列車通信系統(tǒng)信道復用技術(shù)的研究.pdf

1、隨著軌道車輛的高速現(xiàn)代化發(fā)展和對控制網(wǎng)絡可靠性、安全性及實時性要求的不斷提高，多功能車輛總線MVB已成為當代車輛的通信總線標準，它與絞線式列車總線WTB構(gòu)成TCN網(wǎng)絡的兩級總線。與此同時，車載信息網(wǎng)絡(音頻廣播、視頻監(jiān)控等)的快速發(fā)展對列車通信系統(tǒng)提出更高的帶寬要求。而考慮列車空間的局限性及成本的要求，如何在不增設新的通信線路又能夠滿足原有控制網(wǎng)絡可靠性指標的前提下設計和開發(fā)效率更高的通信系統(tǒng)是本文追求的目標，因此提出一種“列車控制+乘

2、客信息系統(tǒng)”合一車載網(wǎng)絡(Train Control-Passenger Information System，TC-PIS)的設計理念，在已有的列車控制網(wǎng)絡上，采用正交頻分復用(OFDM)技術(shù)同時傳輸多媒體信息，實現(xiàn)列車通信系統(tǒng)信道復用，通過本課題的研究有助于解決目前列車控制網(wǎng)絡和信息網(wǎng)絡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)字基帶信號功率譜和誤碼率，

3、在對典型基帶信號功率譜建模仿真及對具有高數(shù)據(jù)傳輸率的以太網(wǎng)物理層編碼的研究基礎上，建立了MVB信號碼元數(shù)學模型，推導出MVB幀頭頻譜函數(shù)，在對MVB報文進一步分析研究后，計算并仿真了MVB基帶信號功率譜。采用增加帶限濾波器的設計方法，在確?；鶐鬏斚到y(tǒng)正常安全運行的同時，降低基帶信號對高頻載波信號的干擾，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物理層專用屏蔽雙絞線為研究對象，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R、L、C和G的頻率特性進行仿真分析，得出傳輸線的衰減特性、特征阻抗、可用帶寬、信道容量等指標參數(shù)，同時分析了列車運行環(huán)境下的信道干擾情況。最后對MVB傳輸電纜進行大量測試實驗，驗證模型的正確性。
　　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，建立了基于OFDM的TC-PIS系統(tǒng)模

5、型，并針對該系統(tǒng)提出了一種基于自適應相關(guān)窗的G個連續(xù)符號的ML估計的優(yōu)化同步算法。根據(jù)所設計的系統(tǒng)參數(shù)進行了OFDM系統(tǒng)各關(guān)鍵點的信號仿真分析，從接收信號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)能夠正確地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速可靠傳輸。此外，在該系統(tǒng)模型的基礎上對基帶與載波同時傳輸時的抗干擾性能進行了研究和仿真分析，通過系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設計，保證了基帶與載波傳輸?shù)幕ゲ桓蓴_。
　　4.搭建滿足TC-P

6、IS系統(tǒng)實驗及測試需求的試驗平臺。建立列車控制網(wǎng)絡TCN實驗平臺和列車多媒體信息系統(tǒng)，在此基礎上，實現(xiàn)TC-PIS樣機系統(tǒng)，包括三個MVB網(wǎng)絡設備和兩個OFDM節(jié)點。采用FPGA實現(xiàn)OFDM收發(fā)機，并設計實現(xiàn)線路驅(qū)動放大及耦合電路，對整個系統(tǒng)進行前端EDA仿真驗證之后，進行了板級調(diào)試，通過大量仿真和試驗，對控制網(wǎng)絡MVB和本文提出的TC-PIS系統(tǒng)的性能指標進行了測試與分析，驗證本文研究的正確性和可行性。
　　最后，在總結(jié)全文研究