列車(chē)通信系統(tǒng)信道復(fù)用技術(shù)的研究.pdf

1、隨著軌道車(chē)輛的高速現(xiàn)代化發(fā)展和對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)可靠性、安全性及實(shí)時(shí)性要求的不斷提高，多功能車(chē)輛總線MVB已成為當(dāng)代車(chē)輛的通信總線標(biāo)準(zhǔn)，它與絞線式列車(chē)總線WTB構(gòu)成TCN網(wǎng)絡(luò)的兩級(jí)總線。與此同時(shí)，車(chē)載信息網(wǎng)絡(luò)(音頻廣播、視頻監(jiān)控等)的快速發(fā)展對(duì)列車(chē)通信系統(tǒng)提出更高的帶寬要求。而考慮列車(chē)空間的局限性及成本的要求，如何在不增設(shè)新的通信線路又能夠滿(mǎn)足原有控制網(wǎng)絡(luò)可靠性指標(biāo)的前提下設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)效率更高的通信系統(tǒng)是本文追求的目標(biāo)，因此提出一種“列車(chē)控制+乘

2、客信息系統(tǒng)”合一車(chē)載網(wǎng)絡(luò)(Train Control-Passenger Information System，TC-PIS)的設(shè)計(jì)理念，在已有的列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)上，采用正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)同時(shí)傳輸多媒體信息，實(shí)現(xiàn)列車(chē)通信系統(tǒng)信道復(fù)用，通過(guò)本課題的研究有助于解決目前列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)相融合所面臨的技術(shù)難題。本論文完成的主要工作及獲得的創(chuàng)新性成果如下：
　　1.MVB基帶傳輸系統(tǒng)的研究。分析和研究數(shù)字基帶信號(hào)功率譜和誤碼率，

3、在對(duì)典型基帶信號(hào)功率譜建模仿真及對(duì)具有高數(shù)據(jù)傳輸率的以太網(wǎng)物理層編碼的研究基礎(chǔ)上，建立了MVB信號(hào)碼元數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出MVB幀頭頻譜函數(shù)，在對(duì)MVB報(bào)文進(jìn)一步分析研究后，計(jì)算并仿真了MVB基帶信號(hào)功率譜。采用增加帶限濾波器的設(shè)計(jì)方法，在確保基帶傳輸系統(tǒng)正常安全運(yùn)行的同時(shí)，降低基帶信號(hào)對(duì)高頻載波信號(hào)的干擾，優(yōu)化了MVB基帶傳輸系統(tǒng)的帶寬。
　　2.MVB傳輸介質(zhì)信道特性的研究。以MVB物理層專(zhuān)用屏蔽雙絞線為研究對(duì)象，根據(jù)傳輸線理論，

4、分析其等效電路，建立其數(shù)值模型。采用最小二乘法數(shù)值擬合的方法推導(dǎo)出MVB物理層介質(zhì)的數(shù)值模型參數(shù)，建立RLCG數(shù)值模型，并對(duì)R、L、C和G的頻率特性進(jìn)行仿真分析，得出傳輸線的衰減特性、特征阻抗、可用帶寬、信道容量等指標(biāo)參數(shù)，同時(shí)分析了列車(chē)運(yùn)行環(huán)境下的信道干擾情況。最后對(duì)MVB傳輸電纜進(jìn)行大量測(cè)試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證模型的正確性。
　　3.TC-PIS仿真模型的建立。以MVB基帶傳輸系統(tǒng)與信道特性為基礎(chǔ)，建立了基于OFDM的TC-PIS系統(tǒng)模

5、型，并針對(duì)該系統(tǒng)提出了一種基于自適應(yīng)相關(guān)窗的G個(gè)連續(xù)符號(hào)的ML估計(jì)的優(yōu)化同步算法。根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了OFDM系統(tǒng)各關(guān)鍵點(diǎn)的信號(hào)仿真分析，從接收信號(hào)星座圖以及誤碼率曲線可以看出，在保持一定信噪比的情況下，系統(tǒng)能夠正確地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速可靠傳輸。此外，在該系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上對(duì)基帶與載波同時(shí)傳輸時(shí)的抗干擾性能進(jìn)行了研究和仿真分析，通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證了基帶與載波傳輸?shù)幕ゲ桓蓴_。
　　4.搭建滿(mǎn)足TC-P

6、IS系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及測(cè)試需求的試驗(yàn)平臺(tái)。建立列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)TCN實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和列車(chē)多媒體信息系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)TC-PIS樣機(jī)系統(tǒng)，包括三個(gè)MVB網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和兩個(gè)OFDM節(jié)點(diǎn)。采用FPGA實(shí)現(xiàn)OFDM收發(fā)機(jī)，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)線路驅(qū)動(dòng)放大及耦合電路，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行前端EDA仿真驗(yàn)證之后，進(jìn)行了板級(jí)調(diào)試，通過(guò)大量仿真和試驗(yàn)，對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)MVB和本文提出的TC-PIS系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試與分析，驗(yàn)證本文研究的正確性和可行性。
　　最后，在總結(jié)全文研究