CTCS-3, còn trong ETCS-3 / CTCS-4 và LTE-R, thì với hệ thống này thông tin vị trí của tàu là được phát hiện bởi RBC và thiết bị vô tuyến trên tàu. Điều này cải thiện độ chính xác của việc giám sát tàu dẫn đến hiệu quả trong việc khống chế đoàn tàu. LTE-R cũng có thể được sử dụng để cung cấp đường truyền thông tin cho các hệ thống lái xe tự động trong tương lai.
2) Giám sát thời gian thực
LTE-R cung cấp giám sát video đường ray phía trước, các điều kiện kết nối đường ray, cabin, giám sát thông tin thời gian thực của các điều kiện đường ray như phát hiện khe hở và nhiệt độ, giám sát video cơ sở hạ tầng đường sắt như cầu và đường hầm để tránh thiên tai và theo dõi video các nút giao để phát hiện trạng thái đóng băng ở nhiệt độ thấp. Thông tin giám sát sẽ được chia sẻ với cả trung tâm điều khiển lẫn tàu tốc độ cao theo thời gian thực với độ trễ <300 ms. Mặc dù một số dịch vụ giám sát nói trên có thể được thực hiện bằng thông tin hữu tuyến, nhưng rõ ràng sử dụng hệ thống thông tin vô tuyến LTE-R sẽ thực hiện các công việc giám sát đó hiệu quả hơn.
3) Khống chế đa phương tiện tàu
LTE-R cung cấp đầy đủ thông tin khống chế (bao gồm văn bản, dữ liệu, giọng
nói, hình ảnh, video, v.v.) của tài xế, nhân viên điều độ, tàu, duy tu bảo dưỡng đường vì vậy nó nâng cao hiệu quả của việc điều độ tàu. Nó hỗ trợ nhiều chức năng, chẳng hạn như, nhóm động, gọi nhóm tạm thời, nhắn tin ngắn và nhắn tin đa phương tiện.
25 Khi xảy ra thiên tai, tai nạn hoặc các trường hợp khẩn cấp khác xảy ra, đường truyền thông tin được thiết lập tức thời giữa nơi xảy tai nạn và trung tâm cứu hộ được để cung cấp tiếng nói, video, dữ liệu và truyền hình ảnh. Hệ thống thông tin liên lạc khẩn cấp đường sắt đảm bảo triển khai nhanh và phản hồi nhanh hơn (với độ trễ <100 ms) so với GSM-R.
4) Kết nối vạn vật IoT
LTE-R cung cấp các dịch vụ IoT đường sắt, chẳng hạn như truy vấn và theo dõi thời gian thực của tàu, hàng hóa. Nó giúp tăng cường hiệu quả vận chuyển và mở rộng phạm vi dịch vụ. Hơn nữa, đường sắt IoT cũng có thể cải thiện an toàn đường sắt. Hầu hết tàu ngày nay chạy trên đường ray, các ghi trải dài. Với IoT và giám sát từ xa, có thể giám sát cơ sở hạ tầng từ các công tắc đến đường dây điện, có thể tự động hóa nhiều khâu kiểm tra an toàn và giảm chi phí bảo trì.
Ngoài các tính năng được liệt kê trước đây, một số tính năng khác cung cấp các dịch vụ của LTE-R như đặt trước chỗ ngồi, mua vé điện tử qua điện thoại và tương tác vô tuyến của thông tin hành khách. Hình 1-3 tóm tắt các dịch vụ tương lai có thể được cung cấp bởi LTE-R, dựa trên các báo cáo kỹ thuật của UIC [13].
26 LTE-R GSM-R Wifi 3G/4G/5G WiMAX Satellite RoF
Thông tin khẩn cấp Đặt vé trực tuyến
Điều khiển thời gian thực
Truy nhập mạng trong khoang tàu
Điều khiển tàu Mạng thông tin liên lạc hành
khách
Thông tin liên lạc ở ga tàu Điều độ đa phương tiện trên tàu
Hình 1-3. LTE-R có khả năng cung cấp các dịch vụ cho đường sắt[13] 1.2. Ảnh hưởng của di chuyển tốc độ cao đến chất lượng tín hiệu vô tuyến
Đối với hệ thống thông tin di động thông thường thiết bị đầu cuối di động người sử dụng dịch vụ thông tin sẽ kết nối trực tiếp với BS như hình 1.4. Tuy nhiên do đặc điểm của HSR, hành khách tập trung ở trên tàu và số lượng hành khách cùng sử dụng dịch vụ thông tin là khá lớn, bên cạnh đó tín hiệu sẽ bị suy hao lớn do bề dày kim loại của vỏ tàu, hơn nữa nếu kết nối trực tiếp khi tàu di chuyển với tốc độ cao việc chuyển giao xảy ra thường xuyên của số lượng lớn thiết bị thuê bao sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng thông tin. Vì vậy cấu trúc hai vòng được chấp nhận trong thông tin đường sắt tốc độ cao [35], ở đó thiết bị đầu cuối di động đầu tiên kết
nối với điểm truy nhập trên tàu AP (Access Point), sau đó tất cả thông tin được nhận bởi các AP được tích hợp lại và được gửi tới BS thông qua một anten được lắp đặt trên đầu tàu, như hình 1-5.
27 Sử dụng cấu trúc hai vòng này, vấn đề vùng phủ sóng không đồng đều và suy hao xuyên qua vỏ tàu có thể tránh được và đường liên kết vô tuyến tốc độ cao có thể được thiết lập giữa đầu cuối di động và điểm AP trên tàu. Hơn nữa BS chỉ cần kết nối với một đầu cuối trên tàu với tốc độ dữ liệu rất cao, thay vì kết nối với số lượng lớn đầu cuối di động của hành khách. Tín hiệu điều khiển đoàn tàu - mặt đất và chi phí quản lý nguồn vô tuyến có thể được giảm đáng kể. Đặc biệt, khi xảy ra chuyển giao chỉ có một chuyển giao nhóm xảy ra trong khi cấu trúc một vòng thì số lượng lớn chuyển giao xảy ra đồng thời, tiêu tốn rất nhiều nguồn tài nguyên vô tuyến, phức tạp trong xử lý tín hiệu và dẫn đến tỷ lệ rớt cuộc gọi rất cao.
Tín hiệu từ AP trên tàu đến các thiết bị đầu cuối người dùng theo kiểu mạng LAN (WLAN) vô tuyến [20-22]. Có thể thấy rằng thông tin giữa đoàn tàu và mặt đất là nút thắt cổ chai của hệ thống thông tin cho HSR, các công nghệ tiên tiến phải được phát triển để cung cấp đường liên kết dữ liệu băng rộng ổn định, tin cậy giữa tàu và BS. Đường truyền thông tin mặt đất đoàn tàu cũng được tập trung nghiên cứu trong phạm vi luận án này.
Các hệ thống LTE phù hợp với môi trường có tốc độ di chuyển không cao của thiết bị đầu cuối người dùng. Trong khi đó tốc độ chạy tàu ngày càng cao và tốc độ cao nhất của tàu ngày nay là khoảng 575 Km/h[36]. Đối với thiết bị phục vụ điều khiển tàu và của hành khách trên tàu tốc độ cao thì hệ thống thông tin di động hiện tại chưa thể cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao như với người dùng di chuyển tốc độ thấp. Để cung cấp đường truyền vô tuyến băng rộng tin cậy và ổn định giữa
28 tàu và mặt đất không phải chỉ đơn giản triển khai LTE trong đường sắt tốc độ cao mà có nhiều vấn đề cần nghiên cứu như mô hình kênh không tĩnh, chuyển giao xảy ra thường xuyên, sự di chuyển nhanh gây ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu vì khi tàu chạy với tốc độ cao nó gây ra một số vấn đề như dịch tần Doppler đặc biệt là khi tàu chạy gần tới BS hoặc qua BS, chuyển giao xảy ra thường xuyên, Fading nhanh trong hệ thống thông tin....Vì vậy hệ thống LTE trong môi trường tốc độ cao của đường sắt có những vấn đề quan trọng cần được nghiêu cứu như:
1.2.1. Chuyển giao trong môi trường tốc độ cao
Trong hệ thống LTE hỗ trợ cơ chế chuyển giao cứng HHO (Hard Handover) để giảm sự phức tạp trong kiến trúc mạng, tuy nhiên HHO không đảm bảo việc không