高速列車互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳輸DS-CDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、高速列車互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳輸DS-CDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對(duì)所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫(kù)仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte引言鐵路是我國(guó)最主要也是最重要的交通手段。中國(guó)的鐵路列車每年約發(fā)送旅客16億人次。為了緩解鐵路運(yùn)輸能力的不足，京廣、京

2、滬、京哈、隴海四大干線已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)電氣化改造。鐵路電氣化的改造能使列車提速的同時(shí)也給列車通信方面帶來(lái)了一定的影響。首先，電氣化鐵路的電力接觸網(wǎng)距離地面僅6米，距列車車廂的頂部只有1米左右的距離，而電壓卻高達(dá)2.75萬(wàn)伏。強(qiáng)大的電磁場(chǎng)對(duì)通信的無(wú)線電信號(hào)造成了干擾。其次，列車的高速運(yùn)行給無(wú)線傳輸信號(hào)帶來(lái)了多普勒頻移，而且列車車廂本身對(duì)無(wú)線傳輸信號(hào)就具有一定的屏蔽作用。這些諸多因素的影響，造成列車行駛中無(wú)線傳輸信號(hào)的雜音大，接收困難，嚴(yán)重時(shí)甚至使通信中斷。因此，如何通過(guò)技術(shù)手段克服這些現(xiàn)實(shí)中的困難，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)有效的鐵路高速列車互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)，為車廂內(nèi)的旅客在高速移動(dòng)時(shí)提供寬帶無(wú)線接入服務(wù)，

3、成為目前急待解決的問(wèn)題。本文針對(duì)鐵路點(diǎn)多、線長(zhǎng)，站點(diǎn)分布較散，呈線形分布等特殊情況，充分利用鐵路現(xiàn)有的SDH有線傳輸設(shè)備SBS622，通過(guò)設(shè)計(jì)的固定在火車站上的基地臺(tái)與高速列車上的移動(dòng)臺(tái)之間的無(wú)線接口以及加頂圓盤天線等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鐵路高速列車互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)DS-CDMA無(wú)線傳輸系統(tǒng)。SDH接入網(wǎng)傳輸通道設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，我們主要利用SDH接入網(wǎng)來(lái)提供傳輸通道。光同步數(shù)字網(wǎng)SDH是不僅適用于光纖也適用于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)耐ㄓ眉夹g(shù)體制。它具有全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口NNI，簡(jiǎn)化了信號(hào)的互通以及信號(hào)的傳輸、復(fù)用、交叉連接和交換過(guò)程;而且具有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)和塊狀的幀結(jié)構(gòu)，允許安排豐富的開銷比特用于網(wǎng)絡(luò)

4、的運(yùn)行、管理和維護(hù)OAM。它的基本網(wǎng)絡(luò)單元有同步光纜線路系統(tǒng)、同步復(fù)用器SM、分插復(fù)用器ADM和同步數(shù)字交叉連接系統(tǒng)。它的特殊的復(fù)用結(jié)構(gòu)，允許現(xiàn)存的傳統(tǒng)的數(shù)字復(fù)用系統(tǒng)都能進(jìn)入其幀結(jié)構(gòu);并且它大量采用軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置和控制，使得新功能和新特性的增加比較方便。針對(duì)鐵路沿線點(diǎn)多線長(zhǎng)的特點(diǎn)，為了保證通信的可靠性，鐵路通信信號(hào)的傳輸采用環(huán)行結(jié)構(gòu)，同時(shí)在傳輸媒質(zhì)層和復(fù)用段層及通道層實(shí)現(xiàn)保護(hù)，具體的實(shí)現(xiàn)方案如圖1所示。圖1 鐵路SDH傳輸設(shè)備組網(wǎng)接入網(wǎng)的主要業(yè)務(wù)是從11、12兩根光纖傳輸，同時(shí)由7、8兩根光纖實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的環(huán)回。當(dāng)11、12中斷時(shí)，由軟件系統(tǒng)自動(dòng)啟用7、8，從而實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的不間斷傳輸。圖1中PL

5、1為支路板，它是速率為16*2M的電口支路板。它主要完成E1信號(hào)的線路收、發(fā)、轉(zhuǎn)換及2M支路時(shí)鐘信號(hào)的定時(shí)提取，實(shí)現(xiàn)2M信號(hào)經(jīng)TUG-2到VC-4的映射和解映射，同時(shí)收集支路告警上報(bào)，并根據(jù)線路告警狀態(tài)完成通道保護(hù)。DXC表示數(shù)字交叉板，一塊DXC就可完成四塊線路板上任意方向的上下業(yè)務(wù)的全交叉連接。利用數(shù)字交叉連接功能提供的低階通道(VC-12)和高階通道(VC-3、VC-4)可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)保護(hù)。STG表示時(shí)鐘板， SCC板是SDH設(shè)備的系統(tǒng)控制及通信板，它在SDH設(shè)備中承擔(dān)的是對(duì)同步設(shè)備的管理控制及互相之間的通信。OHP板為開銷處理板，它與線路單元和支路單元板相連，完成線路方向上和支路方向上E1

6、、E2和F1開銷字節(jié)以及其它數(shù)據(jù)字節(jié)的提取和插入，最主要的是提供公務(wù)電話通道。SL1板是1*622M光口支路板，它完成線路信號(hào)的發(fā)送與接收。SCB是小站專用的處理板，它包括了定時(shí)單元功能(STG)、開銷處理單元功能(OHP)、主控單元功能(SCC)和交叉連接功能(DXC)，是一種綜合處理板。SPI板是電口支路板，其中SPI(S)容量為4*2M，SPI(D)容量為8*2M。PDI也是電口支路板，其中PD(S)只有16*2M的容量，而PDI(D)具有32*2M的容量。OBI板又稱為2/1 *622M同步電路光接口板，它的傳輸距離比SL1的70KM稍短，約為30KM左右。PV8板主要實(shí)現(xiàn)本地設(shè)備的功

7、能，它將本地設(shè)備發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后送往主控板(數(shù)字交叉板)以及將主控板(數(shù)字交叉板)送來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后發(fā)往本地設(shè)備。在本設(shè)計(jì)中，我們采用的SBS 622傳輸設(shè)備可以為我們提供站與站之間622Mb/s數(shù)據(jù)傳輸速率，同時(shí)也可以為鐵路沿線各站提供自動(dòng)電話服務(wù)、各種MIS系統(tǒng)的傳輸通道服務(wù)等?；贔PGA的DS-CDMA無(wú)線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)在高速行駛的旅客列車上開通互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，主要考慮的是傳輸容量，其次是抗干擾能力，然后是體積要盡量要小，最后是功耗低可靠性高?；谝陨弦螅覀冞x擇了擴(kuò)頻通信方案。采用Spartan3 系列中的XC3S1500芯片實(shí)現(xiàn)直接序列擴(kuò)展頻譜通信的所有基帶功能，其中包括擴(kuò)頻、匹配濾波器解擴(kuò)、數(shù)控振蕩器、復(fù)混頻器，DQPSK編碼與解碼、載波和時(shí)序恢復(fù)、線性反饋移位寄存器和FIR濾波器。這些功能全部在一塊FPGA芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)。圖2給出了基于FPGA的DS-CDMA無(wú)線傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。直序擴(kuò)頻通信發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2(a)。串并轉(zhuǎn)換模塊將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2位并行數(shù)據(jù)，接著進(jìn)行差分編碼轉(zhuǎn)換成DQPSK碼元差分編碼后與PN碼擴(kuò)頻，輸出擴(kuò)頻信號(hào)，其碼元速率為的擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度倍。在進(jìn)行濾波前，采樣率增加，使后面的正交調(diào)制滿足Nyquist定律。上采樣4倍后，擴(kuò)頻信號(hào)使用兩路獨(dú)立的SRRC進(jìn)行脈沖成形。圖2 基于FPGA的DS-CDMA無(wú)線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)