Evaluation and enhancement of IEEE 802.11 amendments for the connected train

Resumen

La comunicación "Vehicle-to-Everything" (V2X) es una tecnología inalámbrica que permitir el intercambio de datos entre un vehículo y su entorno, la cual está estandarizada y tiene gran popularidad en la industria y la academia. En el ámbito ferroviario, si bien el uso de enlaces de comunicación inalámbrica con fines de señalización no es nuevo, actualmente se está investigando el uso de algunas tecnologías V2X para soportar servicios relacionados con la seguridad vial. Lo antes mencionado es motivado debido a que los sistemas de comunicación desplegados actualmente no proporcionan los requisitos exigidos. Estos servicios permiten aumentar la seguridad, confiabilidad y desempeño de este medio de transporte. En esta tesis nos enfocamos en los protocolos de comunicación 802.11p/bd, donde evaluamos sus desempeños para soportar enlaces de comunicación "Train-to-Infrastructure" (T2I) y "Train-to-Train" (T2T), permitiendo de esta forma el soporte de servicios relacionados con seguridad vial y eventualmente la implementación de diferentes grados de automatización en el ferrocarril. Además, se propone un método de estimación de canal basado en pilotos tipo combinado (CPCE) para el seguimiento del canal en 802.11bd. Mejorando de esta forma su desempeño en escenarios con alto š"Doppler". También el método propuesto se compara con el método de estimación de canal basado en midambles (MCE), el cual es el método candidato utilizado para 802.11bd. Para evaluar el desempeño de 802.11bd en el ferrocarril, es esencial considerar las características de propagación de un ferroviario escenario con modelos de canal dedicados para simulación y prueba de laboratorio. Para el enlace de propagación T2I, nosotros hemos utilizado el modelo de canal Winner II, mientras que para T2T se ha identificado una brecha en la literatura y ningún modelo de canal ha sido identificado. Por ello, se ha hecho un esfuerzo en colaboración con el Centro de Investigación Alemán (DLR). Usando datos medidos de una campaña de medida, se derivaron seis modelos de canal "Tapped Delay Line" (TDL) para comunicaciones T2T, así como sus parámetros estocásticos. Los modelos de canal TDL propuestos y las características de propagación medidas se han utilizado en un simulador 802.11p/bd para validar su desempeño, así como para evaluar el desempeño de los protocolos de comunicación utilizados. Los resultados de simulación muestran una buena correlación entre los modelos de canal TDL propuestos y los datos medidos, lo que indica una buena precisión de la derivación teórica y el método de simulación. Estos modelos de canal se han utilizado para demostrar que CPCE obtiene un mayor desempeño que MCE. Además, los resultados muestran también que 802.11bd soporta comunicaciones V2X fiables en entornos ferroviarios.