文档介绍：ATC 系统中采用电力线载波通信技术的研究
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摘要介绍了正交频分复用(OFDM) 的基本原理, 并结合城市轨道交通A TC 系统的特点,提出了利用基于OFDM 的电力线载波通信技术在接触网上实现信息传输的思路。
关键词列车自动控制,电力线载波通信系统,正交频分复用
在城市轨道交通列车自动控制(A TC) 系统中, 通常利用轨道电路传输信息。由于钢轨不是理想的信息传输通道,信息容量、传输速率受到了限制。本文提出了利用正交频分复用(OFDM) 的电力线载波通信技术在接触网上实现信息传输的思路。
1 OFDM 的基本原理
OFDM 是一种多载波调制技术(MCM) ,可以在强干扰环境下高速传输数据。传统的数字通信系统将符号序列调制在一个载波上进行串行传输, 每个符号的频谱占用信道的全部可用带宽。OFDM 则并行传输数据,采用频率上等间隔的N 个子载波构成,它们分别调制一路独立的数据信息,调制之后N 个子载波的信号相加同时发送。因此每个符号的频谱只占用信道全部带宽的一部分。在OFDM 中,通过选择载波间隔,使这些子载波在整个符号周期上保持频谱的正交特性,各子载波上的信号在频谱上互相重叠;接收端利用载波之间的正交特性,可以无失真地将接收到的信号还原成发送信息,从而提高系统的频谱利用率。
图1 表示了OFDM 的基本原理[2 ] 。假设一个周期内传送的符号序列为(d0 , d1 , ?, dN-1),每一个符号di 是经过基带调制后的复信号, di = ai+j bi , 串行符号序列的间隔为Δt= 1/ fs,其中fs 是系统的符号传输速率。串并转换之后,它们分别调制N 个子载波(f0 , f1 , ?fN-1),这N 个子载波频分复用整个信道带宽,相邻子载波之间的频率间隔为1/ T , 符号周期T从Δt增加到NΔt。合成的传输信~ 号可以用其低通复包络D (t) 表示。
图1 正交频分复用OFDM 的基本原理
因此,OFDM 系统的调制和解调过程等效于离散付氏逆变换(IDF T) 和离散付氏变换(DF T) 处理,实际上系统通常采用DSP 技术和FFT 快速算法来实现。
由于OFDM 系统的符号周期延长了N 倍,增强了其消除码间串扰的能力。在数字基带调制部分,可以根据子信道特性采用不同的调制方式(如BPSK,QPSK ,QAM , TCM 等) 。如果某个频段信号衰减严重,发送端还可以关闭该频段的子载波, 实现信道自适应均衡。通过采用信道编码技术, OFDM 还可以进行前向纠错(FCC) 。
由于DSP 和大规模集成电路技术的推动, OFDM 调制技术已经得到广泛应用,在数字音频广播(DAB) 和数字视频广播(DVB -T) 领域中被欧洲地面广播标准采纳。采用OFDM 技术在电力线上高速传输数据也有产品问世,如HomePlug 组织成员中的Intellon 公司产品PowerPacket , 传输速率可以达到14 Mbit/s , 频带4. 3~20. 9 MHz ,84 个子载波,支持DQPSK ,DBPSK ,ROBO 调制。
2 在A TC 系统中采用OFDM 技术
城市轨道交通对列车速度控制提出很高的要