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)時移動通信中，資源管理的重點(diǎn)是分頻雙工和分時雙工。兩個獨(dú)立的通信信道互不干擾，在分配時將上下通信鏈路分配到同一個信道，并分配到不同的時區(qū)，而上下兩個信道之間的有效隔離滿足了這一要求。通道間對資源的需求，使得不同的鐵路集群通信具有跨非對稱通信需求。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通信信道之間實(shí)時轉(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，交叉的時隙可能會嚴(yán)重影響通信的質(zhì)量，導(dǎo)致兩個獨(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，對上下行雙通道分配了合理的動態(tài)數(shù)據(jù)，設(shè)計了一種合理的方法來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

鐵路集群通信交叉時的時隙干擾表現(xiàn)為基站使用任意一個通信信道在一個時隙上傳輸數(shù)據(jù)。在同一時間點(diǎn)，另一個空閑信道在同一時間點(diǎn)傳輸信息。由于時間上的沖突，兩站之間會產(chǎn)生相應(yīng)的干擾。它表現(xiàn)為兩個基站和移動基站之間的相互信號失調(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題。通過設(shè)置一個簡單的隔離斷路帶，當(dāng)斷路帶交叉時，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?，兩個站的中心可能是作為中心的兩個圓相交時，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)作為交叉時間，和距離是盡可能避免。在交叉口，數(shù)據(jù)通信采用兩個圓形非交叉口區(qū)域進(jìn)行，可以避免交叉隙產(chǎn)生的信道通信的影響，但這種方法容易對非交叉口剩余的通信單元造成相應(yīng)的信號干擾，導(dǎo)致交叉。時間段的傳輸數(shù)據(jù)為空，導(dǎo)致剩余時間段的數(shù)據(jù)傳輸壓力增大。^[2]或設(shè)置開關(guān)點(diǎn)的實(shí)時傳輸。當(dāng)通道有交叉時，在交叉時隨機(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)合上述多個抑制時段通信系統(tǒng)干擾的方法，設(shè)計1 套多模的優(yōu)勢，資源可以減少干擾實(shí)現(xiàn)方法通過優(yōu)化應(yīng)用程序，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的信號傳輸基站和移動站之間，以避免集群的跨隙的障礙，和隔離樂隊的范圍相對較小，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)站間時隙干擾因子隨移動站點(diǎn)距離的變化而實(shí)時變化。時隙干擾與移動臺間隔位移之間存在一定的關(guān)系。兩個溝通渠道交叉時，為了減少信號的干擾，車站的距離間隔站可以增加，信息傳輸在固定的時間段內(nèi)可以打開，從而避免了信號紊亂造成的短間隔站距離和減少干擾。該信號發(fā)射裝置的發(fā)射功率增加了運(yùn)行中信號的功率，降低了干擾信號的功率，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)的訪問用戶傳輸信號在不同的時期，與未使用的調(diào)頻信號都排放在同樣的權(quán)力。這樣，兩個移動臺接收到的信號之間的間隔就會變差，其差值近似為測量到的距離。^[4]當(dāng)檢測到采集到的信號的移動臺發(fā)射強(qiáng)度時，接收信號發(fā)射臺的功率與最近的移動臺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轉(zhuǎn)移到其他非交錯的時間段。這樣就可以抑制鐵路集群通信用戶的交叉時隙對時隙的干擾。

首先，將兩個移動臺之間的起始坐標(biāo)設(shè)置為（0，0），（2r，0），移動臺處于實(shí)時運(yùn)動狀態(tài)。將運(yùn)動的實(shí)時坐標(biāo)設(shè)為（x，y），則運(yùn)動中兩點(diǎn)基站之間的距離可由式(1) 計算。

如式（1）所示，d 表示兩點(diǎn)之間的距離，實(shí)時定位兩點(diǎn)的移動距離，根據(jù)對應(yīng)的坐標(biāo)，利用圓上的不動點(diǎn)對兩邊的不動點(diǎn)公式計算距離。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，和信號傳輸設(shè)備的正常使用。是P，和接收到的頻率調(diào)制信號之間的兩個相鄰移動臺接收的用戶在使用過程中設(shè)置為P，P，理想的分布模式的兩個通道模型、信號量的磨損和距離數(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乘以距離的對數(shù)，用可用功率之差表示，計算單位統(tǒng)一設(shè)為dBm。在實(shí)施現(xiàn)場監(jiān)測過程中，移動臺傳輸?shù)膶?shí)測功率傳輸信號，且信號強(qiáng)度之差等于固定極限值。具體公式如下。

在式（3）中，通過計算距離之間的對數(shù)，可以近似出兩個基站發(fā)射裝置之間的功率差，并將d₁ 和d₂ 同時代入式中。下行通信信道信號接收基站的功率可計算兩次，基本調(diào)頻功率的信號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，兩個公式分別表示圖1 中的兩個圓。當(dāng)用戶位于圓上實(shí)線位置時，可以檢測出調(diào)頻信號發(fā)射裝置在運(yùn)動區(qū)間內(nèi)的工作功率。最近移動基站的發(fā)射裝置的設(shè)備頻率強(qiáng)度等于固定額定值，計算單位為dB。當(dāng)用戶繼續(xù)在鐵路上運(yùn)行時，隔離帶的范圍逐漸進(jìn)入。在圖1 中，兩個圓形和非虛線部分的信號強(qiáng)度小于虛線與圓相交的部分。在這段時間內(nèi)，隔離帶的覆蓋面積雖小，但距離信號發(fā)射裝置相對較遠(yuǎn)。這段時間獨(dú)立波段的覆蓋范圍劃分如圖2 所示。

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

2 對比實(shí)驗分析

為了驗證本文設(shè)計方法的實(shí)用性，對鐵路運(yùn)行中基站接收到的信號數(shù)進(jìn)行同時多次檢測。首先設(shè)置5 000個信號數(shù)據(jù)，在固定的時間內(nèi)同時傳輸信息。采用傳統(tǒng)的交叉隙抑制方法對信號進(jìn)行接收和識別。采用本文設(shè)計的基于鐵路干線通信系統(tǒng)的交叉隙干擾抑制方法對相同的步驟進(jìn)行再檢測。實(shí)驗都在同一個基站進(jìn)行。進(jìn)行3組數(shù)據(jù)比較，設(shè)置正常組和實(shí)驗組，并提供反饋數(shù)據(jù)。分析結(jié)果如下表1 所示。

通過比較兩種方法對信號識別次數(shù)的比較，可以得出在同一條鐵路干線通信系統(tǒng)下，經(jīng)過多次數(shù)據(jù)比較，本文設(shè)計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識別率，識別率提高了約10%。

3 結(jié)束語

本文通過研究鐵路干線通信系統(tǒng)的跨隙干擾抑制方法，利用設(shè)置隔離帶計算信號傳輸設(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)計方法針對較大的使用范圍，且數(shù)據(jù)傳輸?shù)膿p失也很小。未來該方法的應(yīng)用還需要不斷優(yōu)化，這將為未來鐵路通信業(yè)的優(yōu)化提供支持。

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（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年3月期）