鐵路集群通信系統跨隙干擾抑制方法研究

0 引言

在鐵路集群通信系統中，無(wú)線(xiàn)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，而上下兩個(gè)信道之間的有效隔離滿(mǎn)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(chēng)通信需求。上下通信信道之間的轉換分為定點(diǎn)轉換和非定點(diǎn)轉換。非固定點(diǎn)之間的信道切換可以滿(mǎn)足兩個(gè)通信信道之間實(shí)時(shí)轉換的適應性。然而，這樣在路徑操作中存在著(zhù)通信的交叉，交叉的時(shí)隙可能會(huì )嚴重影響通信的質(zhì)量，導致兩個(gè)獨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的雙通道通信，對上下行雙通道分配了合理的動(dòng)態(tài)數據，設計了一種合理的方法來(lái)減少鐵路集群通信系統的干擾，優(yōu)化通信質(zhì)量。

1 鐵路集群通信系統跨隙干擾抑制方法研究

1.1 鐵路干線(xiàn)通信系統跨隙抑制方法設計

鐵路集群通信交叉時(shí)的時(shí)隙干擾表現為基站使用任意一個(gè)通信信道在一個(gè)時(shí)隙上傳輸數據。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)生相應的干擾。它表現為兩個(gè)基站和移動(dòng)基站之間的相互信號失調。^[1]降低通信系統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)設置一個(gè)簡(jiǎn)單的隔離斷路帶，當斷路帶交叉時(shí)，數據的通信被切斷，雖然可以抑制干擾，但是集群通信中存在很多系統的交叉點(diǎn)，存在很大的通信信道損失和浪費?；蛘?，兩個(gè)站的中心可能是作為中心的兩個(gè)圓相交時(shí)，和相應的區域范圍，和兩輪之間的重疊區域的面孔是環(huán)繞，和地區作為交叉時(shí)間，和距離是盡可能避免。在交叉口，數據通信采用兩個(gè)圓形非交叉口區域進(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的信號干擾，導致交叉。時(shí)間段的傳輸數據為空，導致剩余時(shí)間段的數據傳輸壓力增大。^[2]或設置開(kāi)關(guān)點(diǎn)的實(shí)時(shí)傳輸。當通道有交叉時(shí)，在交叉時(shí)隨機轉換任意通道。雖然避免了資源配置的浪費，但對鐵路集群通信系統的通信線(xiàn)路規劃存在隨機影響，難以實(shí)現完善的規劃。結合上述多個(gè)抑制時(shí)段通信系統干擾的方法，設計1 套多模的優(yōu)勢，資源可以減少干擾實(shí)現方法通過(guò)優(yōu)化應用程序，并實(shí)現穩定的信號傳輸基站和移動(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，下面分析了區間站在交叉插隙中的干擾，然后提出了一個(gè)可實(shí)現的解決方案。

1.2 跨隙區間站干擾分析

鐵路集群通信系統站間時(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)，為了減少信號的干擾，車(chē)站的距離間隔站可以增加，信息傳輸在固定的時(shí)間段內可以打開(kāi)，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)射功率增加了運行中信號的功率，降低了干擾信號的功率，從而達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數據傳輸，間歇性地間隔的調頻的輸出數據的訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)傳輸信號在不同的時(shí)期，與未使用的調頻信號都排放在同樣的權力。這樣，兩個(gè)移動(dòng)臺接收到的信號之間的間隔就會(huì )變差，其差值近似為測量到的距離。^[4]當檢測到采集到的信號的移動(dòng)臺發(fā)射強度時(shí)，接收信號發(fā)射臺的功率與最近的移動(dòng)臺的功率之差小于固定極限值i dB，則視為用戶(hù)已進(jìn)入相應的隔離帶。在這種情況下，用戶(hù)的通道需要及時(shí)轉移到其他非交錯的時(shí)間段。這樣就可以抑制鐵路集群通信用戶(hù)的交叉時(shí)隙對時(shí)隙的干擾。

首先，將兩個(gè)移動(dòng)臺之間的起始坐標設置為（0，0），（2r，0），移動(dòng)臺處于實(shí)時(shí)運動(dòng)狀態(tài)。將運動(dòng)的實(shí)時(shí)坐標設為（x，y），則運動(dòng)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(shí)定位兩點(diǎn)的移動(dòng)距離，根據對應的坐標，利用圓上的不動(dòng)點(diǎn)對兩邊的不動(dòng)點(diǎn)公式計算距離。具體隔離區范圍流程圖如圖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 基站的坐標在用戶(hù)的運動(dòng)，和信號傳輸設備的正常使用。是P，和接收到的頻率調制信號之間的兩個(gè)相鄰移動(dòng)臺接收的用戶(hù)在使用過(guò)程中設置為P，P，理想的分布模式的兩個(gè)通道模型、信號量的磨損和距離數據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，用可用功率之差表示，計算單位統一設為dBm。在實(shí)施現場(chǎng)監測過(guò)程中，移動(dòng)臺傳輸的實(shí)測功率傳輸信號，且信號強度之差等于固定極限值。具體公式如下。

在式（3）中，通過(guò)計算距離之間的對數，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。下行通信信道信號接收基站的功率可計算兩次，基本調頻功率的信號的差分值均固定在一定的極限值內。^[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。當用戶(hù)位于圓上實(shí)線(xiàn)位置時(shí)，可以檢測出調頻信號發(fā)射裝置在運動(dòng)區間內的工作功率。最近移動(dòng)基站的發(fā)射裝置的設備頻率強度等于固定額定值，計算單位為dB。當用戶(hù)繼續在鐵路上運行時(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(xiàn)部分的信號強度小于虛線(xiàn)與圓相交的部分。在這段時(shí)間內，隔離帶的覆蓋面積雖小，但距離信號發(fā)射裝置相對較遠。這段時(shí)間獨立波段的覆蓋范圍劃分如圖2 所示。

如圖2 所示，使用的信號范圍調整后的用戶(hù)，沒(méi)有干擾跨隙的陰影部分，只有當用戶(hù)是圓的中心，B，可控信號干擾，接收信號的強度可以通過(guò)不斷調整調整點(diǎn)A和B之間的距離滿(mǎn)足設計的方法基于跨隙鐵路中繼通信系統的干擾抑制。

2 對比實(shí)驗分析

為了驗證本文設計方法的實(shí)用性，對鐵路運行中基站接收到的信號數進(jìn)行同時(shí)多次檢測。首先設置5 000個(gè)信號數據，在固定的時(shí)間內同時(shí)傳輸信息。采用傳統的交叉隙抑制方法對信號進(jìn)行接收和識別。采用本文設計的基于鐵路干線(xiàn)通信系統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(gè)基站進(jìn)行。進(jìn)行3組數據比較，設置正常組和實(shí)驗組，并提供反饋數據。分析結果如下表1 所示。

通過(guò)比較兩種方法對信號識別次數的比較，可以得出在同一條鐵路干線(xiàn)通信系統下，經(jīng)過(guò)多次數據比較，本文設計了基于鐵路干線(xiàn)通信系統的跨隙干擾抑制方案。該方法比傳統方法具有更高的信號識別率，識別率提高了約10%。

3 結束語(yǔ)

本文通過(guò)研究鐵路干線(xiàn)通信系統的跨隙干擾抑制方法，利用設置隔離帶計算信號傳輸設備的功率與距離之間的關(guān)系。與其他方法相比，本文的設計方法針對較大的使用范圍，且數據傳輸的損失也很小。未來(lái)該方法的應用還需要不斷優(yōu)化，這將為未來(lái)鐵路通信業(yè)的優(yōu)化提供支持。

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年3月期）