毫米波無線通信系統的技術基礎綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u21268毫米波無線通信系統的技術基礎綜述 1295411.1概述 129841.2無線通信系統 1201371.2.1調制技術 2153501.2.2多址技術 210391.2.3分集技術 389481.3毫米波無線通信系統 3110461.3.1毫米波 3175681.3.2系統組成 4327561.3.3系統功能 573891.4系統接口 5概述為了達到磁懸浮列車在調度過程中對通信的需求，通信技術應對調度作業的情況進行實時分析改進，因此需要獲取乘客信息、調度作業運行狀況，以滿足作業的合理性，對于信號系統和通信技術方面要多加注意REF_Ref9336\r\h[7]。如今提高無線通信的技術水平，才能保證越來越高的軌道運行傳輸性和穩定性需求，進而促使磁懸交通建設大力發展REF_Ref9369\r\h[8]。在高頻微波頻段分布的資源較多，如今無線通信正朝著利用毫米波發展。相比于過去電磁波通信，毫米波通信略顯獨特。微波和光波的波長處在毫米波相鄰兩側，其波長小于微波而大于光波，所以既有微波特點，又有光波的特點。在傳播時毫米波對灰塵等顆粒具有較強穿透能力，且傳播時受雜波干擾不大，因此通信非常穩定。無線通信系統無線通信即采用電磁波的輻射和傳播的特點，通過空間來傳遞數據的通信方法，其使用的頻率波段從極長波波段到亞毫米波段不等。無線通信系統需要保證安全信息傳輸，并提供車-地設備之間的傳輸提供雙向的數據連接REF_Ref9408\r\h[9]。車地交換的信息有運行系統數據、音話信息和服務信息。車-地無線通信系統必須保證相關安全數據所需達到的完整性和可靠性，以滿足磁浮列車在高速行駛時保持與地面設備安全的、可靠的通信，滿足車地之間綜合業務傳輸的需求。無線通信系統中分為分區通信系統、無線通信光纖網絡、無線通信基站、中央通信系統以及車載無線通信子系統。中央無線通信系統是通信系統的核心。它使用覆蓋于線路的無線網絡，主要對中央和列車之間進行監控，有關接口需要對乘客數據和診斷信息的傳輸和音話傳遞。中央無線通信系統需要對無線通信系統的診斷信息進行采集，并把錯誤信息傳遞到運行控制系統的中央在線診斷。分區無線通信系統放置的機房應存在兩個牽引變電所控制系統，每個分區無線通信系統可連接2個分區運行控制系統，并可在1個或以上的軌道組成的特殊線路區域內完成控制無線通信工作。控制單元與車載無線通信設備共同實現列車與地面數據互傳，并通過光纖網絡對無線通信基站采集相關信息，進而對連結的基站進行控制。光纖網絡是連接無線通信基站和分區無線通信控制單元的關鍵。無線通信基站通過梳狀連接的方法形成一個環狀架構，把2組無線通信基站內連接并把相應的光纖網絡連接到分區無線通信控制單元,以提高其用性。無線通信基站需要確保列車在線路上被無線電全程覆蓋，因此基站位置的要設在線路各點上，最低要保證兩站間可以互相進行無線聯絡。車載無線通信子系統包括整流罩、組合天線、車載無線電控制單元。為了控制無線通信系統的移動端，車載無線通信控制單元需要提供移動客戶的相應接口。調制技術調制技術把傳送信號對應的特性在特性相匹配的信道上傳輸，調制技術分為ASK、FSK和PSK三種，總的來說，PSK較強的性能使其在中高速數據傳輸中廣泛使用。如今應用比較廣泛的的數字調制技術有以下幾種：相移鍵控

(PSK)這是對信號的相位進行調制的技術，它把數字基帶信號的兩個電平使載波相位切換在兩個不同的數值之間。正交幅度調制法

(QAM)QAM通過對載波的上下兩邊帶用兩個信號對其抑制調幅，從而使它的頻譜帶寬呈正交特性，實現兩路信號并行傳送。高斯最小頻移鍵控即用高斯濾波器使其頻譜信號變得更窄。運用GMSK調制技術能夠達到GSM系統中對于相鄰信道干擾的相關要求。正交頻分復用調制正交頻分復用調制將信道分成很多子信道，這樣降低了子信道對于帶寬要求和數據流要求，從而對干擾影響進行消除。這種多載波的調制方法也提高了信道均衡。多址技術為了增大系統的容量，將資源在同一時間點上均分給所有用戶。主要分為以下技術。FDMA將載波帶寬劃分與用戶數量一樣多的子信道并對應給用戶，在同一時間點上進行多用戶同時使用信道，對于產生的干擾時可用濾波器濾除。TDMA將載波的時間片段劃分并匹配對應不同的用戶。達成時鐘同步后，為保證信號在傳輸過程中不發生混淆干擾的風險，基站將不同的時隙對應相應移動終端。各移動終端在自己的時隙內接收數據，以此區分信號并收取。CDMA與前面兩種技術不同，該技術使得同一時間、頻段全部用戶一起使用，擁有抗干擾性強、抗衰落性好的特點，可以進行多個用戶發送接收。這種方法增加了對資源的利用，是目前移動通信傳輸的最適合技術。分集技術分集技術通常通過兩個或更多的接受天線來實現對衰落信道損耗的補償。它和均衡器相似在不增大傳輸功率和增加帶寬的前提下，提高無線通信信道的傳輸質量。分集通常是指多個信道在其時間上、頻率上或者空間上傳輸時，傳輸對應到擁有特點一樣的信道上，但傳輸特性彼此并不統一，所以信號傳輸過程中的衰落也相差較大。如果不使用分集技術，因為噪音受到限制，發射機如果不能發送很大功率，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發射功率進行降低，這就顯得其十分重要。微分集和宏分集是常用的兩種方式。宏分集是應用于蜂窩系統的分集技術，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置基站，并對區域內的一個移動臺保持通信。因此在信號傳播時，沒有陰影效應或慢衰落影響的話，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，微分集通常在不同無線通信系統中使用地較為頻繁。毫米波無線通信系統毫米波通常毫米波情況下是指波長介于1mm至10mm之間，頻率在30GHz至300GHz之間的電磁波。毫米波通信技術就指以其作為載體來承載信息并在空間中通過輻射進行傳播。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，尤其是降雨時毫米波傳輸的衰減度很大，對傳輸效果不是非常理想，但其傳播過程中所受干擾少，穩定可靠的優點讓它是目前較好的具有高可靠性的無線信道傳輸的通信。以毫米波的特點有：帶寬寬波長介于1mm至10mm之間，頻率在30GHz至300GHz之間，這個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小目標。探測能力強因為在高頻段有極大的頻率可供利用用，因此在傳播過程中遇到的效應干擾能有效減弱。同時較高程度的多譜勒頻移獲取能夠更好地探測和識別低速運動或振動的物體。安全保密好傳播過程中空氣中微粒的吸收大，點到點的直通距離很小，一旦超過直通距離使得其衰弱起來，這個特點使得敵對方對信號在傳播過程中竊聽和干擾變得很難。窄波束小副瓣降低了信號被截取的成功率。傳輸穩定頻段高使能對其傳播時的干擾少，因此其信道相比較于其他電磁波的更穩固，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微粒離子的穿透能力，他比現用的電磁波更強大從而能保證長時間持續可靠工作，在遇到各種天氣狀況時也能保證穩定通信。器件微型化毫米波的波長小，而通常使用波長越短的微波元器件，所需要的設備尺寸越小，因此毫米波系統的小型化將為磁浮交通帶來便利。系統組成通常毫米波系統設備組成詳細如圖2-1所示。通信設備通信設備發射機接收機天線基帶設備網絡應用終端應用終端通信設備發射機接收機天線基帶設備網絡應用終端應用終端無線線路圖2-1典型毫米波通信系統首先，基帶設備先將基帶信號傳輸到發射機，發射機然后對該信號進行一定的轉換，只有符合傳輸射頻信號的要求后，電磁波再經過天線傳播出去。傳播出來的信號之后通過接收機的天線來吸收，并再次轉換并送到系統設備。這個傳輸過程是雙向傳輸，信號發送與接收共用同一根天線。系統功能接收設備是系統中的核心部分之一，它能夠接收對方通信或接受經過中繼轉發的射頻信號，能將其處理后再發送到基帶設備。接受設備應先對信號進行一定程度的放大并對其進行選擇，在傳播后亳米波信號受到損耗變得十分微弱，此時需要將亳米波信號做一個放大處理，但要對放大后的信號中進行篩選，去除不符合要求的信號。放大器應根據相關要求具有低噪聲性。接收設備還應進行頻率變化和信號分路，以對信號進一步處理，信號分路則在FDMA信號時進行操作。發射設備發射設備需要對基帶信號進行一個處理，以此將信號變為滿足天線發射的射頻信號的要求，發射設備在規定的毫米波發射頻率上，必須產生足夠大的射頻信號功率以達到一定程度的信噪比，同時需要對輸出功率有所掌控，以穩定功率電平。基帶設備基帶設備需要與各種外圍設備進行連接，這樣才能傳輸各種不同的信息。接入設備中包括連接各系統設備所使用的接口，像網絡接口、串行接口等。基帶設備還需對信源和信道進行編碼，以此提高信息傳輸的有效性和可靠性。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，同時能夠發射和接受固定的極化波。系統接口高速交通的系統設備接口為：“接口代表了兩種關系，第1種關系是不同子系統之間相互子系統與外部環境之間的搭接關系，這些外部環境包括了一系列在系統的集成過程中的工作界面，例如系統設計，裝備制造施工及運行維護。另一種關系是使系統達成既定性能指標的相互配合關系，這種配合關系的對象是不同子系統之間的設備設施配合，配合內容為這些子系統相互之間的參數結構和功能”REF_Ref9598\r\h[10]。軌道交通涉及軌道、接觸網、供變電、通信、信號、電磁兼容、振動噪聲等方面，接口是指這些相互關聯的方面之間在時間以及空間上的技術要求和匹配條件相符合對應REF_Ref9630\r\h[11]。軟接口和硬接口是系統接口的兩大類型。軟接口通常指系統、設備的設計要求、技術、參數等方面，表示設備間或系統間為實現匹配，而在功能、通信規約等方面上的調諧運作，如列控系統地面和列車之間無線傳輸系統安全數據通信需求。硬接口，也被稱物理接口，表示在的機械方面、電氣方面對設備和系統間的直接連接，如設備與電纜之間的連接。系統