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1、城市轨道交通通信与专用设备维护,name: 李永芳 Mobile：13852296299,授课人：李永芳,Page 19-2,教学提要,课程目标： 在掌握移动通信系统的知识基础上，掌握城市轨道交通通信系统的组成、组网结构、系统设备及一般故障处理。 为从事城市轨道交通通信系统设备和终端维护、网络管理与优化等工作打好理论基础。 课程特点：课堂教学与实际工作案例相结合 校内教师与南京地铁工程师共同教学,授课人：李永芳,Page 19-3,主要内容及学时分配表,授课人：李永芳,Page 19-4,任课教师内容分配,授课人：李永芳,Page 19-5,教学要求,学习目标： 通过本课程的学习，掌握城轨交通
2、通信各子系统的 组成、组网结构、设备功能及常见故障处理方法。 学习策略： 勤思考，多动笔，多翻阅参考书 参考书目： 城市轨道交通通信 李伟章等编著 中国铁道出版社 数字集群移动通信系统(第3版） 郑祖辉等 电子工业出版社 数字集群移动通信系统原理与应用徐小涛 人民邮电出版社 城市轨道交通通信与信号 贾毓杰 机械工业出版社,授课人：李永芳,Page 19-6,本次课主要内容：,无线通信的干扰,无线通信概述,无线电波的基本概念,城市轨道交通通信概述,衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-7,一、城市轨道交通通信概述,作用 为了确保城市轨道交通系统列车运行的安全、 可靠、准点、高密度和
3、高效率，实现运输的集中统 一指挥，行车调度自动化和列车运行自动化，城市 轨道交通系统必须配备专用的、完整的、独立的通 信系统，供各职能部门之间的有机联系和行车的调 度指挥。,授课人：李永芳,Page 19-8,一、城市轨道交通通信概述,系统组成：八大系统,广播 系统,传输系统,无线通信系统,公务电话系统,时钟 系统,专用电话系统,电视监控系统,电源 系统,负责为各种应用业务提供通道,保证通信系统正常工作,是调度员和车站(车场)值班员指挥列车运行和指导设备操作的通信工具,为系统提供统一的时间标准,（CCTV）监视站厅、站台情况,对工作人员和乘客进行运营广播,与市电连接,为行车调度员、司机、车站值
4、班员之间提供移动通信,授课人：李永芳,Page 19-9,城轨无线通信系统,无线通信系统为控制中心调度员、车辆段调度员、车站 值班员等固定用户与列车司机、公安、环控、维修等用户提 供移动通信手段。 无线通信将主要采用数字集群调度系统,信道集中控制 方式。集群式调度系统由无线交换机、基站、中继器、漏泄 同轴电缆、车载台、便携台和有线传输通道组成。 无线调度系统分为行车调度、环控调度、公安调度和 维修调度等通话组。组间不能交叉呼叫，各组享有不同的优 先权, 不同的无线用户也拥有不同的优先权。,一、城市轨道交通通信概述,授课人：李永芳,Page 19-10,二、无线电波的基本概念,无线电波是一种能量
5、传输形式，在传播过程中， 电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都 垂直于传播方向。,授课人：李永芳,Page 19-11,二、无线电波的基本概念,无线电波的传播方向,授课人：李永芳,Page 19-12,二、无线电波的基本概念,无线电波传播方式,授课人：李永芳,Page 19-13,二、无线电波的基本概念,无线电波传播方式,授课人：李永芳,Page 19-14,二、无线电波的基本概念,无线电波的波长、速度与频率的关系,该关系可用式/表示， 其中： 为速度，单位为m/s； 为频率，单位为Hz； 为波长，单位为m。 由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，
6、因此波长也不一样。,因此，无线电波在空气中的传播速度略小于光速，通常我们就认为它等于光速，即C=3108m/s,授课人：李永芳,Page 19-15,二、无线电波的基本概念,无线电波传播的几个基本概念 1.多径效应 移动通信中无线电波在传播过程中会遇到各种各样的建筑物、树木、植被以及起伏的地形，会引起电波的反射、散射和绕射等。,授课人：李永芳,Page 19-16,二、无线电波的基本概念,2.阴影效应 有大型建筑物和其他物体的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区的现象。,授课人：李永芳,Page 19-17,二、无线电波的基本概念,3.远近效应 由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站间的距离也是
7、随机地变化。若各移动用户发射功率一样，那么到达基站的信号强弱会有不同，离基站近信号强，离基站远信号弱。 通信系统的非线性则进一步加重了这种情况，出现强者更强、弱者更弱和以强压弱的现象，通常称这类现象为远近效应。,授课人：李永芳,Page 19-18,二、无线电波的基本概念,4.多普勒效应 由于接收的移动用户高速运动而引起传播速率的扩散而引起的，其扩散程度与用户运动的速度成正比。,授课人：李永芳,Page 19-19,二、无线电波的基本概念,电磁波频段与波段(C=L*F),授课人：李永芳,Page 19-20,三、无线通信系统概述,概念：无线通信是利用无线电波在空间传递信息的 一种通信方式。电磁
8、波是它的载体. 分类:,无线通信,固定通信,移动通信,专用移动通信,公用移动通信,地铁无线通信,铁路无线通信,授课人：李永芳,Page 19-21,三、无线通信系统概述,组成：发射机、接收机和天线等设备组成。,天线,授课人：李永芳,Page 19-22,射频传输距离受以下因素的影响：,天线高度,障碍物,发射功率,接收器灵敏度,三、无线通信系统概述,授课人：李永芳,Page 19-23,四、无线通信的干扰,无线通信的干扰分类,邻道干扰； 同频干扰； 远近效应； 互调干扰； 码间干扰； 多址干扰； 多径干扰；,授课人：李永芳,Page 19-24,干扰同频干扰,定义： 指所有落到接收机通带内的与有
9、用信号频率 相同的无用信号的干扰。也叫同信道干扰。,产生原因：,（1）采用频率复用技术时，不满足最小同频复用距离。,（2）不同通信系统间信道频率分配不当引起。,（3）系统设备工作在非线性区产生互调所造成的。,克服方法：,（1）频率复用时，保证满足最小同频复用距离。 （2）频率规划时，对可能受到的同频干扰进行充分 的分析和计算。,四、无线通信的干扰,授课人：李永芳,Page 19-25,干扰互调干扰,定义： 多个不同频率的信号加到非线性器件后，由于非线性变换将产生许多组合频率信号，其中落到接收机通带内对有用信号造成干扰的部分频率信号称为互调干扰。,产生原因：,电路的非线性是造成互调干扰的根本原因
10、。,（1）发射机互调 发射机末端的功率放大器存在非线性特性,（2）接收机互调 接收机中高频放大器或混频器的非线性,四、无线通信的干扰,授课人：李永芳,Page 19-26,干扰邻道干扰,定义： 邻道干扰是一种来自相邻或相近频道的干扰。,是不可以避免，只可以减小的。,引入因素： 1.发信机边带扩展（发信频谱太宽，漏到邻道） 2.发信机边带噪声（宽带噪声延伸到很远） 3.发信机的杂散辐射（本振的谐波、互调等落到邻道） 4.来自蜂窝内的邻道干扰（频距较小所引发的）,四、无线通信的干扰,提高邻道选择性 -提高对相邻频道干扰的抑制能力 提高阻带衰减 -提高对相近频道干扰的抑制能力 合理信道分配 -同一频
11、道组频道之间设置相隔波道数,解决邻道干扰的措施：,授课人：李永芳,Page 19-27,五、衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-28,授课人：段俊毅,通信中衰落分类：慢衰落和快衰落 慢衰落阴影衰落 快衰落多径衰落,五、衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-29,授课人：段俊毅,阴影衰落：移动通信中，由障碍物阻挡造成的阴影效应，接受信号强度下降，使该场强中值随地理改变缓慢变化，又称慢衰落 。 阴影衰落产生的原因： （1）路径损耗，这是慢衰落的主要原因。 （2）障碍物阻挡电磁波产生的阴影区，因此慢衰落也被称为阴影衰落。 （3）天气变化、障碍物和移动台的相对速度、电磁波
12、的工作频率等有关。,五、衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-30,授课人：段俊毅,多径效应：在通信系统中，由于通信地面站天线波束较宽，受地物、地貌和海况等诸多因素的影响，使接收机收到经折射、反射和直射等几条路径到达的电磁波，这种现象就是多径效应。,五、衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-31,授课人：段俊毅,抗衰落技术产生的前提：无线通信条件相当恶劣，有诸多因素影响，会造成功率的大量损耗，又有由于地形起伏和障碍物的遮拦所引起的阴影衰落，还有各种反射物和散射体产生的直射波、反射波和散射波所引起的相互干涉和串扰以及移动台运动和传播媒质随时间变化频移和频展等产生的多径
13、衰落。 抗衰落目的：改善传输的可靠性。,五、衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-32,多径衰落：不同路径到达的电磁波射线相位不一致且具有时变性，导致接收信号呈衰落状态；这些电磁波射线到达的时延不同，又导致码间干扰。 若多射线强度较大，且时延差不能忽略，则会产生误码，这种误码靠增加发射功率是不能消除的，而由此多径效应产生的衰落叫多径衰落，它也是产生码间干扰的根源。对于数字通信、雷达最佳检测等都会产生十分严重的影响。,授课人：段俊毅,Page 19-32,五、衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-33,什么是分集接收 分集接收技术是一项主要的抗衰落技术，它可以大 大提
14、高多径衰落信道下的传输可靠性，其本质就是 采用两种或两种以上的不同方法接收同一信号以克 服衰落，其作用是在不增加发射机功率或信道带宽 的情况下充分利用传输中的多径信号能量，以提高 系统的接收性能。,Mobile Communication Theory,分集接收是抗衰落的有效措施之一,五、衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-34,分集技术的分类,从信号传输的方式来看，分集技术分为显分集和隐分集 两大类。其中 显分集指利用多副天线接收信号的分集，构成明显的分集信 号的传输方式 ； 隐分集只需一副天线来接收信号的分集，分集隐含在传输信 号之中，在接收端利用信号处理技术来实现分集接收
15、 。,五、衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-35,几种常用的显分集技术,在显分集技术中又分为宏分集与微分集两种形式。 宏分集（也称为“多基站”分集）以减少由于阴影效应 而引起的大范围慢衰落为目的，它的作法是把多个基站设置 在不同的地理位置和不同方向上，同时和小区内的一个移动 台进行通信（可以选用其中信号最好的一个基站进行通信） 。,五、衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-36,微分集是以抗快衰落为目的，同一天线场地使用两个或 多个天线的分集方式。理论和实践都表明，在空间、频率、 极化、场分量、角度及时间等方面分离的无线信号，都呈现 互相独立的衰落特性，因此可采
16、用空间分集、时间分集、频 率分集、极化分集、角度分集和多径分集等多种分集技术。,五、衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-37,五、衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-38,宏 观 分 集,Mobile Communication Theory,五、衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-39,是一种减小快衰落影响的分集技术， 在各种无线通信系统中都经常使用。 理论和实践都表明，在空间、频率、极化、场分量、角度及时间等方面分离的无线信号，都呈现互相独立的衰落特性。 据此， 微分集又可分为下列六种方式：,微观分集,五、衰落与分集接收技术,授课人：李永芳,Page 19-40,空间分集。 空间分集的依据在于快衰落的空间独立性，即在任意两个不同的位置上接收同一个信号，只要两个位置的距离大到一定程度（或移动的时间足够长大，大于信道的相干时间） ，则两处所收信号的衰落是不相关的。 空间分集的接收机至少需要两副相隔距离为h的天线,五、衰
