摘要介紹了正交頻分復(fù)用(OFDM) 的基本原理， 并結(jié)合城市軌道交通A TC 系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了利用基于OFDM 的電力線載波通信技術(shù)在接觸網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)乃悸贰?/p>

關(guān)鍵詞列車自動(dòng)控制，電力線載波通信系統(tǒng)，正交頻分復(fù)用

在城市軌道交通列車自動(dòng)控制(A TC) 系統(tǒng)中， 通常利用軌道電路傳輸信息。由于鋼軌不是理想的信息傳輸通道，信息容量、傳輸速率受到了限制。本文提出了利用正交頻分復(fù)用(OFDM) 的電力線載波通信技術(shù)在接觸網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)乃悸贰?1 OFDM 的基本原理 OFDM 是一種多載波調(diào)制技術(shù)(MCM) ，可以在強(qiáng)干擾環(huán)境下高速傳輸數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的數(shù)字通信系統(tǒng)將符號(hào)序列調(diào)制在一個(gè)載波上進(jìn)行串行傳輸， 每個(gè)符號(hào)的頻譜占用信道的全部可用帶寬。OFDM 則并行傳輸數(shù)據(jù)，采用頻率上等間隔的N 個(gè)子載波構(gòu)成，它們分別調(diào)制一路獨(dú)立的數(shù)據(jù)信息，調(diào)制之后N 個(gè)子載波的信號(hào)相加同時(shí)發(fā)送。因此每個(gè)符號(hào)的頻譜只占用信道全部帶寬的一部分。在OFDM 中，通過選擇載波間隔，使這些子載波在整個(gè)符號(hào)周期上保持頻譜的正交特性，各子載波上的信號(hào)在頻譜上互相重疊;接收端利用載波之間的正交特性，可以無失真地將接收到的信號(hào)還原成發(fā)送信息，從而提高系統(tǒng)的頻譜利用率。 圖1 表示了OFDM 的基本原理[2 ] 。假設(shè)一個(gè)周期內(nèi)傳送的符號(hào)序列為(d0 ， d1 ， ?， dN-1)，每一個(gè)符號(hào)di 是經(jīng)過基帶調(diào)制后的復(fù)信號(hào)， di = ai+j bi ， 串行符號(hào)序列的間隔為Δt= 1/ fs，其中fs 是系統(tǒng)的符號(hào)傳輸速率。串并轉(zhuǎn)換之后，它們分別調(diào)制N 個(gè)子載波(f0 ， f1 ， ?fN-1)，這N 個(gè)子載波頻分復(fù)用整個(gè)信道帶寬，相鄰子載波之間的頻率間隔為1/ T ， 符號(hào)周期T從Δt增加到NΔt。合成的傳輸信～ 號(hào)可以用其低通復(fù)包絡(luò)D (t) 表示。

圖1 正交頻分復(fù)用OFDM 的基本原理 因此，OFDM 系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)過程等效于離散付氏逆變換(IDF T) 和離散付氏變換(DF T) 處理，實(shí)際上系統(tǒng)通常采用DSP 技術(shù)和FFT 快速算法來實(shí)現(xiàn)。 由于OFDM 系統(tǒng)的符號(hào)周期延長了N 倍，增強(qiáng)了其消除碼間串?dāng)_的能力。在數(shù)字基帶調(diào)制部分，可以根據(jù)子信道特性采用不同的調(diào)制方式(如BPSK，QPSK ，QAM ， TCM 等) 。如果某個(gè)頻段信號(hào)衰減嚴(yán)重，發(fā)送端還可以關(guān)閉該頻段的子載波， 實(shí)現(xiàn)信道自適應(yīng)均衡。通過采用信道編碼技術(shù)， OFDM 還可以進(jìn)行前向糾錯(cuò)(FCC) 。 由于DSP 和大規(guī)模集成電路技術(shù)的推動(dòng)， OFDM 調(diào)制技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在數(shù)字音頻廣播(DAB) 和數(shù)字視頻廣播(DVB -T) 領(lǐng)域中被歐洲地面廣播標(biāo)準(zhǔn)采納。采用OFDM 技術(shù)在電力線上高速傳輸數(shù)據(jù)也有產(chǎn)品問世，如HomePlug 組織成員中的Intellon 公司產(chǎn)品PowerPacket ， 傳輸速率可以達(dá)到14 Mbit/s ， 頻帶4. 3～20. 9 MHz ，84 個(gè)子載波，支持DQPSK ，DBPSK ，ROBO 調(diào)制。 2 在A TC 系統(tǒng)中采用OFDM 技術(shù) 城市軌道交通對(duì)列車速度控制提出很高的要求，要達(dá)到安全性、可靠性、適用性和經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)，還要考慮到迅速、準(zhǔn)確和價(jià)格合理等因素。這需要列車、沿線、車站、控制中心的人員和設(shè)備之間的組織協(xié)調(diào)。 A TC 系統(tǒng)主要由3 個(gè)子系統(tǒng)組成:列車自動(dòng)保護(hù)(A TP) 系統(tǒng)、列車自動(dòng)運(yùn)行(A TO) 系統(tǒng)、列車自動(dòng)監(jiān)控(A TS) 系統(tǒng)。與安全相關(guān)的A TP 是A TC 系統(tǒng)中的關(guān)鍵子系統(tǒng)。不同信號(hào)制式的A TP 子系統(tǒng)在性能、成本上有很大差異。如上海建成的軌道交通1 、2 、3 號(hào)線采用的軌道電路制式均不相同，選用的頻率也不一致，使得不同線路列車不能跨線運(yùn)行。此外，由于鋼軌不是理想的信息傳輸通道，使信息容量、傳輸速率也受到了限制。 采用OFDM 調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力線載波高速數(shù)據(jù)傳輸，為城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)(見圖2) 提出了一種新思路。與其它電力通信方式不同的是，它利用給列車供電的接觸網(wǎng)(直流1 500 V/ 750 V) 進(jìn)行通信。 牽引供電回路由牽引變電所、饋電線、接觸網(wǎng)、電力機(jī)車、鋼軌與大地、回流線等構(gòu)成。牽引變電所兩側(cè)的接觸網(wǎng)電壓相位不同相，分相絕緣。相鄰牽引變電所間的接觸網(wǎng)電壓一般為同相的，其間除用分相絕緣器隔離外，還設(shè)置了分區(qū)亭。通過分區(qū)亭斷路器(或負(fù)荷開關(guān)) 的操作，實(shí)行雙邊(或單邊) 供電。接觸網(wǎng)一般在線路中心上方，利用接觸網(wǎng)上傳輸?shù)男畔⒖梢詸z測列車占用線路狀況。

圖2 采用電力線載波設(shè)備的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)框圖

圖3 城市軌道交通的電力線載波通信系統(tǒng)框圖

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