Nghiên cứu triệt tần số doppler và khử nhiễu ICI trong hệ thống vô tuyến đường sắt tốc độ cao

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


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
Ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 9520208

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. VŨ VĂN YÊM
2. PGS.TS. NGUYỄN DUY VIỆT

HÀ NỘI-2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận án là công trình nghiên cứu
của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Vũ Văn Yêm và PGS.TS. Nguyễn Duy
Việt. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án này là trung thực và chưa công bố
ở công trình nghiên cứu của tác giả khác trước đây.
Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện dự án đã được cảm ơn. Mọi
sự trích dẫn đều được ghi rõ nguồn gốc và đúng quy định

Hà Nội, ngày
Tập thể hướng dẫn

PGS.TS. Vũ Văn Yêm

PGS.TS. Nguyễn Duy Việt

tháng

năm 2018

Tác giả

Trịnh Thị Hương


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn tới tập thể giáo viên hướng dẫn; PGS.TS Vũ Văn

Yêm, Bộ môn Hệ thống Viễn thông, Viện Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội và PGS.TS Nguyễn Duy Việt, Bộ môn Kỹ thuật điều khiển và
Tự động hóa giao thông, Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại học Giao thông Vận
tải. Việc định hướng nghiên cứu, sự hướng dẫn chuyên nghiệp và tận tình của hai
Thầy đóng vai trò to lớn giúp em hoàn thành luận án này.
Tôi xin cảm ơn Trường Đại học Giao thông vận tải nơi tôi làm việc đã tạo điều
kiện về cả thời gian và kinh phí để tôi được đi làm nghiên cứu sinh tại Trường Đại
học Bách khoa Hà Nội. Bên cạnh đó Trường còn cấp cho tôi kinh phí thực hiện đề
tài T2017- ĐĐT-51, quá trình thực hiện đề tài này là cơ hội để tôi trao đổi một phần
chuyên môn trong luận án của mình.
Tôi cũng xin cảm ơn Bộ môn Hệ thống Viễn thông, Viện Điện tử - Viễn thông,
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã cho tôi có một môi trường chuyên nghiệp để
học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên,
giúp đỡ tôi trong nhiều lúc khó khăn trong suốt quá trình làm nghiên cứu sinh vừa
qua.
Xin chân thành cảm ơn.
Người cảm ơn

Trịnh Thị Hương


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 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN TRONG ĐƯỜNG
SẮT TỐC ĐỘ CAO
1.1. Hệ thống thông tin vô tuyến trên một số tuyến đường sắt tốc độ cao
1.1.1. Tổng quan về đường sắt tốc độ cao

6
6
6

1.1.2. Vai trò của thông tin vô tuyến trong đường sắt tốc độ cao

10

1.1.3. Thông tin vô tuyến đoàn tàu mặt đất phổ biến hiện nay

10

1.1.4. Thông tin vô tuyến trên một số tuyến đường sắt tốc độ cao hiện tại

16

1.1.5. Kỹ thuật mới ứng dụng trong thông tin vô tuyến tốc độ cao

18

1.2. Ảnh hưởng của di chuyển tốc độ cao đến chất lượng tín hiệu vô tuyến 26
1.2.1. Chuyển giao trong môi trường tốc độ cao

28

1.2.2. Mô hình kênh

28

1.2.3. Tính di động cao

29

1.3. Các nghiên cứu về CFO/ICI trong thông tin vô tuyến HSR

30

1.3.1. Tác động của dịch tần Doppler lên OFDM

30

1.3.2. Mối liên quan giữa CFO và SNR

35

1.3.3.Các nghiên cứu về CFO/ICI

35

1.3.3. Các nghiên cứu đã công bố về CFO trong LTE-R

36

1.4. Kết luận chương 1

41


CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG DOPPLER VÀ MÔ HÌNH
TRIỆT, BÙ CFO TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN HSR

43

2.1. Khái quát chung

43

2.2. Dịch tần Doppler trong thông tin vô tuyến đường sắt tốc độ cao

43

2.2.1. Phân tích sự dịch tần Doppler trong HSR

43

2.2.2. Mô phỏng và kết quả

45

2.3.Triệt dịch tần Doppler sử dụng 4 anten định hướng

52

2.3.1.Mô hình hệ thống

52

2.3.2 Mô hình kênh

56

2.3.3 Lưu đồ thuật toán

59

2.3.4. Mô phỏng và kết quả

63

2.4.Triệt dịch tần Doppler sử dụng 3 anten định hướng

66

2.4.1. Mô hình hệ thống

66

2.4.2 Mô phỏng và kết quả

70

2.5. Bù dịch tần Doppler tại thiết bị chuyển tiếp trên tàu

73

2.5.1. Mô hình hệ thống bù Doppler

73

2.5.2. Quá trình thực hiện bù dịch tần Doppler

75

2.5.3. Kết quả mô phỏng

76

2.6. Kết luận chương 2

80

CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN TRIỆT NHIỄU ICI TRONG THÔNG TIN VÔ
TUYẾN ĐƯỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO

81

3.1. Khái quát chung

81

3.2.Uớc lượng và bù CFO sử dụng CP trong HSR

81


3.2.1. Phân tích đề xuất

81

3.2.2. Kết quả mô phỏng

84

3.3. Thuật toán ước lượng CFO kép trong HSR

89

3.3.1. ICI trong môi trường đường sắt tốc độ cao

89

3.3.2. Mô hình hệ thống đề xuất

90

3.3.3. Mô hình bù CFO đề xuất

92

3.3.4. Mô hình toán học

92

3.3.5. Thuật toán ước lượng

95

3.3.6.Kết quả mô phỏng

98

3.4. Kết luận chương 3

101

KẾT LUẬN

103

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG 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 thông tin an toàn công 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 cơ sở/ Trạm thu phát gốc

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm gốc

BTS

Base Transceiver Station

Trạm thu phát vô tuyến gốc

C/N

Carrier-to-Noise Ratio

Tỷ số sóng mang trên 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 dữ 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 trên thông
tin

Noise Triệt nhiễu thích nghi Doppler

i


eMLPP

Enhanced Multi-level Precedence Cuộc gọi ưu tiên và 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 chỉ theo chức năng

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 chỉ 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 trong đường sắt

MIMO

Multiple Input Multiple Output

Đa đầu vào đa đầu ra

ML

Maximum Likelihood

Khả năng tối đa

MPC

Multi- Path Component

Các thành phần đa đường

MS

Mobile Station

Trạm đi 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 dữ liệu

OBU

On Board Unit

Thiết bị trên tàu

OFDM

Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số
Multiplexing
trực giao

PMR

Professional Mobile Radio,Private Phát thanh 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 và 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 một đầu ra

SM

Space Channel Merging

Ghép kênh không gian

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỉ số tín hiệu trên 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 thanh thoại

VGCS

Voice Group Call Servive

Dịch vụ gọi nhóm tiếng nói
VGCS

WiFi

Wireless Fidelity

Hệ thống mạng không dây sử
dụng sóng vô 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 ở khoảng cách
lớn.
Mạng không dây cục bộ

iv


DANH MỤC KÝ HIỆU

Ký hiệu
Ar

Nghĩa tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

Magnitude of The Received Biên độ của tín hiệu thu
Signal
được
Carrier Frequency Offset

Dịch tần sóng mang
Vận tốc ánh sang trong

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 tại
anten đầu tàu
Head Antenna
Doppler Frequency Shift of Dịch tần Doppler tại
anten giữa tàu
Middle Antenna
Doppler Frequency Shift of Dịch tần Doppler tại
anten đuôi tàu
Tail Antenna
Angle of train direction and Góc hợp bởi đường nối
từ tàu tới BS và hướng
line from train to BS
di chuyển của tàu
at Head Antenna

tại Anten đầu tàu

v


at Middle Antenna

ở Anten giữa tàu

at Tail Antenna

ở Anten đuôi tàu

Speed of train

Vận tốc của tàu

T

Period of Symbol

Chu kỳ ký hiệu

N0

Noise
Density

h(t)

Channel Impulse Response

Đáp ứng xung của kênh

H

Height of Antenna

Chiều cao của anten

P

Average Power

Công 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 0 mean and Gaussian với trung bình

là 0 và phương sai 1
variance of 1
wtrain

Width of Train

Chiều rộng của tàu

w

Distance between Head 1 Khoảng cách giữa anten
Antenna and Head 2 Antenna đầu tàu 1 và đầu tàu 2

l

Distance between E-Node Bn Khoảng cách giữa hai Eand E-NodeBn+1
Node B

d

Length of Train

Chiều dài của tàu

s(t)

OFDM Symbol

Kí hiệu OFDM

Number of Subcarriers

Số sóng mang con

N

vi


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. So sánh các công nghệ thông tin vô tuyến trong đường sắt ..................... 15
Bảng 1.2. Các đặc tính LTE đáp ứng yêu cầu dịch vụ thông tin chuyên dụng của
đường sắt cao tốc ...................................................................................................... 22
Bảng 1.3. Các dịch vụ thông tin đường sắt .............................................................. 23
Bảng 1.4. Ảnh hưởng của CFO trong tín hiệu nhận được ........................................ 31
Bảng 2.1. Các thông số mô phỏng dịch tần Doppler ................................................ 45
Bảng 2.2. Thông số mô phỏng mô hình 4 anten....................................................... 63
Bảng 2.3. Thông số mô phỏng sử dụng 3 anten ....................................................... 71
Bảng 2.4. Tham số mô phỏng cho mô hình bù......................................................... 77
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật mô phỏng.................................................................... 84
Bảng 3.2.Thông số mô phỏng cho ước lượng CFO kép ........................................... 98
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1-1: Cấu trúc mạng GSM-R ............................................................................ 20
Hình 1-2: Kiến trúc mạng LTE-R ............................................................................ 20
Hình 1-3. LTE-R có khả năng cung cấp các dịch vụ cho đường sắt ........................ 26
Hình 1-4. Cấu trúc hai vòng ..................................................................................... 27
Hình 1-5. Cấu trúc một vòng .................................................................................... 27
Hình 1-6. Dịch tần CFO trong OFDM .................................................................... 31
Hình 1-7. Ảnh hưởng của phần nguyên CFO trong tín hiệu máy thu ...................... 33
Hình 1-8. Symbol nhận được với

khác nhau ......................................................... 35

Hình 1-9. Mô hình bù Doppler ............................................................................... 38
Hình 1-10. Lưu đồ bù Doppler ............................................................................... 39
Hình 1-11. Mô hình bù ước lượng CFO .................................................................. 39
Hình 1-12. Mô hình triệt CFO sử dụng 2 anten ...................................................... 40
Hình 1-13. Mô hình triệt CFO sử dụng một anten .................................................. 40
Hình 1-14. Mô hình bố trí anten Ru ........................................................................ 41
Hình 2-1. Mô hình bố trí E Node-B ......................................................................... 44

vii


Hình 2-2. Dịch tần Dopper với a =0,5m/s2 ............................................................... 46
Hình 2-3. BER với a =0,5m/s2 .................................................................................. 47
Hình 2-4. Dịch tần Doppler với vận tốc không đổi .................................................. 48
Hình 2-5. BER với vận tốc không đổi ...................................................................... 48
Hình 2-6. Dịch tần Dopper với a = - 0,6m/s2 ........................................................... 49
Hình 2-7. BER với a =- 0,6m/s2 ............................................................................. 50
Hình 2-8. Dịch tần Dopper với a = - 0,9m/s2 ........................................................... 50
Hình 2-9. BER với a =- 0,9m/s2 .............................................................................. 51
Hình 2-10. Mô hình mạng truy nhập cho HSR ........................................................ 52
Hình 2-11. Mô hình hệ thống sử dụng 4 anten định hướng trên tàu ........................ 53
Hình 2-12. Mô hình hệ thống khi tàu ở trạng thái 2 ................................................. 55
Hình 2-13. Mô hình hệ thống xử lý trên tàu ............................................................. 59
Hình 2-14. Lưu đồ thuật toán ................................................................................... 60
Hình 2-15. Mô hình hệ thống khi tối ưu ................................................................... 63
Hình 2-16. Tần số Doppler tại hai anten đầu tàu...................................................... 64
Hình 2-17. Dịch tần Doppler tại hai anten đuôi tàu ................................................. 64

Hình 2-18. Độ dịch tần Doppler trong tín hiệu mô hình đề xuất ............................. 65
Hình 2-19. Mô hình hệ thống đề xuất....................................................................... 66
Hình 2-20. Chuyển mạch chọn anten đặt trên tàu .................................................... 69
Hình 2-21. Lưu đồ thuật toán triệt dịch tần Doppler sử dụng 3 anten định hướng .. 70
Hình 2-22. Dịch tần Doppler tại anten đầu tàu và đuôi tàu ...................................... 71
Hình 2-23. Dịch tần Doppler tại anten giữa tàu ....................................................... 72
Hình 2-24. Dịch tần Doppler tại đầu ra bộ chuyển mạch ......................................... 72
Hình 2-25. Mô hình hệ thống bù dịch tần Doppler .................................................. 73
Hình 2-26. Mô hình hệ thống thực tế ....................................................................... 74
Hình 2-27. Tỉ lệ lỗi bit (BER) của hệ thống qua kênh AWGN ................................ 78
Hình 2-28. Tỉ lệ lỗi bit(BER) của hệ thống qua kênh Rician với K=2 .................... 78
Hình 2-29. Tỉ lệ lỗi bit(BER) của hệ thống khi qua kênh Rician với K=8 .............. 79
viii


Hình 3-1. Ký hiệu OFDM với Cyclic-Prefix............................................................ 82
Hình 3-2. Mô hình đề xuất dựa trên kịch bản thực tế............................................... 83
Hình 3-3. Đường cong ước lượng CFO với gia tốc a = 0,5m/s2 qua kênh Rician ... 85
Hình 3-4. BER của OFDM sử dụng BPSK qua kênh Rician với K=8 và K=20 ...... 85
Hình 3-5. Đường cong CFO với vân tốc không đổi qua kênh Rician ...................... 86
Hình 3-6. BER với vân tốc không đổi qua kênh Rician với K=8 & K=20 .............. 86
Hình 3-7.Đường cong ước lượng CFO với a = -0.6m/ s2 qua kênh Rician .............. 87
Hình 3-8. BER với a = -0.6m/ s2 qua kênh Rician với K=8 & K=20....................... 87
Hình 3-9. Đường cong ước lượng CFO với a = -0.9m/ s2 qua kênh Rician ............ 88
Hình 3-10. BER với a = -0.9m/ s2 qua kênh Rician ................................................. 88
Hình 3-11. Mô hình thông tin trong HSR ................................................................ 91
Hình 3-12. Mô hình bù trước CFO ........................................................................... 92
Hình 3-13. Mô hình khối hệ thống OFDM .............................................................. 93
Hình 3-14. Nghịch đảo hàm chi phí trong ước lượng kép CFO ............................... 96
Hình 3-16. Lưu đồ thuật toán ................................................................................... 98

Hình 3-15. Nghịch đảo đối xứng hàm chi phí của ước lượng CFO kép .................. 99
Hình 3-17. Giá trị CFO được ước lượng và thực tế tại E-Node-B1 ......................... 99
Hình 3-18. Giá trị CFO được ước lượng và thực tế tại E-Node-B2 ....................... 100
Hình 3-19. MSE của thuật toán đề xuất và phương pháp thông thường ................ 100
Hình 3-20. BER có CFO, không bù CFO và bù CFO ............................................ 101

ix


MỞ ĐẦU
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.
1


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


thông tin vô tuyến đoàn tàu sử dụng các công nghệ như GSM-R, TETRA là hệ
thống thông tin di động băng hẹp, còn hệ thống thông tin băng rộng phục vụ hành
khách trên tàu sử dụng công nghệ vệ tinh, wifi.. các công nghệ này cung cấp đường
truyền tốc độ khoảng từ 2 đến 4 Mbit/s tùy thuộc vào từng tuyến. Trong khi đó nhu
cầu thông tin băng rộng cho cả điều khiển tàu và hành khách là 0,5 đến 5 Gbit/s
[25]. Vì vậy cần có một hệ thống thông tin vô tuyến băng rộng để cung cấp các dịch

vụ phục vụ nhu cầu phát triển tất yếu của đường sắt tốc độ cao.
Các nhà nghiên cứu đang tập trung nghiên cứu ứng dụng LTE cho đường sắt tốc
độ cao. Hệ thống thông tin này đã được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới cho các
đầu cuối di chuyển tốc độ thấp. Tuy nhiên khi ứng dụng vào môi trường tốc độ cao
của HSR thì cần phải giải quyết các vấn đề phát sinh như chuyển giao xảy ra
thường xuyên, ước lượng kênh trong môi trường đặc biệt của HSR, hiệu ứng
Doppler sinh ra do đầu cuối di chuyển với tốc độ nhanh. Hiện nay, vấn đề dịch tần
Doppler trong HSR đang thu hút nhiều nhà nghiên cứu như [57-60], mỗi công trình
đều có những đóng góp riêng và nhược điểm riêng. Vì vậy trong nghiên cứu của
mình nghiên cứu sinh có kế thừa những ưu điểm của phương pháp trước và nghiên
cứu đề xuất các mô hình, thuật toán triệt bù dịch tần Doppler được thể hiện trong
chương 2 và chương 3
3. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của luận án
Mục tiêu:
-

Nghiên cứu đề xuất giải pháp triệt dịch tần Doppler trong hệ thống vô tuyến
đường sắt tốc độ cao.
Nghiên cứu thuật toán khử nhiễu liên sóng mang ICI do dịch tần Doppler
gây ra trong hệ thống thông tin vô tuyến cho đường sắt tốc độ cao.

Đối tượng nghiên cứu
-

Hệ thống đường sắt tốc độ cao.
Hệ thống điều khiển và thông tin dùng công nghệ vô tuyến trong đường sắt
tốc độ cao.

Phạm vi nghiên cứu
-

Đường sắt tốc độ cao với tốc độ di chuyển lên tới 550 Km/h
Hệ thống thông tin, điều khiển tàu dùng công nghệ vô tuyến điều chế đa sóng
mang trực giao OFDM
Dải tần UHF (Ultra High Frequency) cho thông tin và điều khiển tàu.

Phương pháp nghiên cứu
3


Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu từ lý thuyết, giải tích đến mô phỏng.
-

-

Lý thuyết: Nghiên cứu hiệu ứng Doppler và phân tích hiệu ứng Doppler
trong môi trường đường sắt tốc độ cao từ đó đề xuất giải pháp, mô hình triệt
Doppler.
Mô phỏng: Sử dụng phần mềm mô phỏng Matlab để kiểm chứng mô hình,
thuật toán triệt ICI do mình đề xuất.

4. Ý nghĩa khoa học và thưc tiễn của đề tài
Đề tài nghiên cứu về vấn đề dịch tần Doppler trong thông tin vô tuyến đường
sắt tốc độ cao và nhiễu ICI do hiệu ứng Doppler gây ra trong đường sắt tốc độ cao.
Trong đó tập trung đề xuất các giải pháp nhằm triệt, bù dịch tần Doppler sử dụng
các hệ thống anten định hướng bố trí phù hợp trên các vị trí khác nhau của tàu và
đặc biệt đề xuất thuật toán triệt can nhiễu ICI trong hệ thống thông tin vô tuyến cho
đường sắt tốc độ cao. Chính phủ Việt Nam đang chỉ đạo nghiên cứu xây dựng tuyến
đường sắt tốc độ cao đầu tiên Hà Nội- Thành phố Hồ Chí Minh nên đây là một
hướng nghiên cứu có tính thiết thực và cần thiết. Do đó đề tài này có ý nghĩa khoa

học và thực tiễn cao.
5. Bố cục của luận án
Nội dung chính của luận án được tổ chức thành 3 chương như sau:
Chương 1.Tổng quan về thông tin vô tuyến đường sắt tốc độ cao. Trong chương
này trình bày về tổng quan đường sắt tốc độ cao nhằm cung cấp thông tin về tình
hình phát triển đường sắt tốc độ cao trên toàn thế giới cũng như tại Việt Nam. Đồng
thời trình bày về các hệ thống thông tin vô tuyến hiện tại trong một số tuyến đường
sắt tốc độ cao tiêu biểu trên thế giới. Sau đó là đề cập đến xu hướng phát triển của
hệ thống thông tin vô tuyến cho đường sắt tốc độ cao trong tương lai. Cuối cùng là
trình bày về sự ảnh hưởng của môi trường tốc độ cao lên hệ thống thông tin vô
tuyến.
Chương 2. Các giải pháp triệt dịch tần Doppler trong hệ thống vô tuyến đường
sắt tốc độ cao. Trong chương này nghiên cứu về ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler
tác động lên OFDM trong môi trường đường sắt tốc độ cao. Sử dụng phần mềm mô
phỏng Matlab để mô phỏng đường cong Doppler với sự thay đổi vận tốc của tàu.
Dựa vào đề xuất mô hình triệt và mô hình bù dịch tần Doppler trong ngữ cảnh cụ
thể của đường sắt tốc độ cao.
Chương 3. Thuật toán triệt nhiễu liên sóng mang trong hệ thống thông tin vô
tuyến đường sắt tốc độ cao. Trong chương này tập trung nghiên cứu, đề xuất thuật
4


toán triệt ICI trong đường sắt tốc độ cao sử dụng công nghệ OFDM. Dựa trên việc
tìm hiểu các công trình nghiên cứu liên quan tìm ra thuật toán phù hợp với đường
sắt cao tốc, đề xuất mô hình, phân tích lý thuyết và cuối cùng là mô phỏng kết quả
nghiên cứu.
Phần cuối cùng của luận án là tóm tắt các kết quả nghiên cứu được trong quá
trình làm nghiên cứu sinh và trình bày về hướng phát triển của luận án trong tương
lai.
6. Các đóng góp của luận án

Những kết quả và đóng góp chính của luận án như sau:
1. Xây dựng được đường cong Doppler trong môi trường của đường sắt tốc độ
cao trong 4 trường hợp thay đổi vận tốc điển hình của đường sắt. Dựa trên
đường cong Doppler trong 4 trường hợp thay đổi vận tốc điển hình của
đường sắt, luận án đã xây dựng, mô phỏng, đánh giá hiệu năng hệ thống
thông qua tỷ số lỗi bit BER trước và sau khi bù dịch tần Doppler.
2. Đề xuất giải pháp triệt dịch tần Doppler trong hệ thống vô tuyến đường sắt
tốc độ cao dựa trên việc sử dụng các anten định hướng đặt ở các vị trí đầu
tàu, cuối tàu, giữa tàu và với việc thay đổi kiến trúc trạm thu phát chuyển
tiếp đặt trên tàu.
3. Đề xuất thuật toán triệt nhiễu liên sóng mang ICI trong hệ thống thông tin vô
tuyến đường sắt tốc độ cao với công nghệ OFDM bằng việc ước lượng kép
CFO sau đó bù trước CFO.

5


1CHƯƠNG 1: CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN
TRONG ĐƯỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO
1.1. Hệ thống thông tin vô tuyến trên một số tuyến đường sắt tốc độ
cao
1.1.1. Tổng quan về đường sắt tốc độ cao

Có một vài định nghĩa khác nhau về đường sắt tốc độ cao tồn tại trên thế giới,
theo nguồn [1] đường sắt tốc độ cao là các hệ thống xe lửa và cơ sở hạ tầng hoạt
động thường xuyên với tốc độ 250 km/h trở lên trên các tuyến đường ray mới hay
200 km/h trên các tuyến đường ray có sẵn. Theo nguồn [2,3] có hai loại đường sắt
tốc độ cao tại Trung Quốc, loại thứ nhất hoạt động ở tốc độ trong khoảng 200 và
250 km/h và ngoài các toa chở khách còn có các toa chở hàng. Loại thứ hai, hoạt
động với tốc độ tối đa là 350 km/h chỉ để chở khách. Ngày nay IoT đang phát triển,

các phương tiện giao thông thông minh cũng đang được phát triển, nhu cầu mạng
thông tin băng rộng để truyền tải các thông tin trong 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]. HSR cũng nằm
trong xu hướng phát triển này.
Tuyến đường sắt tốc độ cao đầu tiên trên thế giới với vận tốc khai thác năm
1964 là 210 km/h trên khổ đường đường 1435 mm, chiều dài khoảng 515 km, nối
liền Tokyo–Nagoya–Kyoto - Osaka của Nhật Bản. Đến năm 1981, Pháp đã đưa vào
vận hành tàu cao tốc TGV trên tuyến đường Paris - Lyon. Tiếp đến năm 1991, Đức
phát triển hệ thống ICE và bắt đầu khai thác trên các đoạn Hanover-Würzburg và
Mannheim-Stuttgart. Italia và Tây Ban Nha tiếp bước phát triển mạng đường sắt tốc
độ cao. Ở châu Á, Hàn Quốc bắt đầu khai thác đường sắt tốc độ cao từ năm 2004,
Đài Loan năm 2007 và Trung Quốc năm 2008 [7].
Tính đến nay, trên thế giới nhiều quốc gia đã phát triển đường sắt cao tốc để kết
nối các thành phố lớn như: Áo, Bỉ, Trung Quốc, Pháp, Đức, Ý, Nhật Bản, Ba Lan,
Bồ Đào Nha, Nga, Hàn Quốc, Tây Ban Nha, Thụy Điển, Đài Loan, Thổ Nhĩ Kỳ,
Vương quốc Anh, Hoa Kỳ và Uzbekistan. Trong số đó, 9 quốc gia có thể khai thác
tàu cao tốc với vận tốc trên 300 km/h và 7 quốc gia khai thác chạy tàu với vận tốc

6


lớn hơn 200 km/h [8]. Danh sách các tàu chạy với vận tốc cao nhất đang vận hành
tính đến năm 2017 theo [9].
1. Shanghai Maglev: tốc độ là 430 km/h (270 mph) ( Trung Quốc)
2. CR400AF, CR400BF, CRH2C, CRH3C, CRH380A & AL, CRH380B, BL
& CL, CRH380D & DL: tốc độ là 350 km/h (220 mph) ( Trung Quốc)
3. SNCF TGV Duplex, SNCF TGV Réseau, SNCF TGV POS, TGV
Euroduplex: tốc độ là 320 km/h (200 mph) ( Pháp)
4. Eurostar e320: tốc độ là 320 km/h (200 mph) ( Pháp)

5. E5 Series Shinkansen, E6 Series Shinkansen, H5 Series Shinkansen: tốc độ
là 320 km/h (200 mph) (Nhật Bản)
6. ICE 3 Class 403, 406, 407: tốc độ là 320 km/h (200 mph) (Đức)
7. AVE Class 103: tốc độ là 310 km/h (190 mph) ( Tây Ban Nha)
8. KTX-I, KTX-II, KTX-III: tốc độ là 305 km/h (190 mph) (Hàn Quốc)
9. ETR 500, ETR 1000: tốc độ là 300 km/h (190 mph) (Ý)
Trong khi đó ở nước ta, dự án đường sắt tốc độ cao Hà Nội - TP Hồ Chí Minh là
một trong những dự án chiến lược của Đường sắt Việt Nam (ĐSVN). Đến năm
2020 nước ta sẽ nghiên cứu phương án xây dựng mới tuyến đường sắt tốc độ cao,
đường đôi khổ 1.435mm, điện khí hóa trên trục Bắc-Nam. Tiếp theo Chính phủ sẽ
ưu tiên xây dựng trước những đoạn tuyến có nhu cầu vận tải lớn, nhất là khu vực
kết nối với Hà Nội và TP.HCM như các đoạn Hà Nội - Vinh, TP.HCM - Nha Trang.
Đến những năm 2020-2030, sẽ triển khai xây dựng mới tuyến đường sắt tốc độ cao,
trước mắt khai thác tốc độ chạy tàu từ 160km/h đến dưới 200km/h, đường đôi khổ
1.435mm, điện khí hóa, hạ tầng tuyến có thể đáp ứng khai thác tốc độ 350km/h
trong tương lai. Cụ thể tới năm 2050, phấn đấu hoàn thành toàn tuyến đường sắt đôi
tốc độ cao khổ 1.435mm trên trục Bắc-Nam; sau năm 2050 triển khai tổ chức khai
thác tốc độ 350km/h [10].
Đường sắt cao tốc đã khắc phục được nhược điểm của đường sắt thông thường
là tốc độ tương đối thấp, có được ưu thế rõ rệt so với vận tải ô tô trên đường bộ cao
tốc.
-

Tốc độ nhanh

Tốc độ khai thác trung bình của đường sắt cao tốc vượt ô tô con một lần trở lên.
-

An toàn và thoải mái
7

An toàn và thoải mái là điều được quan tâm nhất trong việc đi lại của con người.
Đường sắt cao tốc từ khi bắt đầu khai thác đến nay, Nhật hơn 30 năm, Pháp hơn 10
năm, chưa hề xảy ra trở ngại đổ tàu và làm hành khách thiệt mạng. "Độ an toàn và
độ tin cậy của đường sắt cao tốc là cao nhất". Ngoài ra, không gian hoạt động của
hành khách tàu cao tốc lớn hơn nhiều so với ôtô và máy bay, bên cạnh đó tàu chạy
ổn định, chấn động và lắc lư tương đối ít, đồng thời có thể nằm xuống nghỉ ngơi, do
đó hành khách đi đường dài càng thấy thoải mái. Bên cạnh đó so với việc di chuyển
bằng máy bay thì hành khách đi tàu tốc độ cao tiện hơn do giảm bớt được các thủ
tục kiểm tra, gửi hành lý, chờ đợi trước và sau chuyến bay. Hơn nữa hành khách có
thể sử dụng các dịch vụ viễn thông, internet trên tàu.
-

Thời gian chạy tàu chính xác

Vận tải đường không và đường ôtô chịu ảnh hưởng thời tiết nên khó đúng giờ,
có lúc còn có thể ngừng vận tải, đường bộ cao tốc cũng có khả năng tắc nghẽn, kéo
dài làm trễ thời gian di chuyển. Còn đường sắt cao tốc thì chạy trong mọi thời tiết,
tuyến đường là kiểu khép kín toàn bộ, đồng thời còn trang bị hệ thống tự động
khống chế tốc độ đoàn tàu, điều khiển tàu tự động và điều độ chạy tàu tiên tiến, bảo
đảm chắc chắn an toàn chạy tàu đúng giờ, so với phương thức giao thông vận tải
khác thì đây là phương thức vận tải thời gian đúng giờ đáng tin cậy nhất.
-

Năng lực chuyên chở lớn

Theo các thống kê, thì các đoàn tàu cao tốc mỗi đoàn bình quân chở được 800
người, năng lực chuyên chở một chiều bình quân mỗi năm đạt 50 ~ 70 triệu người,
nếu dùng các đoàn tàu khách nối đôi hoặc toa khách 2 tầng thì có thể cao đến 110 ~

140 triệu người; đường ôtô cao tốc 4 làn xe chuyên chở khách thì có năng lực
chuyên chở một chiều bình quân mỗi năm là 88 triệu người, còn vận tải hàng không
nếu dùng máy bay hành khách thì năng lực chuyên chở một chiều chỉ có thể đạt
được 15 ~ 18 triệu người. Có thể thấy, năng lực chuyên chở của đường sắt cao tốc
lớn hơn chuyên chở đường không và nói chung cũng lớn hơn vận tải đường ôtô.
-

Tiêu hao năng lượng thấp

Theo thống kê những năm gần đây của Nhật, nếu cho tiêu hao năng lượng cho
mỗi người/km của đường sắt thông thường là 1,0 thì đường sắt cao tốc là 1,42 và xe
hơi là 8,2, máy bay là 7,44. Ngoài ra khi hành khách chuyển sang đi đường sắt cao
8


tốc thì giảm được lượng phương tiện giao thông đường bộ cá nhân và công cộng
dẫn đến giảm được tắc nghẽn giao thông tránh được việc tiêu hao nhiên liệu vô ích.
-

Chiếm ít đất sử dụng

Bề rộng chiếm đất của đường ôtô cao tốc 4 làn xe là 26m, bề rộng chiếm đất
của đường sắt đường đôi là 20m. Nếu lấy chiếm đất cho một đơn vị năng lực vận tải
để so sánh thì đường sắt cao tốc chỉ bằng 1/3 của đường ôtô cao tốc; vận tải đường
không những sân bay cỡ lớn, chiếm đất chừng 20km2…tương đương với diện tích
chiếm đất của 1000km đường sắt đường đôi, còn trong 1000km đường bay ít nhất
cần 2~3 sân bay cỡ lớn, tổng số bằng khoảng 2~3 lần đường sắt.
-

Giá vé vừa phải

Theo thông kê nước ngoài, giá vé đường sắt cao tốc hơi cao so với giá vé ôtô
đường dài, thấp hơn giá vé máy bay, thường là 2/3 giá vé đường không.
-

Có lợi bảo vệ môi trường

Trong vận tải hành khách, các loại phương tiện giao thông đều có lượng thoát ra
thải tính đổi các chất có hại, đường ôtô bằng 8 lần đường sắt. Các chất khí phế thải
của một máy bay phản lực thải ra là nguyên nhân chủ yếu tạo nên mưa axit trên diện
tích rộng khiến sinh thái của thảm thực vật bị phá hoại và các vật kiến trúc bị ăn
mòn, ảnh hưởng đối với môi trường sinh thái và sức khoẻ của nhân dân ngày một
lớn. Đường sắt cao tốc điện khí hoá về cơ bản đã loại trừ được ô nhiễm của bụi đất,
khói dầu và các khí thải khác, tiếng ồn so với đường ôtô cao tốc thấp 5 ~ 10 dB.
Để giảm bớt tiếng ồn, hai bên đường sắt cao tốc ở nước ngoài đã được xây dựng
tường cách âm bằng các loại hình thức.
-

Giá xây dựng tổng hợp thấp nhất

Theo các thống kê phân tích của nước ngoài, đã rút ra được là giá xây dựng
đường sắt cao tốc tương đương với đường ôtô cao tốc và thấp rõ rệt so với đường
không. Nếu lấy đầu tư tổng hợp cho mỗi đơn vị năng lực vận tải để so sánh thì
đường sắt cao tốc là thấp nhất.
-

Có hiệu suất và hiệu quả tương đối tốt

9