车地无线通信系统的制作方法

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　　[摘 要]随着交通运输行业的日益发展，地铁等轨道交通的信息技术也在不断发展。车地无线信息通信系统在地铁内的成功设置，使得车地信息交流和传送更加便捷，车地无线网采用自由无线的车地通信方式，提供车站和在线列车的信息交换任务。自由无线的车地通信方式在保证可靠通信的基础上，还具有安装、维护及调试更为简便的优点。
　　[关键词]车地无线通讯；系统构成；原理
　　中图分类号：S288 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）08-0340-01
　　一、车地无线通讯系统功能
　　车地无线通讯使用的是无线电管理委员会指定给工业、科学和医疗（ISM）使用的2.4GHz频段，采用直接序列扩频技术，单个信道的频道宽度为4.6MHz，通信带宽为2.75Mb/s。
　　车地无线通讯系统可以设置在车站、车辆段等地方，将视频、信息等数据传送到地铁列车上，为列车提供了上行、下行实时传送的通道，并且车地无线通讯系统还具有更加强大的稳定性、移动性还具有很好的抗干扰能力，便于维护和使用，车地无线通讯的配置更加方便、快捷。
　　二、车地无线通讯构成原理
　　车地无线通讯系统主要由轨旁部分和车载部分构成。轨旁部分主要是由、局域网交换机、TCCU轨旁通信控制器、轨旁无线模块和轨旁天线组成。
　　（一）车载部分。车载部分主要是由车载无线模块和车载天线构成。车地无线网的构架示意图如图1所示：
　　车载的部分分别是由两套无线模块和它对应的天线所构成的，并且每个无线模块都是独立控制的，通过ATP的三个通道中的两个进行连接，每个无线模块和它对应的ATP通道是UDP-IP网络。
　　两个无线单元分别被安装在列车的两端，并且还包含了以下列部件：（1）以太网交换机，这是用于连接每个无线模块和它对应的ATP通道（2）全向天线（50欧姆阻抗），它安装在相应的车顶上，并且尽可能地接近它对应的无线模块（3）射频电缆，这用于连接每个无线模块和它的天线，是一种低损耗电缆（4）以太网电缆，是用于连接每个无线模块和它对应的ATP通道。车载部分的无线模块接收到车载相关信息后通过车载天线发送出去，轨旁无线模块通过轨旁天线接收到这些信息后，通过以太网接口传输到TCCU，再由TCCU负责与有线网进行通信。
　　（二）轨旁无线模块。车载和轨旁采用同样的无线模块AR-24027E，它是SIRIUSCBTC系统无线解决方案的基本组成部分。通过配置，该模块可按照基站方式或者移动站方式工作。该无线模块是车地无线网络各项技术功能实现的主要载体。它负责将从以太网来的数据通过无线发送出去以及接收无线数据并传送到以太网上，并负责建立和管理无线通信过程。
　　轨旁无线机箱使用光缆连接到设备集中站的交换机上，并且最终连接到TCCU。此外还需要交流220V电源供应，电源源自其对应的闭塞处理器的设备集中站采用AC220V串联供电。在安装轨旁无线机箱时，应该尽可能的保证和轨旁天线之间的间距小于5M，减少链路损耗。
　　（三）轨旁通信控制器。轨旁通信控制器TCCU的主要功能有两种，一是管理与列车的无线通信，二是与闭塞处理器接口。通信控制器还被设计为冗余配置，假如任何单个模块失效，它将不会影响到无线模块和闭塞处理器之间的通信。通信控制器是基于采用标准的双模冗余配置，它带有两套CPU和内存。
　　三、车地无线网原理
　　（一）车地网络通信技术。车地无线通信网络提供在列车和轨旁CBTC子系统之间提供持续的通信。它运行在自由使用频段2.4GHz频段，并且经过特别设计和验证用于轨道交通环境。无线通信网络使用一个独特的扩频管理来降低其他无线网络同频干扰的影响。
　　车地无线通信网络运行在一个较窄的无线频率波段，采用直接序列扩频。这种设计特性提供了更高效的剔除，同时进一步提高了系统的安全性和可靠性（图2）。
　　这个无线模块采用了一个比标准的802.11集成实现更低噪声的信号放大器和功率放大器。这使得无线模块具有更高灵敏度的更佳的射频性能，同时降低了相邻波段的干扰的影响。同时这个无线网络建立起一个完整的以太网，这样列车作为网络中的节点高效地运行。这些无线模块运行在一个特定的网络簇中，这样他们被动态的监视，可以确保在工作环境内无线模块的组合在任何点上及时得到最好的通信。
　　（二）扩频调制技术。车地无线网络采用直接序列扩频技术。这种调制技术将波段宽度“扩展”到比信息交换所需要的波段宽度大得多的频宽。直接序列扩频调制技术是一种高效的和普遍采用的信号调制技术，采用一个伪随机码序列来调制载波。通过这种办法，传输的波段宽度被增加而功率谱密度降低。在所有情况下，最终的信号的频谱类似于噪声甚至低于噪声。在这种方法上，接收者根据希望接收的信息，必须区分出来并且还原信息。由于信号的能量和原来的信号能量是相同的，在接收级别，信息被恢复通过使用码的重复来提升信息的强度。因此最终的信号是采用一个较窄的波段，而带有较大的功率，但是使用同样的能量。
　　（三）车载设备漫游过程。如下图图3所示车头的无线模块保持与地面AP的通信，尾的无线模块将会启动与下一个BP控制器的通信。如果车尾的无线模块建立起与下一个BP控制区的地面AP的通信，车首段的无线模块将会自动切断车地无线通信。车辆将会与下个BP控制区内AP保持无线通信。
　　四、CBTC通信网络安全性
　　CBTC数据通信网络是一个专用信号系统网络，即网内各种终端、设备均设计为指定用途，与互联网不直接相连，信息的内容、流向、格式均有严格定义和要求，因此可以看作是一个封闭型、高安全级别的网络。有线交换机端口接入认证，是指轨旁AP在接入以太网交换机的时候，交换机和轨旁AP之间的认证过程。支持2种有线交换机接口认证，分别是，MAC地址的接入认证和802.1x的接入认证。此认证的目的是决定RS20交换机的端口是否打开�D�D没有合法配置的AP，即使连接到以太网交换机上，其以太�W上联端口也是关闭状态。引入这个技术，可以有效地保护以太网交换机的端口。
　　结语
　　随着技术的进一步发展，车地系统将为车地信息互传提供更加成熟及丰富的平台。它的出现，足以在轨道交通行业带来一场革命性的升级换代。
　　参考文献
　　[1] 张文洲.浅谈基于无线的车-地通信系统[J].铁道通信信号，2011，47（12）：52-54.
　　[2] 郝瑞庭.基于无线中转传输方式的车-地双向通信系统应用[J].现代城市轨道交通，2015，（02）：1-4.