【毫米波無(wú)線通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)4000字】

毫米波無(wú)線通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u21268毫米波無(wú)線通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)綜述 1295411.1概述 129841.2無(wú)線通信系統(tǒng) 1201371.2.1調(diào)制技術(shù) 2153501.2.2多址技術(shù) 210391.2.3分集技術(shù) 389481.3毫米波無(wú)線通信系統(tǒng) 3110461.3.1毫米波 3175681.3.2系統(tǒng)組成 4327561.3.3系統(tǒng)功能 573891.4系統(tǒng)接口 5概述為了達(dá)到磁懸浮列車在調(diào)度過(guò)程中對(duì)通信的需求，通信技術(shù)應(yīng)對(duì)調(diào)度作業(yè)的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析改進(jìn)，因此需要獲取乘客信息、調(diào)度作業(yè)運(yùn)行狀況，以滿足作業(yè)的合理性，對(duì)于信號(hào)系統(tǒng)和通信技術(shù)方面要多加注意REF_Ref9336\r\h[7]。如今提高無(wú)線通信的技術(shù)水平，才能保證越來(lái)越高的軌道運(yùn)行傳輸性和穩(wěn)定性需求，進(jìn)而促使磁懸交通建設(shè)大力發(fā)展REF_Ref9369\r\h[8]。在高頻微波頻段分布的資源較多，如今無(wú)線通信正朝著利用毫米波發(fā)展。相比于過(guò)去電磁波通信，毫米波通信略顯獨(dú)特。微波和光波的波長(zhǎng)處在毫米波相鄰兩側(cè)，其波長(zhǎng)小于微波而大于光波，所以既有微波特點(diǎn)，又有光波的特點(diǎn)。在傳播時(shí)毫米波對(duì)灰塵等顆粒具有較強(qiáng)穿透能力，且傳播時(shí)受雜波干擾不大，因此通信非常穩(wěn)定。無(wú)線通信系統(tǒng)無(wú)線通信即采用電磁波的輻射和傳播的特點(diǎn)，通過(guò)空間來(lái)傳遞數(shù)據(jù)的通信方法，其使用的頻率波段從極長(zhǎng)波波段到亞毫米波段不等。無(wú)線通信系統(tǒng)需要保證安全信息傳輸，并提供車-地設(shè)備之間的傳輸提供雙向的數(shù)據(jù)連接REF_Ref9408\r\h[9]。車地交換的信息有運(yùn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)、音話信息和服務(wù)信息。車-地?zé)o線通信系統(tǒng)必須保證相關(guān)安全數(shù)據(jù)所需達(dá)到的完整性和可靠性，以滿足磁浮列車在高速行駛時(shí)保持與地面設(shè)備安全的、可靠的通信，滿足車地之間綜合業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枨?。無(wú)線通信系統(tǒng)中分為分區(qū)通信系統(tǒng)、無(wú)線通信光纖網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通信基站、中央通信系統(tǒng)以及車載無(wú)線通信子系統(tǒng)。中央無(wú)線通信系統(tǒng)是通信系統(tǒng)的核心。它使用覆蓋于線路的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，主要對(duì)中央和列車之間進(jìn)行監(jiān)控，有關(guān)接口需要對(duì)乘客數(shù)據(jù)和診斷信息的傳輸和音話傳遞。中央無(wú)線通信系統(tǒng)需要對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)的診斷信息進(jìn)行采集，并把錯(cuò)誤信息傳遞到運(yùn)行控制系統(tǒng)的中央在線診斷。分區(qū)無(wú)線通信系統(tǒng)放置的機(jī)房應(yīng)存在兩個(gè)牽引變電所控制系統(tǒng)，每個(gè)分區(qū)無(wú)線通信系統(tǒng)可連接2個(gè)分區(qū)運(yùn)行控制系統(tǒng)，并可在1個(gè)或以上的軌道組成的特殊線路區(qū)域內(nèi)完成控制無(wú)線通信工作。控制單元與車載無(wú)線通信設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)列車與地面數(shù)據(jù)互傳，并通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)對(duì)無(wú)線通信基站采集相關(guān)信息，進(jìn)而對(duì)連結(jié)的基站進(jìn)行控制。光纖網(wǎng)絡(luò)是連接無(wú)線通信基站和分區(qū)無(wú)線通信控制單元的關(guān)鍵。無(wú)線通信基站通過(guò)梳狀連接的方法形成一個(gè)環(huán)狀架構(gòu)，把2組無(wú)線通信基站內(nèi)連接并把相應(yīng)的光纖網(wǎng)絡(luò)連接到分區(qū)無(wú)線通信控制單元,以提高其用性。無(wú)線通信基站需要確保列車在線路上被無(wú)線電全程覆蓋，因此基站位置的要設(shè)在線路各點(diǎn)上，最低要保證兩站間可以互相進(jìn)行無(wú)線聯(lián)絡(luò)。車載無(wú)線通信子系統(tǒng)包括整流罩、組合天線、車載無(wú)線電控制單元。為了控制無(wú)線通信系統(tǒng)的移動(dòng)端，車載無(wú)線通信控制單元需要提供移動(dòng)客戶的相應(yīng)接口。調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)把傳送信號(hào)對(duì)應(yīng)的特性在特性相匹配的信道上傳輸，調(diào)制技術(shù)分為ASK、FSK和PSK三種，總的來(lái)說(shuō)，PSK較強(qiáng)的性能使其在中高速數(shù)據(jù)傳輸中廣泛使用。如今應(yīng)用比較廣泛的的數(shù)字調(diào)制技術(shù)有以下幾種：相移鍵控

(PSK)這是對(duì)信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，它把數(shù)字基帶信號(hào)的兩個(gè)電平使載波相位切換在兩個(gè)不同的數(shù)值之間。正交幅度調(diào)制法

(QAM)QAM通過(guò)對(duì)載波的上下兩邊帶用兩個(gè)信號(hào)對(duì)其抑制調(diào)幅，從而使它的頻譜帶寬呈正交特性，實(shí)現(xiàn)兩路信號(hào)并行傳送。高斯最小頻移鍵控即用高斯濾波器使其頻譜信號(hào)變得更窄。運(yùn)用GMSK調(diào)制技術(shù)能夠達(dá)到GSM系統(tǒng)中對(duì)于相鄰信道干擾的相關(guān)要求。正交頻分復(fù)用調(diào)制正交頻分復(fù)用調(diào)制將信道分成很多子信道，這樣降低了子信道對(duì)于帶寬要求和數(shù)據(jù)流要求，從而對(duì)干擾影響進(jìn)行消除。這種多載波的調(diào)制方法也提高了信道均衡。多址技術(shù)為了增大系統(tǒng)的容量，將資源在同一時(shí)間點(diǎn)上均分給所有用戶。主要分為以下技術(shù)。FDMA將載波帶寬劃分與用戶數(shù)量一樣多的子信道并對(duì)應(yīng)給用戶，在同一時(shí)間點(diǎn)上進(jìn)行多用戶同時(shí)使用信道，對(duì)于產(chǎn)生的干擾時(shí)可用濾波器濾除。TDMA將載波的時(shí)間片段劃分并匹配對(duì)應(yīng)不同的用戶。達(dá)成時(shí)鐘同步后，為保證信號(hào)在傳輸過(guò)程中不發(fā)生混淆干擾的風(fēng)險(xiǎn)，基站將不同的時(shí)隙對(duì)應(yīng)相應(yīng)移動(dòng)終端。各移動(dòng)終端在自己的時(shí)隙內(nèi)接收數(shù)據(jù)，以此區(qū)分信號(hào)并收取。CDMA與前面兩種技術(shù)不同，該技術(shù)使得同一時(shí)間、頻段全部用戶一起使用，擁有抗干擾性強(qiáng)、抗衰落性好的特點(diǎn)，可以進(jìn)行多個(gè)用戶發(fā)送接收。這種方法增加了對(duì)資源的利用，是目前移動(dòng)通信傳輸?shù)淖钸m合技術(shù)。分集技術(shù)分集技術(shù)通常通過(guò)兩個(gè)或更多的接受天線來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)衰落信道損耗的補(bǔ)償。它和均衡器相似在不增大傳輸功率和增加帶寬的前提下，提高無(wú)線通信信道的傳輸質(zhì)量。分集通常是指多個(gè)信道在其時(shí)間上、頻率上或者空間上傳輸時(shí)，傳輸對(duì)應(yīng)到擁有特點(diǎn)一樣的信道上，但傳輸特性彼此并不統(tǒng)一，所以信號(hào)傳輸過(guò)程中的衰落也相差較大。如果不使用分集技術(shù)，因?yàn)樵胍羰艿较拗疲l(fā)射機(jī)如果不能發(fā)送很大功率，在特殊情況下連接就有可能斷開。分集方法的使用恰巧能在一定程度上對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行降低，這就顯得其十分重要。微分集和宏分集是常用的兩種方式。宏分集是應(yīng)用于蜂窩系統(tǒng)的分集技術(shù)，因此也被稱為多基站分集。宏分集在不同的地面位置以及方向上設(shè)置基站，并對(duì)區(qū)域內(nèi)的一個(gè)移動(dòng)臺(tái)保持通信。因此在信號(hào)傳播時(shí)，沒(méi)有陰影效應(yīng)或慢衰落影響的話，宏分集就可以保持通信的連通，宏分集可以有效減少慢衰落。微分集作為減小快速衰落影響的技術(shù)，微分集通常在不同無(wú)線通信系統(tǒng)中使用地較為頻繁。毫米波無(wú)線通信系統(tǒng)毫米波通常毫米波情況下是指波長(zhǎng)介于1mm至10mm之間，頻率在30GHz至300GHz之間的電磁波。毫米波通信技術(shù)就指以其作為載體來(lái)承載信息并在空間中通過(guò)輻射進(jìn)行傳播。由于處在高頻段，毫米波的窄波束使其在直射波形式下的傳播具有很好的方向性。雖然在惡劣的氣候條件下，尤其是降雨時(shí)毫米波傳輸?shù)乃p度很大，對(duì)傳輸效果不是非常理想，但其傳播過(guò)程中所受干擾少，穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)讓它是目前較好的具有高可靠性的無(wú)線信道傳輸?shù)耐ㄐ?。以毫米波的特點(diǎn)有：帶寬寬波長(zhǎng)介于1mm至10mm之間，頻率在30GHz至300GHz之間，這個(gè)帶寬比從直流到微波之間還多了9倍。即使受大氣影響大，可用窗口少，但可利用帶寬也有135GHz。波束窄同一天線尺寸下，毫米波的波束要比微波的波束窄得多。波束窄使其能更好的觀察細(xì)小目標(biāo)。探測(cè)能力強(qiáng)因?yàn)樵诟哳l段有極大的頻率可供利用用，因此在傳播過(guò)程中遇到的效應(yīng)干擾能有效減弱。同時(shí)較高程度的多譜勒頻移獲取能夠更好地探測(cè)和識(shí)別低速運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)的物體。安全保密好傳播過(guò)程中空氣中微粒的吸收大，點(diǎn)到點(diǎn)的直通距離很小，一旦超過(guò)直通距離使得其衰弱起來(lái)，這個(gè)特點(diǎn)使得敵對(duì)方對(duì)信號(hào)在傳播過(guò)程中竊聽和干擾變得很難。窄波束小副瓣降低了信號(hào)被截取的成功率。傳輸穩(wěn)定頻段高使能對(duì)其傳播時(shí)的干擾少，因此其信道相比較于其他電磁波的更穩(wěn)固，較低的誤碼率讓它可與光纜一比高下。全天候通信相比較于對(duì)微粒離子的穿透能力，他比現(xiàn)用的電磁波更強(qiáng)大從而能保證長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)可靠工作，在遇到各種天氣狀況時(shí)也能保證穩(wěn)定通信。器件微型化毫米波的波長(zhǎng)小，而通常使用波長(zhǎng)越短的微波元器件，所需要的設(shè)備尺寸越小，因此毫米波系統(tǒng)的小型化將為磁浮交通帶來(lái)便利。系統(tǒng)組成通常毫米波系統(tǒng)設(shè)備組成詳細(xì)如圖2-1所示。通信設(shè)備通信設(shè)備發(fā)射機(jī)接收機(jī)天線基帶設(shè)備網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用終端應(yīng)用終端通信設(shè)備發(fā)射機(jī)接收機(jī)天線基帶設(shè)備網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用終端應(yīng)用終端無(wú)線線路圖2-1典型毫米波通信系統(tǒng)首先，基帶設(shè)備先將基帶信號(hào)傳輸?shù)桨l(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)然后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換，只有符合傳輸射頻信號(hào)的要求后，電磁波再經(jīng)過(guò)天線傳播出去。傳播出來(lái)的信號(hào)之后通過(guò)接收機(jī)的天線來(lái)吸收，并再次轉(zhuǎn)換并送到系統(tǒng)設(shè)備。這個(gè)傳輸過(guò)程是雙向傳輸，信號(hào)發(fā)送與接收共用同一根天線。系統(tǒng)功能接收設(shè)備是系統(tǒng)中的核心部分之一，它能夠接收對(duì)方通信或接受經(jīng)過(guò)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的射頻信號(hào)，能將其處理后再發(fā)送到基帶設(shè)備。接受設(shè)備應(yīng)先對(duì)信號(hào)進(jìn)行一定程度的放大并對(duì)其進(jìn)行選擇，在傳播后亳米波信號(hào)受到損耗變得十分微弱，此時(shí)需要將亳米波信號(hào)做一個(gè)放大處理，但要對(duì)放大后的信號(hào)中進(jìn)行篩選，去除不符合要求的信號(hào)。放大器應(yīng)根據(jù)相關(guān)要求具有低噪聲性。接收設(shè)備還應(yīng)進(jìn)行頻率變化和信號(hào)分路，以對(duì)信號(hào)進(jìn)一步處理，信號(hào)分路則在FDMA信號(hào)時(shí)進(jìn)行操作。發(fā)射設(shè)備發(fā)射設(shè)備需要對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行一個(gè)處理，以此將信號(hào)變?yōu)闈M足天線發(fā)射的射頻信號(hào)的要求，發(fā)射設(shè)備在規(guī)定的毫米波發(fā)射頻率上，必須產(chǎn)生足夠大的射頻信號(hào)功率以達(dá)到一定程度的信噪比，同時(shí)需要對(duì)輸出功率有所掌控，以穩(wěn)定功率電平。基帶設(shè)備基帶設(shè)備需要與各種外圍設(shè)備進(jìn)行連接，這樣才能傳輸各種不同的信息。接入設(shè)備中包括連接各系統(tǒng)設(shè)備所使用的接口，像網(wǎng)絡(luò)接口、串行接口等?；鶐гO(shè)備還需對(duì)信源和信道進(jìn)行編碼，以此提高信息傳輸?shù)挠行院涂煽啃?。天線天線具有良好的頻率特性，能夠定向地輻射和接受電磁波，同時(shí)能夠發(fā)射和接受固定的極化波。系統(tǒng)接口高速交通的系統(tǒng)設(shè)備接口為：“接口代表了兩種關(guān)系，第1種關(guān)系是不同子系統(tǒng)之間相互子系統(tǒng)與外部環(huán)境之間的搭接關(guān)系，這些外部環(huán)境包括了一系列在系統(tǒng)的集成過(guò)程中的工作界面，例如系統(tǒng)設(shè)計(jì)，裝備制造施工及運(yùn)行維護(hù)。另一種關(guān)系是使系統(tǒng)達(dá)成既定性能指標(biāo)的相互配合關(guān)系，這種配合關(guān)系的對(duì)象是不同子系統(tǒng)之間的設(shè)備設(shè)施配合，配合內(nèi)容為這些子系統(tǒng)相互之間的參數(shù)結(jié)構(gòu)和功能”REF_Ref9598\r\h[10]。軌道交通涉及軌道、接觸網(wǎng)、供變電、通信、信號(hào)、電磁兼容、振動(dòng)噪聲等方面，接口是指這些相互關(guān)聯(lián)的方面之間在時(shí)間以及空間上的技術(shù)要求和匹配條件相符合對(duì)應(yīng)REF_Ref9630\r\h[11]。軟接口和硬接口是系統(tǒng)接口的兩大類型。軟接口通常指系統(tǒng)、設(shè)備的設(shè)計(jì)要求、技術(shù)、參數(shù)等方面，表示設(shè)備間或系統(tǒng)間為實(shí)現(xiàn)匹配，而在功能、通信規(guī)約等方面上的調(diào)諧運(yùn)作，如列控系統(tǒng)地面和列車之間無(wú)線傳輸系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)通信需求。硬接口，也被稱物理接口，表示在的機(jī)械方面、電氣方面對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)間的直接連接，如設(shè)備與電纜之間的連接。系統(tǒng)