书签 分享 收藏 举报 版权申诉 / 5

同频同播铁路无线数字通信系统关键技术研究与应用.pdf

  • 上传人:first2
  • 文档编号:100377653
  • 上传时间:2021-09-08
  • 格式:PDF
  • 页数:5
  • 大小:2.51MB
  • 配套讲稿:

    如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。

    特殊限制:

    部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。

    关 键  词:
    铁路 无线 数字通信 系统 关键技术 研究 应用
    资源描述:
    同频同播铁路无线数字通信系统 关键技术研究与应用 王耕捷 ( 兰州铁路局,甘肃兰州7 3 0 0 0 0 ) 摘要:针对铁路无线通信系统受限于频点不够、技术落后、组网分散等问题,开展同频同播铁 路无线数字通信系统关键技术研究与试验验证研究,从多方位覆盖和消除通信盲区、均匀覆盖和 减少干扰、提高频谱效率、多部门业务共享和节约投资、数模兼容和实现模拟向数字平滑过渡等方 面分析数字同频同播技术的优点;对G P S 发射频率同步、相位同步和接收判选等关键技术进行研 究,提出设计思路和方案,并在昆明铁路局实际运用,解决了现场通信盲区问题和安全隐患。 关键词:山区铁路;铁路无线数字通信系统;同频同播;通信盲区;同步技术;昆明铁路局 中图分类号:U 2 8 5文献标识码:A文章编号:1 0 0 1 6 8 3 X ( 2 0 1 7 ) 0 9 0 0 5 8 0 5 D O I :1 0 1 9 5 4 9 4 i s s n 1 0 0 1 6 8 3 x 2 0 1 7 0 9 0 5 8 1 研究背景 随着铁路运输各类业务的自动化、智能化改造, 对无线通信需求也逐渐增多,而铁路无线通信系统受 限于频点不够、技术落后、组网分散等问题,现用的 无线通信设备及频率不能满足多业务共享、多基站共 用少量频点、复杂地形全覆盖等使用需求,造成通信 不畅。 目前,在铁路施工、固定设备维护等作业安全防 护方面,普遍采用无线通信设备进行通信防护,通信 不畅问题已成为威胁施工现场安全的主要因素之一。 在昆明铁路局管内,由于铁路线路地处山区,隧道较 基金项目:中国铁路总公司科技研究开发计划项目( 2 0 1 5 X 0 0 1 一E ) 作者简介:王耕捷( 1 9 6 4 一) ,男,高级工程师,硕士。 E - m a i l :y n w a n g s i n a t o m 5 8 多,无线通信施工防护应用领域的通信不畅问题特别 突出,主要表现在以下两方面: ( 1 ) 频率资源紧张,容易相互干扰。铁路施工及 设备维护单位在使用无线通信设备进行施工防护时, 为使通信相互不干扰,需同时使用多个不同频率,但 由于铁路频率资源紧张,现场维护作业的多个部门 配置同一频率,难以避免同频相扰的情况。现有无线 通信采用同频单工和点对点方式,无统一调度指挥功 能,缺乏有效管理规范。 ( 2 ) 山区、隧道等无线通信盲区不能有效覆盖。 在桥隧占比较大的山区铁路,施工及设备维护单位一般 采取公众电信运营商公网对讲或普通无线对讲机进行无 线通信,两种方式在运用中存在明显缺陷。昆明铁路局 管内山区铁路很多地区无公网信号覆盖,普速铁路隧道 内基本无公网信号,公网对讲应用的局限性极大,很多 万方数据 同频同播铁路无线数字通信系统关键技术研究与应用王耕捷 区域无法正常使用。普通对讲机最大发射功率4 5w , 在山区及隧道内的最大通话距离只有1 2 k m ,无法满足 长大隧道内外施工及设备维护现场的通信防护需求。因 此,现场普遍采用多名防护人员使用对讲机接力传递信 息方式解决信号覆盖问题,使用人力较多且信息传递不 及时,存在信息走样的错误隐患并无法消除,现场作业 人身安全隐患严重。 为解决上述问题,开展同频同播铁路无线数字 通信系统关键技术研究与试验验证研究,针对同频 同播技术进行研究和攻关,开发了多业务共享的同频 同播铁路无线数字通信系统,并在昆明铁路局管内进 行实际应用。 2 技术特点 为解决山区铁路施工及设备维护无线通信盲区 的信号覆盖问题,必须采用技术成熟可靠、频率资源 占用少的无线通信方式,同时兼顾投资建设成本等因 素。对比多基站I P 互联、数字集群通信系统、同频同 播技术等主流通信技术方案后,决定采用数字同频同 播技术进行组网。 同频同播组网技术是在一个区域内设立多个工作 范围彼此重叠覆盖的同频基站, 路将这些基站联接起来,通过 统一调度指挥,消除同频干 扰,扩大覆盖范围,消除通信 盲区。当多个基站收到某一对 讲机发出的上行信号时,同频 同播铁路无线通信系统自动选 择接收信号最强的基站信号并 上传至数字交换机,由数字交 换机再下发至所有基站并同步 播发,实现工作区域内对讲机 之间的相互通信。采用有线链 路方式的同频同播铁路无线通 信系统网络结构见图1 。系统 主要优点如下: ( 1 ) 多方位覆盖,消除 通信盲区。由于同频同播的技 术特点,基站信号覆盖重叠区 并利用有线或无线链 范围内的用户能正常使用通信,可根据需要设置同频 同播基站,实现工作区域通信信号全覆盖,彻底解决 通信盲区问题。 ( 2 ) 均匀覆盖,减少干扰。同频同播铁路无线 通信系统采用多个彼此信号重叠的基站,属于多点覆 盖,整个覆盖区场强平均,有助于抑制干扰信号,通 信效果稳定可靠。 ( 3 ) 提高频谱效率。铁路频率资源紧张,I P 互 联、数字集群等其他组网技术为了避免同频干扰,需 要同时使用十几个甚至数十个频点,而同频同播铁路 无线通信系统采用1 2 5k H z 信道间隔,按2 个时隙采用 数字调制方式,获得2 个6 2 5k H z 的有效信道带宽,能 够在同一个信道空间同时传输2 路语音或数据,大大提 高频谱使用效率。 ( 4 ) 多部门业务共享,节约投资。同频同播铁路 无线通信系统能够满足铁路运输生产维修和应急通信 联络的业务需求,除施工及设备维护防护用途外,1 3 常还可作为电务、工务、供电、列尾中继补强通信联 络使用,当G S M R 系统失效或应急抢险时,系统可及 时升级作为应急通信联络使用,且用户使用权限等级 最高,满足铁路应急通信需求。通信业务等级划分及 频率规划示意见图2 。 图1同频同播铁路无线通信系统网络结构 5 9 万方数据 G S M R 应急通信线路巡检预警施工安全防护 4 1 91 2 5M H z4 1 9 1 7 5M H z4 1 85 5 0M H z 眨篓蛹 列尾中继补强 4 1 40 2 5 M H z 图2 通信业务等级划分及频率规划示意图 ( 5 ) 数模兼容,实现模拟向数字平滑过渡。模拟 终端和数字终端可在同频同播铁路无线通信系统中同 时使用,可自动判定终端呼叫类型并自动切换。用户 可方便、经济地按照适合自己的计划逐步淘汰模拟终 端,顺利过渡到完全数字终端。 3 关键技术研究 同频同播技术具有频率资源占用少、组网灵活方便 和成本较低的优点,符合铁路现场地形复杂、通信盲区 多、应用需求分散的应用实际。但由于技术手段制约, 同频同播基站信号覆盖重叠区的同频干扰问题始终没有 得到很好解决,极大地限制了同频同播技术的推广和运 用。为实现同频同播功能,满足通信覆盖区域语音通话 良好,关键是要解决同播基站重叠区同频干扰问题,必 须对同频同播铁路无线通信系统的频率、相位作严格控 制,确保达到各基站发射频率、音频延时和发射音频波 形的基本一致。 3 1 G P S 发射频率同步技术 如果发射机到达重叠覆盖区的载频信号频率不 稳定,对讲机收到信号时会出现剧烈的噪声或拍频现 象,严重时语音时断时续,无法通信。因此,必须采 用载频同步控制技术。如果各基站的载频频率误差达 到5 0H z 以上,模拟电台可听到交流哼声,因此各基站 的载频频率误差必须控制在2 5H z 以内阁。 为实现载频的一致性,一般每个同频同播基站需 要配置一个G P S 卫星时钟,由卫星时钟延伸出一个中继 台需要的1 0M H z 模拟本振信号源,将其传输至基站, 达到各基站载频基本一致的目的。但在实际应用中, 由于多个G P S 卫星同步控制器相互之间存在误差,致使 模拟同频同播基站的实际同频效果不佳,如果需要多 信道的集群同播,1 0M H z 基准信号的分配将进一步恶 化射频指标,并引入大量不稳定因素,实际效果大打 折扣,难以实现同频目的。 一6 0 为实现良好的同频同播效果,应将各基站发射机 的载频稳定性提升到小于1 0H z 。这个载频稳定性的 要求极高,按常规电路设计的对讲机无法达到这一指 标。因此,基站设计应按1 0H z 要求设计发射电路, 从硬件电路上保证基站载频的稳定性;同时改为仅配 置1 个G P S 卫星时钟,通过有线链路将时钟信号传输至 各基站,各基站采用计算机汇编软件实现数字化同频 处理的底层控制,将G P S 时钟进行精确分频,作为各 基站的本振信号源。通过优化数字同频同播架构的整 体设计,基站载频稳定性达到每1 2 8M H z 误差不超过 0 1H z 的校核标准,即载频为4 0 0M H z I j 寸,可将下行 频率误差控制在4 0 0 1 2 8X0 1 = 3 1 2 5H z ,解决了载频 同步难题,实现了实用的同频同播性能。时钟同步系 统示意见图3 。 图3 时钟同步系统示意图 3 2 相位同步技术 由于信号传送到各基站的距离不同或链路形式 不同,到达重叠覆盖区的音频相位、幅度将出现不一 致,控制不好会出现语音错误、丢字、语音变调、音 频失真大等现象。音频相位、幅度不一致是由延时导 致,因此必须严格控制音频延时,理想状态是到达重 叠覆盖区的波形应基本重叠。同频同播需要将语音延 时控制在2 5 s 以内,一般是采用模拟音频延迟线或采 用数字化芯片将音频存储延时的方式实现p 】。因传统技 术必须依靠人工调整同频同播区音频延时,实际控制 离散性大,精度始终达不到最佳要求,实用性受到很 大限制。 针对上述问题,研发了基站内置的高速数字化处 理模块自动适配G P S 时钟信号,实现语音延时的高速自 万方数据 同频同播铁路无线数字通信系统关键技术研究与应用王耕捷 适应调整,调整精度大幅度提高,实测达到1 “s 以内, 延时对语音清晰度的影响已可忽略不计,实现了警用 数字中继( P o l i c eD i g i t a lT r u n k i n g ,P D T ) 、数字移动 无线电( D i g i t a lM o b i l eR a d i o ,D M R ) 数字集群、常规 同播。相位同步技术示意见图4 。 图4 相位同步技术示意图 3 3 接收判选技术 同频同播铁路无线通信系统工作时,多 个基站经常会收到同一对讲机音频信号,如果 将这些信号全部转发出去,会出现多个音频叠 加,导致对讲机收到的音频背景噪声大和失真 大,因此必须增加接收判选功能。 如果覆盖区内的多个基站同时收到某一 对讲机信号,基站控制器将根据接收信号质量 自动进行优化判别,选定其中信号质量最好的 1 个基站信号上传。如果遇到2 个基站信号质量 不相上下的特殊情况,则随机选择其中1 个基 站的信号上传,始终保证相同时间只有1 路信 号上传,并通过链路下发至各基站转发,确保 另一方收到的语音始终清晰。 4 系统应用 4 1 设置方案 昆明铁路局管内广通一昆明改建铁路的禄 丰南双湄村站区间,西起楚雄州禄丰县禄丰 镇,东至安宁市双湄村。区间线路长2 7 7k m ,有 2 条较长的双线隧道三棵树隧道( 7 3 7 5k m ) 和秀宁隧道( 1 3 1 7 3k m ) 。区问施工作业时, 原无线通信方式只能保证1 2k m 的信息传 递,需要多人进行信息中继,安全隐患很大。 为解决该区间施工及设备维护时安全防护通信困 难的问题,根据现场情况,经过场强模拟测算和现场 测试试验,按照实现区间信号全覆盖的目标设计,在 禄丰南和双湄村车站通信机房内安装2 套车站基站及 4 副全向天线,在三棵树隧道安装了2 套壁挂式基站及 4 套定向天线,在秀宁隧道安装了3 套壁挂式基站及6 套 定向天线,各基站通过光纤采用有线链路连接。三棵 树隧道和秀宁隧道基站设置示意见图5 和图6 。 4 2 实施效果 同频同播铁路无线数字通信系统应用以来,经过 现场测试,其性能指标满足设计要求。昆明铁路局广 通工电段试运用取得以下效果: ( 1 ) 在2 7 7k m ( 包括隧道区间) 内实现与车站 无线对讲无盲区。车站防护人员使用同频同播铁路无 线通信系统数字对讲机可随时呼叫到双湄村一禄丰南 区间的
    展开阅读全文
      文档分享网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    关于本文
    本文标题:同频同播铁路无线数字通信系统关键技术研究与应用.pdf
    链接地址:https://www.wdfxw.net/doc100377653.htm
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

    版权所有:www.WDFXW.net 

    鲁ICP备14035066号-3




    收起
    展开