高速列車互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無線傳輸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引言鐵路是我國最主要也是最重要的交通手段。中國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)2.75萬伏。強(qiáng)大的電磁場對通信的無線電信號造成了干擾。其次，列車的高速運(yùn)行給無線傳輸信號帶來了多普勒頻移，而且列車車廂本身對無線傳輸信號就具有一定的屏蔽作用。這些諸多因素的影響，造成列車行駛中無線傳輸信號的雜音大，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)無線傳輸系統(tǒng)，為車廂內(nèi)的旅客在高速移動時(shí)提供寬帶無線接入服務(wù)，

3、成為目前急待解決的問題。本文針對鐵路點(diǎn)多、線長，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，通過設(shè)計(jì)的固定在火車站上的基地臺與高速列車上的移動臺之間的無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，簡化了信號的互通以及信號的傳輸、復(fù)用、交叉連接和交換過程;而且具有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級和塊狀的幀結(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。針對鐵路沿線點(diǎn)多線長的特點(diǎn)，為了保證通信的可靠性，鐵路通信信號的傳輸采用環(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信號的線路收、發(fā)、轉(zhuǎn)換及2M支路時(shí)鐘信號的定時(shí)提取，實(shí)現(xiàn)2M信號經(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)出的信號經(jīng)過處理后送往主控板(數(shù)字交叉板)以及將主控板(數(shù)字交叉板)送來的信號經(jīng)過處理后發(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?，我們選擇了擴(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，其碼元速率為的擴(kuò)頻碼長度倍。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無線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)