编组站推峰机车的无线通信系统信道性能研究

摘要

编组站是铁路系统重要的生产运营单位，负责对到达的货物列车进行解体和编组，所以也被称为“列车工厂”。编组站最主要的作业设备是调车驼峰。在编组站驼峰作业过程中，无线通信是保持各部门协调的重要组成部分，而车地之间无线数据传输、调度人员和司机间的移动通信是编组站作业过程的“神经中枢”。然而，随着近年来我国铁路货运的不断发展以及功能需求的不断深化，编组站目前采用的JWT、TY5型机车遥控电台，已经很难适应目前的大宗货物车列长时、安全、高效的解体需求。首先，老式电台存在可靠性比较差，以及不能用于传输复杂海量文件等缺点。其次，由于当前调车机车仍大量装备该型电台，导致新型数字移动通信基础理论研究动力不足，尤其是基于铁路站内车地无线通信仿真测试平台在我国仍未设计成熟。
　　根据以上情况，本文将编组站推峰机车无线通信需求与铁路目前常用的两种通信制式GSM-R(Global System for Mobile Communication-railway,基于铁路的全球数字移动通信系统)及WLAN(Wireless Local Area Network,无线局域网)相结合，提出并设计了编组站推峰机车的无线通信仿真系统。并从无线通信的信道入手，利用OPNET无线信道仿真平台，搭建了无线信道的传播模型并分析其物理层特性。通过分析信道特性、通信过程中的干扰因素以及仿真结果，表明这两种通信制式可以解决上述现有JWT、TY5系统存在的传输信息量小、信道保密性差、抗干扰能力弱的特点，而且还有利于提高编组站驼峰场推峰机车的实时控制速度，从而减少了调车人员伤亡和重大事故，并且提高了业务办理效率。
　　而在实际中，勘测人员设计之初获取的有关参数往往都是电平、功率信号或增益、衰耗等原始物理信号，这些信号量与衡量网络信道的服务质量如：传输延迟、误比特率、吞吐量等是不能直接对应的，这些因素导致通信设计过程减缓。因此，本文着重设计并建立基于铁路环境下的OPNET无线信道仿真平台可以部分解决上述问题，通过分析原始物理信号与网络信道QoS(Quality of Service,服务质量)之间的内在联系，然后将该模型应用于GSM-R和WLAN进行仿真测试，最后直接得到网络信道的QoS，该结果方便不同通信制式之间的互相比较。从而得到信道层面上的性能差异。因此，该仿真过程和数据结果对铁路通信前期的设计决策和施工方案具有一定的参考意义。

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1 绪论

1.1 论文选题的背景和意义

1.2 编组站调车机车无线通信的国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容

2 铁路无线通信系统物理层分析

2.1 无线通信系统物理层概述

2.2 影响无线信道数据传输的主要因素

2.3 无线信道传播模型

2.4 GSM-R系统

2.5 WLAN系统

2.6 衡量网络通信的技术指标

2.6 小结

3 编组站无线车地通信信道设计

3.1 网络仿真的必要性

3.2 系统仿真的本质

3.3 OPNET Modeler网络仿真

3.4 进程层设计

3.5 节点层设计

3.6 小结

4 网络仿真环境的设计

4.1 网络场景层的设计原则

4.2 编组站环境下的参数设定

4.3 网络仿真的驱动力

4.4 小结

5 仿真结果分析及优化

5.1 两种场景下的GSM-R与WLAN信道仿真结果

5.2 存在的问题及优化方案的提出

5.3 一种跟踪定向天线的设计及仿真结果

5.4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果