基于ieee 802.11g标准cbtc车地通信系统设计

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1、第31卷，第5期中国铁道科学Vo1．3lNo．52010年9月CHINARAIIWAYSCIENCESeptember，2010文章编号：1001—4632(2010)050119—06基于IEEE802．1lg标准的CBTC车地通信系统设计朱力，宁滨(北京交通大学，轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京100044)摘要：根据城市轨道交通的实际环境，设计基于IEEE802．1lg标准的冗余CBTC车地通信系统结构。根据IEEE802．1lg标准关于不同传输速率的接收机灵敏度的规定，采用ISM2．4

2、GHz频段接近地面信号的传播模型，计算列车接收信号电平低于灵敏度的概率，由此确定接人点的布置间距为200m。根据IEEE802．1lg标准的链路层协议参数计算链路层的延迟时间，分析计算结果可知，延迟时间受传输速率和数据包长度的影响不大，但随着重传次数的增加而迅速增加。在重传1O次、延迟时间40ms、数据处理时问50ms时，设计通信周期为200ms。采用仿真软件OPNET对周期偏移量进行仿真可知，当通信周期为200ms时，只要将周期偏移量控制在65～100ms范围内，就能使车地双方在每个周期收到实时数

3、据，保证行车的安全和效率。关键词：基于通信的列车控制；车地通信系统；IEEE802．1lg标准；接入点间距；延迟时间；通信周期中图分类号：U285．2l文献标识码：A车地通信是基于通信的列车控制(Communi-的无线通信会因为信道的衰落、同频的干扰、或者cations—BasedTrainControl，CBTC)系统的关键设备的故障而中断，从而影响行车的安全与效率。技术之一，目前干线铁路主要采用GsM_R完成车为了提高通信系统的可靠性，设计冗余的CBTC地通信，而基于IEEE802．11系列标准

4、的无线局车地通信系统，如图1所示。同一地点的2个AP域网(WirelessLocalAreaNetwork，WLAN)则安装不同朝向的定向天线(如图中的AP11和成为城市轨道交通CBTC系统车地通信技术的发AP21)，分别与前后两列车头部和尾部的无线设备展方向之一。目前，已有国内外学者对基于IEEE关联，2个AP转发完全相同的通信报文，地面控802．11系列标准的室外无线局域网的设计和性能制中心或者列车上的控制设备只要收到任何1个进行了研究l】。]，但是这些研究还仅局限于无线局AP转发的报文，就能完

5、成相应的执行功能。域网本身，还没有运用于CBTC的无线局域网设计方法和性能研究。本文根据城市轨道交通的特殊环境，设计基于IEEE802．1lg标准的运用于CBTC系统的车地通信系统结构；结合IEEE802．11g标准的工业科学医疗(Industrial，ScientificandMedical，ISM)2．4G频段信号传播模型，给出车地通信系统中的图1CBTC车地通信系统结构接人点(AccessPoint，AP)布置间距；结合IEEE802．11g链路层性能与实际车地通信流程，2AP布置间距设置设计

6、车地通信系统的通信周期。沿铁路线布置的AP必须满足“线覆盖密度”1CBTC车地通信系统结构设计接近100的要求，以确保列控信息在任何地点、任何时间的双向可靠传输引。因此，根据CBTC系统是安全苛求系统，但是，车地之间IEEE802．11g标准的物理层参数，结合ISM2．4G收稿日期：2009—06—15；修订日期：2009—11一】5基金项目：“卜_一五”国家科技支撑计划重点项目(wB3O7OO1)作者简介：朱力(1984)，男，浙江长兴人，博士研究生。l2O中国铁道科学第31卷频段的信号传播模型，

7、进行AP间距的设计。的信号传播模型，即IEEE802．11g标准规定，对于1个长度为Pl一7．6+401gd一201g(hh)(1)1024Bytes的链路层协议数据单元(MACProto—式中：Pb是传输损耗，dB；d是车上接人设备与colDataUnit，MPDU)，接收机在不同传输速率下地面AP的距离，m。需要的最小接收功率见表1，在该接收功率下，结合通信系统的阴影衰落计算最终的接收信号MPDU的误帧率(FrameErrorRatio，FER)不能电平，即大于109／6[。P一P一P一Pl。+

8、+Gl+G(2)表1不同传输速率下的接收机灵敏度式中：Pr是接收功率，dBm；P是发射功率，传输速率／(Mbit·s一1)最小接收功率／dBmdBm；P是线缆损耗，dB；是标准差为、均值82为0的高斯随机变量，取；G，G分别是发射和接8179收天线增益，dB。77国家无线电监测中心规定ISM2．4GHZ频段70在采用增益大于1OdB的天线时，有效全向辐射功65率EIRP不得高于27dBmE引。因此，取P===17dBm，G一10dB，Gr一10dB，发送端和接收端的文