鐵路集群通信系統(tǒng)跨隙干擾抑制方法研究

0 引言

在鐵路集群通信系統(tǒng)中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵資源分配方法主要是雙工模式。在鐵路集群實(shí)時(shí)移動(dòng)通信中，資源管理的重點(diǎn)是分頻雙工和分時(shí)雙工。兩個(gè)獨(dú)立的通信信道互不干擾，在分配時(shí)將上下通信鏈路分配到同一個(gè)信道，并分配到不同的時(shí)區(qū)，而上下兩個(gè)信道之間的有效隔離滿足了這一要求。通道間對(duì)資源的需求，使得不同的鐵路集群通信具有跨非對(duì)稱通信需求。上下通信信道之間的轉(zhuǎn)換分為定點(diǎn)轉(zhuǎn)換和非定點(diǎn)轉(zhuǎn)換。非固定點(diǎn)之間的信道切換可以滿足兩個(gè)通信信道之間實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換的適應(yīng)性。然而，這樣在路徑操作中存在著通信的交叉，交叉的時(shí)隙可能會(huì)嚴(yán)重影響通信的質(zhì)量，導(dǎo)致兩個(gè)獨(dú)立信道之間的通信阻塞或通信不一致。為了充分利用鐵路集群通信系統(tǒng)的雙通道通信，對(duì)上下行雙通道分配了合理的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了一種合理的方法來(lái)減少鐵路集群通信系統(tǒng)的干擾，優(yōu)化通信質(zhì)量。

1 鐵路集群通信系統(tǒng)跨隙干擾抑制方法研究

1.1 鐵路干線通信系統(tǒng)跨隙抑制方法設(shè)計(jì)

鐵路集群通信交叉時(shí)的時(shí)隙干擾表現(xiàn)為基站使用任意一個(gè)通信信道在一個(gè)時(shí)隙上傳輸數(shù)據(jù)。在同一時(shí)間點(diǎn)，另一個(gè)空閑信道在同一時(shí)間點(diǎn)傳輸信息。由于時(shí)間上的沖突，兩站之間會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的干擾。它表現(xiàn)為兩個(gè)基站和移動(dòng)基站之間的相互信號(hào)失調(diào)。^[1]降低通信系統(tǒng)間的跨隙干擾已成為優(yōu)化鐵路集群通信的首要問(wèn)題。通過(guò)設(shè)置一個(gè)簡(jiǎn)單的隔離斷路帶，當(dāng)斷路帶交叉時(shí)，數(shù)據(jù)的通信被切斷，雖然可以抑制干擾，但是集群通信中存在很多系統(tǒng)的交叉點(diǎn)，存在很大的通信信道損失和浪費(fèi)?；蛘撸瑑蓚€(gè)站的中心可能是作為中心的兩個(gè)圓相交時(shí)，和相應(yīng)的區(qū)域范圍，和兩輪之間的重疊區(qū)域的面孔是環(huán)繞，和地區(qū)作為交叉時(shí)間，和距離是盡可能避免。在交叉口，數(shù)據(jù)通信采用兩個(gè)圓形非交叉口區(qū)域進(jìn)行，可以避免交叉隙產(chǎn)生的信道通信的影響，但這種方法容易對(duì)非交叉口剩余的通信單元造成相應(yīng)的信號(hào)干擾，導(dǎo)致交叉。時(shí)間段的傳輸數(shù)據(jù)為空，導(dǎo)致剩余時(shí)間段的數(shù)據(jù)傳輸壓力增大。^[2]或設(shè)置開(kāi)關(guān)點(diǎn)的實(shí)時(shí)傳輸。當(dāng)通道有交叉時(shí)，在交叉時(shí)隨機(jī)轉(zhuǎn)換任意通道。雖然避免了資源配置的浪費(fèi)，但對(duì)鐵路集群通信系統(tǒng)的通信線路規(guī)劃存在隨機(jī)影響，難以實(shí)現(xiàn)完善的規(guī)劃。結(jié)合上述多個(gè)抑制時(shí)段通信系統(tǒng)干擾的方法，設(shè)計(jì)1 套多模的優(yōu)勢(shì)，資源可以減少干擾實(shí)現(xiàn)方法通過(guò)優(yōu)化應(yīng)用程序，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的信號(hào)傳輸基站和移動(dòng)站之間，以避免集群的跨隙的障礙，和隔離樂(lè)隊(duì)的范圍相對(duì)較小，并且為了最大限度地利用資源，下面分析了區(qū)間站在交叉插隙中的干擾，然后提出了一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的解決方案。

1.2 跨隙區(qū)間站干擾分析

鐵路集群通信系統(tǒng)站間時(shí)隙干擾因子隨移動(dòng)站點(diǎn)距離的變化而實(shí)時(shí)變化。時(shí)隙干擾與移動(dòng)臺(tái)間隔位移之間存在一定的關(guān)系。兩個(gè)溝通渠道交叉時(shí)，為了減少信號(hào)的干擾，車站的距離間隔站可以增加，信息傳輸在固定的時(shí)間段內(nèi)可以打開(kāi)，從而避免了信號(hào)紊亂造成的短間隔站距離和減少干擾。該信號(hào)發(fā)射裝置的發(fā)射功率增加了運(yùn)行中信號(hào)的功率，降低了干擾信號(hào)的功率，從而達(dá)到提高信噪比的目的。^[3]

1.3 基于隔離帶的跨隙移動(dòng)站間干擾解決方案

為了抑制干擾的跨隙鐵路集群系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，間歇性地間隔的調(diào)頻的輸出數(shù)據(jù)的訪問(wèn)用戶傳輸信號(hào)在不同的時(shí)期，與未使用的調(diào)頻信號(hào)都排放在同樣的權(quán)力。這樣，兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)之間的間隔就會(huì)變差，其差值近似為測(cè)量到的距離。^[4]當(dāng)檢測(cè)到采集到的信號(hào)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射強(qiáng)度時(shí)，接收信號(hào)發(fā)射臺(tái)的功率與最近的移動(dòng)臺(tái)的功率之差小于固定極限值i dB，則視為用戶已進(jìn)入相應(yīng)的隔離帶。在這種情況下，用戶的通道需要及時(shí)轉(zhuǎn)移到其他非交錯(cuò)的時(shí)間段。這樣就可以抑制鐵路集群通信用戶的交叉時(shí)隙對(duì)時(shí)隙的干擾。

首先，將兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)之間的起始坐標(biāo)設(shè)置為（0，0），（2r，0），移動(dòng)臺(tái)處于實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。將運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)設(shè)為（x，y），則運(yùn)動(dòng)中兩點(diǎn)基站之間的距離可由式(1) 計(jì)算。

如式（1）所示，d 表示兩點(diǎn)之間的距離，實(shí)時(shí)定位兩點(diǎn)的移動(dòng)距離，根據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，利用圓上的不動(dòng)點(diǎn)對(duì)兩邊的不動(dòng)點(diǎn)公式計(jì)算距離。具體隔離區(qū)范圍流程圖如圖1 所示。

如圖1 所示，O₁和O₂為兩個(gè)基站圓的圓心，點(diǎn)A和點(diǎn)B 為交點(diǎn)邊界點(diǎn)。3:3 和2:4 基站的坐標(biāo)在用戶的運(yùn)動(dòng)，和信號(hào)傳輸設(shè)備的正常使用。是P，和接收到的頻率調(diào)制信號(hào)之間的兩個(gè)相鄰移動(dòng)臺(tái)接收的用戶在使用過(guò)程中設(shè)置為P，P，理想的分布模式的兩個(gè)通道模型、信號(hào)量的磨損和距離數(shù)據(jù)傳輸路徑的傳輸方程2 所示。

式中，a為傳輸衰減量，加上20乘以距離的對(duì)數(shù)，用可用功率之差表示，計(jì)算單位統(tǒng)一設(shè)為dBm。在實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，移動(dòng)臺(tái)傳輸?shù)膶?shí)測(cè)功率傳輸信號(hào)，且信號(hào)強(qiáng)度之差等于固定極限值。具體公式如下。

在式（3）中，通過(guò)計(jì)算距離之間的對(duì)數(shù)，可以近似出兩個(gè)基站發(fā)射裝置之間的功率差，并將d₁ 和d₂ 同時(shí)代入式中。下行通信信道信號(hào)接收基站的功率可計(jì)算兩次，基本調(diào)頻功率的信號(hào)的差分值均固定在一定的極限值內(nèi)。^[5]得到如下公式組。

在上述公式組中，兩個(gè)公式分別表示圖1 中的兩個(gè)圓。當(dāng)用戶位于圓上實(shí)線位置時(shí)，可以檢測(cè)出調(diào)頻信號(hào)發(fā)射裝置在運(yùn)動(dòng)區(qū)間內(nèi)的工作功率。最近移動(dòng)基站的發(fā)射裝置的設(shè)備頻率強(qiáng)度等于固定額定值，計(jì)算單位為dB。當(dāng)用戶繼續(xù)在鐵路上運(yùn)行時(shí)，隔離帶的范圍逐漸進(jìn)入。在圖1 中，兩個(gè)圓形和非虛線部分的信號(hào)強(qiáng)度小于虛線與圓相交的部分。在這段時(shí)間內(nèi)，隔離帶的覆蓋面積雖小，但距離信號(hào)發(fā)射裝置相對(duì)較遠(yuǎn)。這段時(shí)間獨(dú)立波段的覆蓋范圍劃分如圖2 所示。

如圖2 所示，使用的信號(hào)范圍調(diào)整后的用戶，沒(méi)有干擾跨隙的陰影部分，只有當(dāng)用戶是圓的中心，B，可控信號(hào)干擾，接收信號(hào)的強(qiáng)度可以通過(guò)不斷調(diào)整調(diào)整點(diǎn)A和B之間的距離滿足設(shè)計(jì)的方法基于跨隙鐵路中繼通信系統(tǒng)的干擾抑制。

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)方法的實(shí)用性，對(duì)鐵路運(yùn)行中基站接收到的信號(hào)數(shù)進(jìn)行同時(shí)多次檢測(cè)。首先設(shè)置5 000個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)，在固定的時(shí)間內(nèi)同時(shí)傳輸信息。采用傳統(tǒng)的交叉隙抑制方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收和識(shí)別。采用本文設(shè)計(jì)的基于鐵路干線通信系統(tǒng)的交叉隙干擾抑制方法對(duì)相同的步驟進(jìn)行再檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)都在同一個(gè)基站進(jìn)行。進(jìn)行3組數(shù)據(jù)比較，設(shè)置正常組和實(shí)驗(yàn)組，并提供反饋數(shù)據(jù)。分析結(jié)果如下表1 所示。

通過(guò)比較兩種方法對(duì)信號(hào)識(shí)別次數(shù)的比較，可以得出在同一條鐵路干線通信系統(tǒng)下，經(jīng)過(guò)多次數(shù)據(jù)比較，本文設(shè)計(jì)了基于鐵路干線通信系統(tǒng)的跨隙干擾抑制方案。該方法比傳統(tǒng)方法具有更高的信號(hào)識(shí)別率，識(shí)別率提高了約10%。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)研究鐵路干線通信系統(tǒng)的跨隙干擾抑制方法，利用設(shè)置隔離帶計(jì)算信號(hào)傳輸設(shè)備的功率與距離之間的關(guān)系。與其他方法相比，本文的設(shè)計(jì)方法針對(duì)較大的使用范圍，且數(shù)據(jù)傳輸?shù)膿p失也很小。未來(lái)該方法的應(yīng)用還需要不斷優(yōu)化，這將為未來(lái)鐵路通信業(yè)的優(yōu)化提供支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] 嚴(yán)穎,王寶杰,盧紅,等.基于周期性模型的高速鐵路大型車站利用能力及運(yùn)營(yíng)組織研究[J].鐵路學(xué)報(bào),2017,39(5):11-18.

[2] 徐坤,蔣小平,程聰,等.金華-宜武-東陽(yáng)地鐵軌道交通項(xiàng)目及現(xiàn)有鐵路交叉節(jié)點(diǎn)方案研究[J].鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì),2017(3):45-48.

[3] 王志東,溫培波,陶燕,等.交叉、平行線等特殊斷面的GSM-R系統(tǒng)方案研究[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù),2018,15(10):41-44.

[4] 周楊凡,王穎,魏偉,等.考慮運(yùn)行圖約束的有軌電車干線信號(hào)協(xié)調(diào)優(yōu)化模型[J].運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息,2018,18(2):73-79.

[5] 蔣錦富,李成賢,張燕南,等.高速鐵路下城市軌道交通施工中隔震樁的必要性[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2018,262(16):136-145.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年3月期）