超寬帶無線通信技術在軌道交通車地通信系統(tǒng)中的應用.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、安全和高速是城市軌道交通系統(tǒng)追求的兩大目標。軌道交通系統(tǒng)能否安全有效運行,在很大程度上,取決于其運行控制系統(tǒng)的性能。我國現(xiàn)有的基于軌道電路的列車控制系統(tǒng)TBTC(Trackcircuit Based Train Control),雖然在保障行車安全、提高行車效率方面發(fā)揮了巨大作用,但由于數(shù)據(jù)傳輸速率低,對傳輸介質(zhì)有較大的依賴性,難以實現(xiàn)列車與地面之間大量信息的雙向、實時傳輸。因此不能滿足現(xiàn)代軌道交通中列車運行控制系統(tǒng)對通信的要求。而基于

2、通信的列車控制系統(tǒng)CBTC(Communication Based Train Control),,利用其不依賴于軌道電路的高精度的列車定位技術,能夠?qū)崿F(xiàn)雙向連續(xù)、大容量的車地數(shù)據(jù)通信,正成為當今軌道交通信號控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 超寬帶(Ultra WideBand,UWB)無線電技術具有帶寬極寬、抗窄帶干擾能力強、多徑分辨力高、功耗小成本低等眾多特有的優(yōu)點,成為高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行Ы鉀Q方案,可以廣泛地應用于高速多媒體無線通信、高

3、精度定位、雷達、監(jiān)測、控制、無線傳感網(wǎng)絡等領域,具有廣泛的應用前景和重要的理論研究價值,是近年來通信領域一個新的研究熱點。因此本文立足于將UWB技術作為城市軌道交通CBTC中無線通信解決方案,研究其應用于CBTC中的若干問題。 論文第二章首先分析了目前常用的UWB脈沖的波形特點和頻譜特點,常用的調(diào)制方案;然后結(jié)合CBTC系統(tǒng)的通信要求及特點,即收發(fā)電路要求盡量結(jié)構(gòu)簡單,對UWB脈沖的成形特點進行分析,提出將Rayleigh脈沖作

4、為研究對象,選取一組基函數(shù),通過線性組合產(chǎn)生UWB脈沖的新算法。仿真結(jié)果表明,該算法產(chǎn)生的UWB脈沖的功率譜密度非常接近FCC規(guī)范,充分利用了FCC定義的頻譜范圍,且在AWGN信道下利用該脈沖進行TH—PPM調(diào)制后的單鏈路性能和多用戶性能都優(yōu)于傳統(tǒng)的二階高斯脈沖的性能。 第三章深入研究了UWB路徑損耗模型和多徑信道模型,對UWB信號傳播鏈路進行預算,得出數(shù)據(jù)傳輸速率與最大傳輸距離之間的關系。根掘?qū)崪y信道的數(shù)據(jù)選擇信道模型參數(shù)進行

5、信道仿真;對M-PPM與M-PAM信號分別進行了鏈路預算,分析數(shù)據(jù)傳輸速率、調(diào)制方式與通信距離之間的關系;針對CBTC車地無線通信系統(tǒng)的信道特點,提出IEEE802.15.3a室內(nèi)多徑信道模型中CM4信道環(huán)境能夠適用,并給出了該信道的具體實現(xiàn)。 第四章在深入研究多徑信道下Rake接收機的結(jié)構(gòu)、特點與性能的基礎上,針對CBTC車地通信系統(tǒng)要求較高的數(shù)據(jù)傳輸速率、較高的系統(tǒng)可靠性、較低的接收機復雜性,并且由于通信終端高速移動,造成信

6、道多徑及頻率選擇性快衰落現(xiàn)象更加嚴重,接收信號存在明顯的ISI干擾等特點。提出采用改進的差分相關接收機來替代Rake接收機,利用插入在數(shù)據(jù)符號前的確知參考比特的接收波形,作為接收機的模板信號,對接收信號進行差分相關接收,不需要對嚴重多徑信道的參數(shù)進行精確地跟蹤和估值,節(jié)省了運算判決的時間,降低了接收機的復雜性;同時在差分相關接收機前增加時域均衡器,以消除接收信號中的ISI干擾。仿真結(jié)果表明這種時域均衡器加差分相關接收機的結(jié)構(gòu)明顯改善了嚴

7、重多徑信道環(huán)境下的接收機性能。 第五章分析目前常用的列車定位方式的優(yōu)缺點,根據(jù)城市軌道交通的發(fā)展趨勢,提出對列車定位技術的要求:定位精度高、響應速度快、結(jié)構(gòu)簡單等。研究兩種應用較為廣泛的UWB定位方法:TOA和TDOA定位方式,發(fā)現(xiàn)其在傳輸速率、安全性和定位精度上,完全能夠滿足CBTC的需求。兩種定位方法的缺點是都需要精確的距離估計,運算量較大。因此提出通過改進UWB接收機的結(jié)構(gòu),快速完成TOA的估算,以提高定位運算的速度,同時

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