSR 43 2.1 Khái quát chung 43 2.2 Dịch tần Doppler thông tin vô tuyến đường sắt tốc độ cao 43 2.2.1 Phân tích dịch tần Doppler HSR 43 2.2.2 Mô kết 45 2.3.Triệt dịch tần Doppler sử dụng anten định hướng 52 2.3.1.Mô hình hệ thống 52 2.3.2 Mơ hình kênh 56 2.3.3 Lưu đồ thuật tốn 59 2.3.4 Mơ kết 63 2.4.Triệt dịch tần Doppler sử dụng anten định hướng 66 2.4.1 Mơ hình hệ thống 66 2.4.2 Mô kết 70 2.5 Bù dịch tần Doppler thiết bị chuyển tiếp tàu 73 2.5.1 Mơ hình hệ thống bù Doppler 73 2.5.2 Q trình thực bù dịch tần Doppler 75 2.5.3 Kết mô 76 2.6 Kết luận chương 80 CHƯƠNG 3: THUẬT TỐN TRIỆT NHIỄU ICI TRONG THƠNG TIN VƠ TUYẾN ĐƯỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO 81 3.1 Khái quát chung 81 3.2.Uớc lượng bù CFO sử dụng CP HSR 81 3.2.1 Phân tích đề xuất 81 3.2.2 Kết mơ 84 3.3 Thuật tốn ước lượng CFO kép HSR 89 3.3.1 ICI môi trường đường sắt tốc độ cao 89 3.3.2 Mơ hình hệ thống đề xuất 90 3.3.3 Mơ hình bù CFO đề xuất 92 3.3.4 Mơ hình tốn học 92 3.3.5 Thuật tốn ước lượng 95 3.3.6.Kết mơ 98 3.4 Kết luận chương 101 KẾT LUẬN 103 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự số AI Artificial Intelligence Trí tuệ nhân tạo AP Access Point Điểm truy cập APCO The Global Alliance of the Liên minh toàn cầu hiệp hội Association for Public-Safety thơng tin an tồn cơng cộng Communications Officials ASCII American Standard Code Information Interchange ATC Automatic Train Control Điều khiển tàu tự động AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bít BPF Band Pass Filter Bộ lọc thông dải BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm sở/ Trạm thu phát gốc BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát vơ tuyến gốc C/N Carrier-to-Noise Ratio Tỷ số sóng mang tạp âm CBTC Communication Control CCTV Closed Circuit Television Truyền hình mạch kín CFO Carrier Frequency Offset Dịch tần sóng mang CoMP Coordinate MultiPoint Truyền/nhận đa điểm kết hợp CP Cycle Prefix Tiền tố lặp DA Data-Aided Hỗ trợ liệu DAC Digital to Analog Converter Bộ chuyển đổi số tương tự DANS Doppler Adaptive Suppression DFT Discrete Fourier Transform Phép biến đổi Fourier rời rạc DOA Direction of Arrival Hướng sóng đến DU Digital Unit Bộ số E.NodeB Evolved- Node B Node B tiên tiến Based for Mã tiêu chuẩn Mỹ dùng để trao đổi thông tin Train Điều khiển tàu dựa thông tin Noise Triệt nhiễu thích nghi Doppler i eMLPP Enhanced Multi-level Precedence Cuộc gọi ưu tiên chiếm giữ and Preemption tài nguyên EPC Evolution Packet Core Mạng lõi gói tiên tiến ETCS European Train Control System Hệ thống điều khiển tàu châu Âu E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Mạng truy nhập vô tuyến Radio Access Network FFO Fraction Frequency Offset Phần phân số dịch tần số FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FN Functional Addressing Đánh địa theo chức FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần GSM-R Gobal System for Mobile- Railway Hệ thống toàn cầu cho di động đường sắt HHO Hard Handover Chuyển giao cứng HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú HSPA High Speed Pack Ascess Truy cập gói tốc độ cao HSR High Speed Rail Đường sắt cao tốc HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao HST High Speed Train Tàu cao tốc ICI Inter Carrier Interferrence Nhiễu liên sóng mang IDFT Inverse DFT Chuyển đổi Fourier rời rạc ngược DFT IF Intermediate Frequency Trung tần IFFT Inverse FFT Biến đổi Fourier nhanh ngược FFT IFO Integer Frequency Offset Phần nguyên dịch tần IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP IMT-A International Mobile Telecommunication Advanced Tiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu nâng cao IN Intelligent Network Mạng thông minh IoT Internet of Things Internet vạn vật IP/EPC Internet Protocol Giao thức Internet ISI Inter Symbol Interference Nhiễu liên ký hiệu ii ITS Intelligent Transport System Hệ thống giao thông thông minh LCR Level Crossing Rate Tỉ lệ vượt mức LCX Leaky Coaxial Cable Cáp đồng trục xẻ rãnh LDA Location Depending Addressing Tìm kiếm địa theo vị trí LNA Low Noise Amplifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp LO Local Oscillator Bộ dao động nội LoS Line of Sight Đường truyền tầm nhìn thẳng LPF Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp LTE Long Term Evolution Cải tiến dài hạn LTE-R Long Term Evolution- Railway LTE đường sắt MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ML Maximum Likelihood Khả tối đa MPC Multi- Path Component Các thành phần đa đường MS Mobile Station Trạm động MSs Mobile Stations Các đầu cuối di động MSC Mobile Service Switching Tổng đài di động MUX Multiplexer Bộ ghép kênh NDA Non-Data-Aided Không hỗ trợ liệu OBU On Board Unit Thiết bị tàu OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiplexing trực giao PMR Professional Mobile Radio,Private Phát di động riêng Mobile Radio PS Packet Switching Chuyển mạch gói PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quardrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương RAMS Reliability Availability Maintainability Safety Độ tin cậy sẵn sàng an toàn RBC Radio Block Center Trung tâm khối radio RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RoF Radio over Fiber Vô tuyến qua sợi quang iii RU Remote Unit Thiết bị từ xa SFN Single Frequency Network Mạng đơn tần số SGSN Serving GPRS Support Node Nút cung cấp nút hỗ trợ GPRS SHO Soft Handover Chuyển giao mềm SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SISO Single Input Single Output Một đầu vào đầu SM Space Channel Merging Ghép kênh không gian SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu tạp âm TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian TETRA Terrestrial Trunked Radio Vô tuyến chuyển tiếp mặt đất UHF Ultra High Frequency Tần số cực cao UIC International Union of Railways Liên minh đường sắt quốc tế VBS Voice Boardcasting Service Dịch vụ phát thoại VGCS Voice Group Call Servive Dịch vụ gọi nhóm tiếng nói VGCS WiFi Wireless Fidelity Hệ thống mạng khơng dây sử dụng sóng vơ tuyến WiMax Worldwide Interoperability Microwave Access WLAN Local Area Wireless Networks for Tiêu chuẩn IEEE 802.16 cho việc kết nối Internet băng thông rộng không dây khoảng cách lớn Mạng không dây cục iv DANH MỤC KÝ HIỆU Ký hiệu Ar Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt Magnitude of The Received Biên độ tín hiệu thu Signal Carrier Frequency Offset Dịch tần sóng mang Vận tốc ánh sang C Speed of Light chân không Eb Energy per Bit Năng lượng bit Integer Frequency Offset Phần nguyên dịch tần Fraction Frequency Offset Phần phân số dịch tần Doppler Frequency Tần số Doppler Carrier Frequency Tần số sóng mang Frequency Offset Dịch tần Doppler Frequency Shift of Dịch tần Doppler anten đầu tàu Head Antenna Doppler Frequency Shift of Dịch tần Doppler anten tàu Middle Antenna Doppler Frequency Shift of Dịch tần Doppler anten đuôi tàu Tail Antenna Angle of train direction and Góc hợp đường nối từ tàu tới BS hướng line from train to BS di chuyển tàu at Head Antenna Anten đầu tàu v at Middle Antenna Anten tàu at Tail Antenna Anten đuôi tàu Speed of train Vận tốc tàu T Period of Symbol Chu kỳ ký hiệu N0 Noise Density h(t) Channel Impulse Response Đáp ứng xung kênh H Height of Antenna Chiều cao anten P Average Power Cơng suất trung bình N Number of Scatters Số tia tán xạ Power Spectral Mật độ phổ công suất tập âm Complex Gaussian random Biến ngẫu nhiên variable with the mean and Gaussian với trung bình phương sai variance of wtrain Width of Train Chiều rộng tàu w Distance between Head Khoảng cách anten Antenna and Head Antenna đầu tàu đầu tàu l Distance between E-Node Bn Khoảng cách hai Eand E-NodeBn+1 Node B d Length of Train Chiều dài tàu s(t) OFDM Symbol Kí hiệu OFDM Number of Subcarriers Số sóng mang N vi Bên thu Bên phát Xây dựng từ s (Bù CFO) Tạo hàm Cost Ước lượng CFO từ giá trị nhỏ Gửi giá trị CFO Hình 3-16 Lưu đồ thuật tốn 3.3.6 Kết mô Sử dụng thông số Bảng 3.2 để thiết lập tốn thơng tin HSR Trong mô phỏng, ý đến đường truyền E-NodeB MS Ta giả sử hệ thống đạt đồng mặt thời gian bên thu Bảng 3.2.Thông số mô cho ước lượng CFO kép Các thơng số Giá trị Bán kính Cell (ds) 500 m Vùng phủ chồng chéo (Δd) 400 m Khoảng cách ban đầu tàu E-NODE-B1 (d1) 100 m Khoảng cách ban đầu tàu E-NODE-B2 (d2) 400 m 98 Khoảng cách đường tàu E-NODE-Bs ( ) 5m Tốc độ tàu (v) 360 km/h Tổng số kênh 128 Phương pháp điều chế BPSK Độ rộng kênh (Δf) 120 kHz Băng thông (BW) 10 MHz Tần số lấy mẫu (fs) 15,36 MHz Tần số sóng mang 2,6 GHz Kết mơ Với sơ đồ thuật tốn đề xuất với bảng thơng số mơ phòng, kết sử dụng phần mềm Matlab thể hiển hình Hình 3-17 Giá trị CFO ước lượng thực tế E-Node-B1 99 Hình 3-18 Giá trị CFO ước lượng thực tế E-Node-B2 Hình 3-17 Hình 3-18 CFO MS chuyển động xa E-NodeB1 chuyển gần tới E-Node-B2 Tương tự ước lượng đơn CFO, thuật tốn đề xuất khơng xác / có giá trị thấp Tuy nhiên, đạt độ xác cao / có giá trị cao, hàm cost (3.23) (3.24) dẫn tới nhiều điểm đỉnh đáng kể Mặt khác, đỉnh không cần thiết phải gần với giá trị CFO Vì vậy, hiệu suất hệ thống bị suy giảm Tuy nhiên đạt độ xác cao / có giá trị cao Hình 3-19 MSE thuật tốn đề xuất phương pháp thơng thường 100 Sai số bình phương trung bình (MSE) phương pháp đề xuất thể Hình 3-19 Trong q trình mơ phỏng, so sánh phương án đề xuất với giải pháp thông thường nghiên cứu [64] Hình 3-19 cho ta thấy rõ ràng / >16dB, thuật toán ta cho thấy vượt trội Hình 3-20 BER có CFO, khơng bù CFO bù CFO Hình 3-20 BER hệ thống với trường hợp CFO, có CFO bù CFO Khi / lớn, kết thuật toán gần với giá trị thực tế CFO Do đó, hiệu suất gần với trường hợp lý tưởng 3.4 Kết luận chương ICI gây dịch tần Doppler tác động mạnh vào hệ thống OFDM trường hợp kênh truyền biến đổi nhanh Sự ảnh hưởng ICI nghiêm trường hợp chu kỳ symbol tăng Đặc biệt với hệ thống tàu tốc độ cao, tốc độ tàu lên đến 570 km/h lớn Doppler gây CFO, làm giảm hiệu suất hệ thống truyền Trong chương đề xuất hai giải pháp ước lượng bù CFO Giải pháp ước lượng bù CFO dựa ngữ cảnh thay đổi vận tốc điển hình đường sắt cao tốc thuật tốn ước lượng bù CP Kết mơ cho thấy giải pháp đạt yêu cầu thông tin vô tuyến đường sắt tốc độ cao độ xác thời gian, tồn nhược điểm không ước lượng bù CFO thời điểm ngẫu nhiên vận tốc Giải pháp thứ hai nghiên cứu phương án giảm ICI phương pháp ước lượng CFO kép cho hệ thống HSR Phương án đề xuất dựa phần mào đầu khung liệu tín hiệu thu khơng sử dụng nhiều anten MS ước lượng tần số Doppler dựa tín hiệu nhận gửi lại giá trị cho E-Node-B Khi liệu gửi, CFO 101 đưa vào liệu Hệ thống mơ dựa thuật tốn ước lượng CFO đề xuất Sai số bình phương trung bình việc ước lượng so sánh với giải pháp thông thường thông qua hiệu suất Như thể kết mô phỏng, phương án tốt / tăng BER hệ thống sử dụng phương pháp bù đề xuất nêu CFO loại cách hiệu / lớn Hiệu suất hệ thống gần với trường hợp lý tưởng khơng có CFO sử dụng thuật tốn Với giải pháp hiệu này, dịch vụ liệu tốc độ lớn cung cấp với độ tin cậy cao Đây xem xét giải pháp đầy hứa hẹn cho vấn đề sở hạ tầng giao thông đường sắt cao tốc 102 KẾT LUẬN Trong luận án nghiên cứu giải pháp triệt tần số Doppler khử nhiểu ICI thông tin vô tuyến đường sắt tốc độ cao, nghiên cứu sinh trình bày tổng quan đường sắt tốc độ cao, xu hướng phát triển đường sắt tốc độ cao, hệ thống thông tin vô tuyến số đường sắt tốc độ cao, tình trạng nghiên cứu LTE HSR để trở thành LTE-R Nghiên cứu sinh nghiên cứu vấn đề, thách thức gặp phải hệ thống vô tuyến đường sắt tốc độ cao, tồn mà nghiên cứu trước chưa giải giải chưa triệt để để từ nghiên cứu sinh đề xuất giải pháp bù, triệt tần số Doppler thông tin vô tuyến HSR Các kết quả, đóng góp luận án sau: A Một số kết đạt luận án Xây dựng đường cong Doppler môi trường đường sắt tốc độ cao trường hợp thay đổi vận tốc điển hình đường sắt Dựa đường cong Doppler trường hợp thay đổi vận tốc điển hình đường sắt, luận án xây dựng, mô phỏng, đánh giá hiệu hệ thống thông qua tỷ số lỗi bit BER trước sau bù dịch tần Doppler Kết cơng bố cơng trình số [5] danh mục cơng trình cơng bố luận án Đề xuất số giải pháp triệt dịch tần Doppler hệ thống vô tuyến đường sắt tốc độ cao dựa việc sử dụng anten định hướng đặt vị trí đầu tàu, tàu, tàu với việc thay đổi kiến trúc trạm thu phát chuyển tiếp đặt tàu Cụ thể: - Đề xuất hai mơ hình triệt dịch tần Doppler việc sử dụng anten định hướng đặt đầu tàu, đuôi tàu, tàu lựa chọn anten làm việc tùy theo vị trí thực tế chạy tàu Kết mô cho thấy với đề xuất dịch tần Doppler triệt 95% tồn q trình chạy tàu, lại 5% dịch tần Doppler xấp xỉ 0.4 Hz Hai đề xuất công bố báo số [1] số [3] - Đề xuất mơ hình bù CFO việc thay đổi cấu trúc phần cứng thiết bị chuyển tiếp tàu Với đề xuất nghiên cứu sinh mô hệ thống sử dụng phần mềm Matlab với kênh Rician cho trường hợp K=2 K=8 Kết cho thấy đường cong BER sau bù đường cong lý thuyết gần trùng Đề xuất công bố báo số [4] 103 Đề xuất thuật toán ước lượng bù CFO kép để triệt ICI thông tin vô tuyến HSR Kết mơ cho thấy Eb/N0 lớn đường cong BER sau bù trùng khít với đường BER khơng có CFO Mơ hình, kết đề xuất công bố báo số [2] danh mục cơng trình cơng bố luận án B Hướng phát triển Mơ hình hóa, mơ phỏng, thực nghiệm hệ thống sử dụng mã hóa nguồn, mã hóa kênh định dạng búp sóng cho đề xuất chương 2 Nghiên cứu thực nghiệm hệ thống giải pháp để định hướng ứng dụng với mơ hình kênh cụ thể cho HSR Việt Nam 104 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ Thi Huong, Trinh & Duy Viet, Nguyen & Van Yem, Vu (2017), “Eliminating Doppler shift in high speed rail communications,” Far East Journal of Electronics and Communications, Volume 17, Issue 3, pp 701707 10.17654/EC017030701 (Scopus) Vu, Van Yem & Thi Huong, Trinh (2018), “ICI Mitigation by Estimation of Double Carrier Frequency Offsets in High-Speed-Railway Communication Systems for Smart Cities,” Mobile Networks and Applications, pp 1-9 10.1007/s11036-017-0990-y (SCI-Q1) Vu Van Yem, Trinh Thi Huong, and Nguyen Duy Viet, (2018), “Doppler Frequency Shift Eliminating Using Directional Antennas for High - Speed Rail Communications,’’ Journal of Communications, ISSN: 1796-2021 (Online); 2374-4367 (Print), Vol 13, No.9, pp 541-544 (Scopus) Trinh Thi Huong, Nguyen Manh Dat, To Thi Thao, Nguyen Duy Viet, and Vu Van Yem, (2018) “Compensating Doppler Frequency Shift of High Speed Rail Communications,“ International journal of Applied Engineering Research, Volume 13, Number 16, pp 12987-12990 (Scopus) Trinh Thi Huong, Nguyen Ngoc Huy, Pham Duy Phong, Nguyen Duy Viet and Vu Van Yem, (2018) “Novel Method Using CP for Estimation and Compensation of CFO in HSR Communications,” Accepted to European Journal of Electrical and Computer Engineering 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO "General Definitions of Highspeed" International Union of Railways (UIC) Retrieved 20 November 2015 “China on track to be world’s biggest network” Financial Times "China's high speed railway exceeds 20,000 km" China Daily 10 September 2016 Retrieved January 2017 Sejal S Bhagat, Palak S Shah and Manoj L Patel, “Smart cities in context to Urban Development,” International Journal of Civil, Structural, Environmental and Infrastructure Engineering Research and Development, Volume 4, Issue 1, 41- 48, Feb (2014) Zhang Xiong, Hao Sheng, WenGe Rong, Dave E Cooper, ”Intelligent transportation systems for smart cities: a progress review,” Science China Information Sciences, Vol 55, Issue 12, pp 2908–2914, December (2012) Ahmed Y Al-Dubai, “Reliable Intelligent Transportation Systems for Smart Cities,” 2ndInternational Conference and Business Expo on Wireless & Telecommunication, Theme: Connecting People to Connecting Global, April 21-22, The Oberoi Centre, Dubai, UAE (2016) https://vi.wikipedia.org/wiki/Đường_sắt_cao_tốc http://www.vr.com.vn/ds-quoc-te/duong-sat-cao-toc-va-vai-tro-trong-giaothong-cong-cong.html https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_high-speed_trains 10 http://vnra.gov.vn/diem-tin-bao-chi/lap-ban-chi-dao-nghien-cuu-du-anduong-sat-bac-nam-toc-do-cao-a1940 11 BBC News (2004, May 20) Wi-Fi May Tempt Travellers News BBC News London, United Kingdom [Online] Available: http: //news.bbc.co.uk/2/hi/technology/3729583.stm 12 W Qi, Y Xin, D Chengxin and L Suwen, "Design of TETRA-based dedicated radio communication system for urban rail transit," 2012 3rd International Conference on System Science, Engineering Design and Manufacturing Informatization, Chengdu, 2012, pp 304-307 doi: 10.1109/ICSSEM.2012.6340733 13 G BARBU, “E-Train - Broadband Communication with moving trains” Technical Report - Technology state of the art, Jun 2010, available online:http://www.uic.org/etf/publication/publicationdetail.php?code_pub=1 90_14 106 14 Electronic Communications Committee with in the Europea Con-ference of Posta l and Telecom munications Admi nistrations, “Practi-cal mechanism to improve the compatibility bet ween GSM- R and public mobile ne tworks and gu idance on practic al coordination,” Copenha gen, Denmark, ECC Report 162, 2011 15 UIC GSM- R Operators Group, “G SM-R system requirements specifi-cation (SRS),” UIC, Paris, France, UIC EIRENE Technology Report, UIC Code 951, version 15 3.0, 2012 16 P Winter, Compendium on ERTMS: “European Rail Traffic Management System” Hamburg, Germany: Eurail Press, 2009 17 Alain BERTOUT, Senior Solution Architect, Alcatel-Lucent, Eric BERNARD, Business Development Director, Alcatel-Lucent, “Next Generation Of Railways And Metros Wireless Communication Systems”, Aspect IRSE, 2012 18 I Beeby, “Demystifying Wireless Communications for Trains,” Presented at the BWCS Train Communication Systems 2006, London, UK,June 2006 19 Trịnh Thị Hương, Nguyễn Duy Việt, Trịnh Quang Khải; “Truy nhập vô tuyến băng rộng đường sắt tốc độ cao”, Tạp chí Thơng tin Truyền thơng, tháng năm 2017 20 X JIANG, F ZOU, Z LIN AND T WANG, “A Survey on the Internet Application on Passenger Trains”, Journal of the China Railway Society, pp 103-110, Oct 2007 21 M HAN, N LEE, K HAN, AND D LEE, “Fast IP handover between satellite networks and wireless LAN networks for high-speed trains”, 2008 22 Japan Central Railway Company, “Extensive Internet Environment on the Next Generation High-Speed Train ‘Series N700’”, available online: http://www.docin.com/p-98849721.html 23 Http://www.ithome.com.tw/itadm/article.php?c=60581 24 S WENZHE, W HONGWEI, AND B BING, “Feasibility research on trainground information transmission based on leaky coaxial cable in CBTC”, in Service Operations, Logistics, and Informatics (SOLI), 2011 IEEE International Conference on, 2011, pp 574-578 25 B LANNOO, D COLLE, M PICKAVET AND P DEMEESTER, “Radioover Fiber-Based Solution to Provide Broadband Internet Access to Train Passengers”, IEEE communications Magazine, pp 56-62, Feb 2007 107 26 K Guan, Z D Zhong, and B Ai, “Assessment of LTE-R using high speed railway channel model,” in Proceedings of International Conference on Communications and Mobile Computing, 2011, pp 461–464 27 A Sniady and J Soler, “Capacity gain with an alternative LTE railway communication network,” in Proc 7th Int Workshop on Com-munication Technologies for Vehicles, St Petersburg, Russia, 2014 , pp 1–5 28 Jia Shen, Shiqiang Suo 3GPP Long Term Evolution: “Principle and System Design”, Beijing: People's Posts and Telecom Press, 2008 29 A High-speed Railway Mobile Communication System Based on LTE, “International Conference on Electronics and Information Engineering” Gao Tingting State Key Lab of Rail Traffic Control and Safety Beijing Jiaotong University Beijing, (ICEIE 2010), 30 Aleksander Sniady and José Soler, “Capacity gain with an alternative LTE railway communication network”, , IEEE members, 7th International Workshop on Communication Technologies for Vehicles (Nets4Cars-Fall), 2014 31 Trịnh Thị Hương, Trịnh Quang Khải, “Hệ thống thông tin di động đường sắt tốc độ cao”, Tạp chí Cơng nghệ thơng tin truyền thông, tháng năm 2016 32 Badard, B & Diascorn, V & Boulmier, G et al , “Migration to VoIP over mobile networks: Technical challenges and economic opportunity analysis,” Telecommunications Network Strategy and Planning Symposium (NETWORKS), 2010 14th International, vol., no., pp.1-7, 27-30 Sept 2010 33 Chen Wu, “User ID provisioning for SIP registration in IMS,” Education Technology and Computer (ICETC), vol.2, no., pp.V2-206-V2-210, 22-24 June 2010 34 Jaime Calle-Sanchez, Mariano Molina-Garcia & José I Alonso , “Top Challenges of LTE to become Next Generation Railway Communication System”, WIT transactions on the Buit environment, vol 127, 2012, ISSN 1743-3509 (online) 35 K D LIN AND J F CHANG, “Communications and entertainment onboard a high speed public transport system”, IEEE Wireless Communications Magazine, pp 82-89, 2002 36 B Ai, X Cheng, T Krner, Z Zhong, K Guan, and R He,“Challenges Toward Wireless Communications for High-Speed Railway,” IEEE Intell Transp Syst Mag., vol 15, no 5, pp 2143-2158, Oct 2014 37 Qiwei, W & Guangliang, R & Jing T , “A soft handover algorithm for TDLTEsystem in high-speed railway scenario,” Signal Processing, 108 CommunicationsandComputing (ICSPCC), vol., no., pp.1-4, 14-16 Sept 2011 38 L Luan et al, “Handover Parameter Optimization of LTE System in VariationalVelocity Environment”, Proceedings of ICCTA2011, International Conference onComputer Theory and Applications, 2011 39 3GPP TS 36.104, “LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (EUTRA); Base Station (BS) radio transmission and reception,” 3GPP, Sophia Antipolis, France, 3GPP Technical Specification, version 11.8.2, Release 11, 2014 40 B Ai, X Cheng, T Kürner, Z.-D Zhong, K Guan, R.-S He, L Xiong, D W Matolak, D G Michelson, and C Briso-Rodriguez, “Challenges toward wireless communications for high-speed railway,” IEEE Trans Intell Transp Syst., vol 15, no 5, pp 2143–2158, 2014 41 R He, Z Zhong, B Ai, and K Guan, “Reducing cost of the high-speed railway communications: From propagation channel view,” IEEE Trans Intell Transp Syst., vol 16, no 4, pp 2050–2060, 2015 42 R He, Z Zhong, B Ai, and C Oestges, “Shadow fading correlation in highspeed railway environments,” IEEE Trans Veh Technol., vol 64, no 7, pp 2762–2772, 2015 43 Yong Soo Cho,Jaekwon Kim,Won Young Yang,Chung G Kang, “MIMOOFDM Wireless Communications with MATLAB”, IEEE, ISBN: 9780470825617 Online ISBN: 9780470825631 DOI: 10.1002/9780470825631, First published: 25 August 2010 44 Richard Van Nee and Ramjee Prasad, “OFDM for Wireless Multimedia Communications”, The Artech House Universal Personal Communications, Norwood, MA, 2000 45 Aziz, W., Ahmed, E., Abbas, G., Saleem, S and Islam, Q., “Performance Analysis of carrier Frequency Offset (CFO) in OFDM using MATLAB”, Journal of Engineering (JOE), Vol 1, No 1, 2012 46 Cho, Y.S., Kim J., Yang, W.Y and Kang C G., “MIMO-OFDM wireless communications with MATLAB”, John Wiley & Sons, Asia, IEEE Press, 2010, pp.153-161 47 Al-Bassiouni, A M., Muhammad, M I., and Zhuang, W., “An Eigenvalue Based Carrier Frequency Offset Estimator for OFDM Systems”, IEEE WirelessCommunications Letters, Vol 2, No 5, October 2013, pp 475-478 109 48 Qiao, Y., Wang, Z., and Ji, Y., “Blind Frequency Offset Estimation based on Cyclic Prefix and Virtual Sóng mang cons in Co-OFDM System”, Chinese Optics Letters, Vol No 9, Sept 2010, pp 888-893 49 Van de Beek, J.J., Sandell, M., and Borjesson, P.O., "ML estimation of timing and frequency offset in OFDM systems", IEEE Transactions on Signal Processing, Vol 45, No 7, July 1997, pp.1800-1805 50 Wang K., Singh J and Faulkner M., "FPGA Implementation of an OFDM WLAN Synchronizer.” Second IEEE International Workshop on Electronic, 2004 51 W U Bajwa, A M Sayeed, and R Nowak, “Sparse multipath channels: modeling and estimation,” IEEE Digital Signal Processing Education Workshop, pp 320-325, Jan 2009 52 W U Bajwa, J Haupt, A M Sayeed, and R Nowak, “Compressed channel sensing: a new approach to estimating sparse multipath channels,” Proc IEEE, vol 98, no 6, pp 1058-1076, June 2010 53 G Park , D Hong and C Kang, “Level crossing rate estimation with Doppler adaptive noise suppression technique in frequency domain,” in Proc 58th IEEE VTC 2003-Spring, pp.1192-1195 2003 54 Y Choi, O Ozdural, H Liu and S Alamouti, “A maximum likelihood Doppler frequency estimator for OFDM systems,” in proc IEEE ICC, vol 10, pp 4572-4576, 2006 55 J Cai, W Song and Z Li, “Doppler spread estimation for mobile OFDM systems in Rayleigh fading channels,” IEEE Trans Consum Electron, vol 49, no 4, pp 973-977, November 2003 56 H Arslan, L Krasny, D Koilpillai and S Chennakeshu, “Doppler spread estimation for wireless mobile radio systems,” in proc IEEE WCNC, vol 3, pp 1075-1079, 2000 57 Q Du, G Wu, Q Yu and S Li, "ICI mitigation by Doppler frequency shift estimation and pre-compensation in LTE-R systems," 2012 1st IEEE International Conference on Communications in China (ICCC), Beijing, 2012, pp 469-474 58 Dian Fan, Z Zhong, Gongpu Wang and Feifei Gao, "Doppler shift estimation for high-speed railway wireless communication systems with large-scale linear antennas," 2015 International Workshop on High Mobility Wireless Communications (HMWC), Xi'an, 2015, pp 96-100 59 Bing Hui; Junhyeong Kim; Hee-Sang Chung; Il-Gyu Kim; Hoon Lee, “ Efficient Doppler mitigation for high-speed rail communications”, Advanced 110 Communication Technology (ICACT), 2016 18th International Conference on 03 March 2016 60 Hanbyeog Cho, Tien Hoa Nguyen, Huu Nghia Nguyen, Hyun-Kyun Choi, Jin-Kyu Choi, Soonghwan Ro and Van Duc Nguyen, “A robust ICI suppression based on an adaptive equalizer for very fast time-varying channels in LTE-R systems” Cho et al EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking (2018) 2018:17 61 P Kyosti, J Meinila, L Hentila, X Zhao, Winner II channel models: part I channel models version 1.2.WINNER and Information Society Technologies,” Technical Report (2007) 62 O Besson and P Stoica, “On parameter estimation of MIMO flat-fading channels with frequency offsets,” IEEE Trans on Signal Processing, vol 51, no 3, pp 602–613, (2003) 63 Y Zeng, R A Leyman, and T S Ng, “Joint semi blind frequency offset and channel estimation for multiuser MIMO-OFDM uplink,” IEEE Trans Commun., vol 55, no 12, pp 2270–2278, (2007) 64 J Chen, Y C Su, S Ma, and T S Ng, “Joint CFO and channel estimation for multiuser MIMO-OFDM systems with optimal training sequences,” IEEE Trans on Signal Processing, vol 56, no 8, pp 4008–4019, (2008) 65 Y Wu, J W M Bergmans, and S Attallah, “Carrier frequency offset estimation for multiuser MIMO OFDM uplink using CAZAC sequences: performance and sequence optimization,” EURASIP Journal on Wirel Commun and Network., vol., Article ID: 570680, (2011) 66 Y Jiang, X Zhu, E Lim, Y Huang, and H Lin, “Low-complexity semi blind multi-CFO estimation and ICA-baed equalization for CoMP OFDM systems,” IEEE Trans Vehicular Technology, vol 63, no 4, pp 1928–1934, May, (2014) 67 S Li, J Xiong, L Gui and Y Xu, "A Generalized Analytical Solution to Channel Estimation With Intersymbol Interference Cancelation and CoChannel Interference Cancelation for Single Input Single Output/Multiple Input Single Output Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting Systems," in IEEE Transactions on Broadcasting, vol 59, no 1, pp 116-128, March 2013 111 68 J Xiong , L Gui , H Liu and P Cheng, "On channel estimation and equalization in 2x1 MISO TDS-OFDM based terrestrial DTVsystems," IEEE Trans Broadcast., vol 58, pp 130-138, (2012) 69 3GPP TR 36.211 v8.6.0., “Physical Channel and Modulation for Evolved UTRA[S]” (2009).M El-Hajjar and L Hanzo, "A Survey of Digital Television Broadcast Transmission Techniques," in IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol 15, no 4, pp 1924-1949, Fourth Quarter 2013 70 H Liu and U Tureli, "A high efficiency estimator for OFDM communications," IEEE Commun Lett., vol 2, pp 104-106, Apr 1998 112 ... TIN VÔ TUYẾN TRONG ĐƯỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO 1.1 Hệ thống thông tin vô tuyến số tuyến đường sắt tốc độ cao 1.1.1 Tổng quan đường sắt tốc độ cao 6 1.1.2 Vai trò thông tin vô tuyến đường sắt tốc độ cao. .. đường sắt tốc độ cao Nghiên cứu thuật tốn khử nhiễu liên sóng mang ICI dịch tần Doppler gây hệ thống thông tin vô tuyến cho đường sắt tốc độ cao Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống đường sắt tốc độ cao. .. TRONG ĐƯỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO 1.1 Hệ thống thông tin vô tuyến số tuyến đường sắt tốc độ cao 1.1.1 Tổng quan đường sắt tốc độ cao Có vài định nghĩa khác đường sắt tốc độ cao tồn giới, theo nguồn [1] đường