探索cbtc系统中无线通信的可用性分析

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1、北方交通大学博士学位论文CBTC系统中无线通信的可用性分析姓名：步兵申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：汪希时;程荫杭2001.9.1北方交通人学博j：学位论立摘要一■基于通信的列车控制系统(CBTC)是利用连续、大容量的车、地间双向数据通信实现的k种新型的连续自动列车控制系统。CBTC与现有基于轨道电路的列车控制系统(Tm-c)的本质区别在于车、地间信息传输媒体的不同。CBTC可利用车、地问双向信息通道传递各种列车控制信息和管理信息，构成对列车的闭环控制，提高列控系统的安全性，取消固定闭塞分区，实现CBTC—MAs，采

2、用灵活的运输组织和管理方式，极大地提高区间运输能力，因此受到世界铁路信号界的普遍重视。随着通信技术、计算机技术、微电子技术、可靠性理论的飞速发展，利用无线传递车、地间双向大容量信息成为可能。自20世纪80年代起，CBTC系统的研究和开发逐步形成了世界性的趋势。CBTC中应用无线通信的可用性要求是：它必须是切实可靠的和可用的，即利用无线通信传递车、地双向信息不会导致系统可靠性、安全性的降低，并将促使运输效率的提高。无线通信能否满足列车运行控制的可用性要求是信号工作人员最为关心的，也是CBTC的关键问题之一。国内已有的CBTC研究成果主要是

3、集中在MAS条件下的系统结构、行车控制方法、线路通过能力、列车运行组织方式及通过能力仿真等问题的分析研究。国外已有一些关于提高CBTC中无线通信可靠性、可用性方法的研究，但有关CBTC中无线通信可用性分析的系统、深入的理论研究，很少见有公开报道。有鉴于此，论文主要结合铁路运输特点而不是单纯从通信角度出发，分析研究在CBTC中应用无线通信的可用性问题。为适应国民经济增长的需求，解决铁路运能与运量需求的矛盾，我国铁路部门未来也～定会发展CBTC，因此，论文在这方面的探索具有重要意义。论文进行的研究、探索和得出的主要结论如下：在阅读大量相关文

4、献的基础上，论文对国内外CBT9系统研究和开发的现状进行了综述，对CBTC中关键技术的应用进行了综合评述。Y论文分析了列车运行控制对无线通信可靠性、可用性的要求，分析了不同形式的传输差错对列车运行控制安全性及运输效率的影响。并给出相应的消除传输差错影响的策略。论文基于铁路环境下无线信道的特点，建立了CBTC的无线信道模型，分析了主要不利因素：衰落、多普勒频移，对无线通信误码性能产生的影响，并介绍了消除衰落、多普勒频移对信息传递影响的方法。论文基于铁路移动通信网络的特点和列车运行控制的特殊要求，给出CBTC中确定基站覆盖范围的特殊方法。C

5、BTC对铁路线路及附近区域要求100％的线覆盖密度，为此，基站边缘覆益密度需≥90*／0，并采用方向性天线、加装区间电台、中继装置、漏泄电缆等设备，消除线路覆盖的弱场区，保证列车在任何时间、地点与控制中心有可靠的双向通信。为减小切换中断时间对数据传输的影响，需增大基站覆盖范围，延长列车在基站覆盖范围内的驻留时间。由于CBTC的无线通信网络具有链状小区结构，需采用与公网不同的方法确定满足CBTC同道干扰信噪比要求的同频复用比例，根据系统能够划分的频率资源确定小区的信道容量。小区的信道容量、基站的覆盖范围必须满足列车密度的要求。论文分析了C

6、BTC中列车越区切换的特殊性，利用列车速度信息实现接收信号固定空间间隔采样，制订越区切换机制，可以在不同的列车速度下获得很好的越区切换性能。论文给出了CBTC中划分基站覆盖重叠区域的原则：列车以最高线路限速运行，满足切换条件后，经过必要的切换时延并保留一定的裕量，能够在接近基站覆盖边缘位置处完成越区切换。本文提出了一种切换策略，当满足某一预设条件时，如：列车运行至某一位置或接收当前基站信号的平均强度等于接收目标基站信号的平均强度，目标基站划分信道与列车建立链接，列车保持与当前及目标基站的联系直至满足另～预设条件，如：接收目标基站信号的平

7、均强度大于接收当前基站信号的平均强度至指定值，歹lj车切断与原有基站的联系。通过该切换策略，可消除切换中断时间对数据传输的影响。切换过程中列车在两个信道上同时与两个基站通信，实现频率分集、空间分集，提高切换可靠性，生不必要切换和掉线的概率。文根据动态曲线的生成位置，划分CBTC的车、地间通信模式，分析、比较几种优缺点。根据车、她闻通信模式，构造信息帧格式、内容，制订CBTC的差错控制方式。为满足CBTC对信息传递的可靠性要求，码字发生未被检测出错误的概率应低于指定值，为满足CBTC对信息传递实时性的要求，发生译码失败重传的概率应低于指定

8、值。论文给出了选择CBTC检错、纠错编码的方法；根据CBTC中无线信道的信噪比水平、信号的调制方式、接收方的判决方式、信息帧长度及CBTC对信息传递可靠性的要求确定编码的截止速率，根据编码后码字的长度结合C