城市轨道交通CBTC系统无线抗干扰研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:zhensa9d
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基于通信的列车控制(Communications Based Train Control,CBTC)系统具有高精度定位、双向连续车地通信等特点,能更好的实现列车移动闭塞控制,满足当今城市轨道交通中列车自动控制的需求。车地通信系统是其关键组成部分,主要采用IEEE802.11标准的无线局域网技术实现数据传输。然而该标准工作在频率为2.4GHz的工业、科学、医疗(Industrial Scientific Medical,ISM)频段,在城市无线网络飞速发展、覆盖面积日益增长的今天,容易受到外界无线信号的干扰。因此对CBTC无线通信系统的干扰成因进行分析,提出相应的抗干扰方案,提高CBTC系统的抗干扰能力,以保障列车的安全高效的运行,对进一步发展城市轨道交通具有重要的意义。首先,对CBTC无线通信系统进行说明,给出适合实际的无线传播模型。对CBTC系统无线干扰进行详细分析,将干扰分为系统内部和外部干扰两种,指出AP(Access Point,AP)接入瓶颈问题和无线移动设备干扰问题是研究CBTC系统抗干扰的主要难点,并对现已有的抗干扰方案进行阐述,说明本文抗干扰方案的基础。其次,通过二维马尔可夫链对传统分布式协调(Distributed Coordination Function,DCF)协议进行分析与改进,给出车载天线节点数、竞争窗口大小和干扰移动无线保真(Mobile Wireless Fidelity,MiFi)节点个数对CBTC系统吞吐量和传输时延的影响。针对AP接入瓶颈问题提出一种DCF的改进方案,分别对AP和车载天线(Vehicle-mounted Antenna,VA)制定不同的算法,以进一步减小CBTC系统内部干扰;提出一种自适应区间化的竞争窗口设置方案,根据MiFi节点个数设置合理的竞争窗口值,减小系统外部的干扰,提高CBTC系统的抗干扰能力;同时对传统指数退避算法进行分析,使用慢增慢减回退机制,从回退角度提高CBTC系统的抗干扰能力。最后,运用OPNET工具对CBTC无线通信系统进行仿真,修订系统DCF协议模块并设置工作参数,分别对系统内部和系统外部无线干扰进行场景建模并仿真分析,对提出的抗干扰改进方案和传统DCF协议进行系统吞吐量和传输时延对比,仿真结果表明,本文所提出的改进抗干扰方案具有良好的效果,CBTC系统性能得到改善,一定程度上提高了系统的抗干扰能力。
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