第二章无线通信链路分析
2.1系统工程中的系统链路预算
通信链路（link）属于系统的哪一部分？链路不仅指发射机与接收机之间的信道或者区域，还包括整个通信路径：从信源开始，通过所有的编码和调制过程，经由发射机和信道，直到包含所有信号处理功能的接收机，最后结束于信宿。
下面介绍链路分析的定义，并解释链路分析在通信系统设计中的作用。链路分析及其结果即是链路预算（link budget ),包括对接收端获得的有用信号功率、干扰噪声功率的计算和表格化。链路预算权衡了增益和损耗，概括了发送接收资源、噪声源和信号衰减的详细分配比例，及其对整个链路过程的影响。一些预算参数是统计性的（比如信号衰落容许值）。链路预算是一种评价通信系统差错性能的评估（estimation）技术。差错概率与Eb/No的关系曲线具有“像瀑布一样”的形状。对于高斯噪声信道的各种调
制方式而言，其Eb/No与差错概率相关联。一旦选定调制方式，给定的差错概率对应着曲线图上的某一点。换言之，要求的差错性能规定了满足性能要求的接收机所要达到的Eb/No值。链路分析的主要目的是确定图3.6的实际（actual）系统工作点，并验证该点的差错概率小于或者等于系统的要求。在通信系统设计时使用的许多说明、分析和制表中，链路预算是一个重要的基本工具，它为系统工程师提供对系统的整体了解。
通过链路预算，人们可以知道整个系统的设计和性能。例如，链路余量说明系统能充裕地满足需求，还是刚好或根本不能满足需求。链路分析可以反映系统是否存在硬件限制，以及是否能在链路的其他部分弥补该限制。链路预算经常作为分析系统权衡、配置变化以及系统细微变化和相关性的参考依据，并且，若将其与其他建模技术结合将有助于预测设备的重量和大小、主要功率要求、技术风险以及系统成本。链路预算对系统工程师来说至关重要，它代表了系统性能优化的“底线”。
2.2信道
信道（channel）是连接发射机和接收机的传播媒介或电磁波通道。通信信道一般包括导线、同轴电缆、光纤线缆，若是射频（RF）链路，则包括波导、大气层或真空。对大多数地面通信链路来说，信道空间由大气层构成，部分与地球表面相连。而对于卫星链路而言，信道则主要由真空构成。尽管在100 km的高度上仍存在一定的大气影响，但是通常大气层容积定义在高度为20 km的范围内。因此，在同步高度（35 800 km）路径中只有很少一部分（0.05%）才是大气层。这样的链路是卫星通信链路，地面无
线链路是衰落信道链路。
2.2.1自由空间的概念
自由空间（free space）是指在射频传播中没有任何吸收、反射、辐射或衍射等干扰的信道。如果信道中有大气存在，也是完全均匀的并且能满足上述所有要求。同时，还假定地面是无穷远的，或者地面的反射系数可以忽略不计，并且到达接收机的RF能量只与到发射机的距离有关（符合光学中平方倒数定律）。自由空间信道是理想的RF传播路径。但是实际上，在大气层和近地点的传播会有吸收、反射、衍射和散射等干扰，这些都会影响信号在自由空间的传输。大气吸收将在后面几节中介绍。反射、衍射和散射对地面通信性能产生的重要影响将在后面介绍。
2.2.2差错性能的降低
差错性能降低的两个主要原因。首先是信噪比的损失，其次是码间串扰（ISI）导致的信号失真。均衡技术就是为了补偿由于ISI引起的性能降低。本节重点关注信号功率、噪声功率的增益和损耗。ISI不属于链路预算的范围，这是因为信号功率的增加并不总能减少ISI引起的性能降低。
在数字通信中，差错性能依赖于接收端的Eb/No，它的定义见式，即
换言之，Eb/No是归一化的信噪比（SIN或SNR）。若没有其他说明，SNR指平均信号功率与平均噪声功率之比。信号可以是信息信号、基带波形或经调制的载波。SNR降低的原因有两种：（1)降低有用信号的功率；（2)增大噪声功率或者干扰信号功率。这两种原因分别称为损耗（loss）和噪声（noise，
或干扰interference）。信号的一部分在传播过程中被吸收、转向、分散或反射时就产生了损耗，结果使得部分发射能量不能到达接收端。电磁噪声和干扰的来源很多，比如热噪声、银河系噪声、大气噪声、瞬时切换、互调制噪声以及其他信号源的干扰信号等。使用损耗和噪声这两个术语容易混淆信噪比降低的机理，但它们对SNR的影响其实是相同的。
2.2.3信号损耗和噪声的来源
图是卫星通信链路的方框图，该图强调了信号损耗和噪声的来源。为了区别信号损耗和噪声源，前者用点状图形表示，后者用线条图形表示，信号损耗和噪声共同作用时用交叉线图形表示。下面列出的是导致 SNR降低的21个主要来源，其序号与图的编号一致。
1.带限损耗所有的系统在发射机中都使用滤波器，以确保发射能量集中在指定的频带内，而避免对其他信道和用户的干扰，并达到管理部门的要求。这些滤波降低了发射能量，造成了信号的损耗。
2.码间串扰(ISI）系统中所有的滤波（包括发射机、接收机和信道中的滤波）都会产生ISI。接收脉冲互相叠加，产生的拖尾占据相邻码元的间隔，从而干扰检测过程。即使没有热噪声，不良滤波、系统带宽限制和信道衰落也会产生ISI，从而导致信噪比降低。
3.本地振荡器（LO）相位噪声如果在信号混合中使用LO，相位变化或抖动将会引入相位噪声。若在接收端的相关器中用该信号作为参考信号，相位跳变会导致检测器性能的降低，从而增加信号损耗。在发射端，相位跳变可能产生信号的带宽扩展，因此需要将扩展的部分滤除，从而造成信号的损耗。
4. AM/PM转换在行波管（Traveling-Wave Tube, TWT）等非线性设备中, AM到PM的转换就是一种相位噪声。信号幅度的波动（调幅）产生相位变化，这也给进行相干检测的信号带来了相位噪声AM到PM的转换还能产生导致信号噪声的额外边带。
5.限幅器损耗或增强硬限幅器可以加强两个信号中较大的一个，抑制较小的一个，从而造成信号损耗或者信号增益。
6.多载波互调制（IM）产物若几个具有不同载波频率的信号同时通过非线性设备（如TWT），则会导致不同载波频率间的多重交互作用，产生所有频率的和差组合的信号。这些伪信号互调或IM产物）的能量就是损耗的信号能量。此外，如果这些互调产物出现在信号频带内，则产生了这些信号的附加噪声。
7.调制损耗链路预算是计算接收的有用功率（或能量）。只有携带信息的信号功率才是有用的。差错性能是每个传输码元能量的函数。任何用于发射载波信号而不是调制信号的功率都属于调制损耗（但是，载波能量对同步是有用的)。
8.天线效率天线是将电信号与电磁信号互相转换的转换器，它也用于将电磁能量汇集于指定的方向。天线口径（面积）越大，指定方向上的信号功率密度也越大。天线效率可以用有效口径和物理口径之比来描述。造成效率降低（信号强度的损耗）的因素有幅度的衰减、口径拥塞、散射、再辐射、溢出、边缘衍射和耗散损失。由于这些因素的共同作用，导致典型的效率范围是50%一80%。
9.天线屏蔽器的损耗和噪声天线屏蔽器是某些天线上为了防御
气候影响而设置的保护层。信号传输路径中的天线屏蔽器会辐射、吸收部分信号能量，从而产生信号损耗。根据物理学基本原理，任何能吸收能量的物体也能辐射能量（温度在0 K以上）。部分能量落在接收机带宽范围内而导致了注人噪声。
10.定向损耗指发射天线或接收天线不正确定向时所产生的损耗。
11.极化损耗电磁场极化是指磁力线所指方向的区域，天线的极化则指其辐射域的极化。在发射天线与接收天线之间，任何极化不匹配都会产生信号损耗。
12.大气损耗和噪声大气会造成信号损耗，引进有害的噪声。大气的容积在大约20 km高度范围之内；在相对较短的信道中，大气会造成主要的损耗和噪声。图5.2描述了理论上从指定高度到大气顶端的单向衰减情况，它是在假定地球表面的水蒸气密度为7.5 g/m3时，针对不同高度计
）和水蒸气吸收导致的信号幅度算得到的（海平面为O km）。由于氧气（0
2
损耗量是载波频率的函数。对水蒸气而言，衰减的最大值发生在22 GHz附近的频段，对氧气而言为60 GHz和120 GHz。大气还给链路带来噪声能量。在天线屏蔽器中，吸收能量的微粒也能辐射能量。氧气和水蒸气微粒在整个RF频谱中辐射噪声。落在给定通信系统带宽内的噪声会降低SNR。大气造成信号损耗、引进噪声的主要因素是降雨。降雨越稠密，被吸收的信号能量就越多。降雨时由于雨水接触天线束而对系统接收机造成的大气噪声辐射，远远大于晴天时的情况。后面几节中将详细讨论大气噪声。
13.空间损耗电磁场强度的降低，进而引起信号强度（功率密度或流量密度）降低，它是距离的函数。在卫星通信链路中，空间损耗是系统最大的损耗。从某种意义上说，没有会聚到接收天线的所有能量都是损耗。
14.邻道干扰这种干扰产生的原因是其他频率信道信号的溢出，而导致的有害信号或者能量的插人。哪一个邻近的信道会落在频域内，由调制的频谱滚降、带宽和主瓣形状决定。
15．同道干扰这种干扰指信号带宽内的干扰波形引起的性能降低。造成同道干扰的原因有很多，例如意外发射、缺乏水平和垂直极化识别或天线旁瓣（主天线束周围的低能量束）的辐射溢出等。这种干扰也可能由同频谱的其他授权用户造成。
图从指定高度到大气顶端的理论垂直单向衰减，
假定表面水蒸气密度为7.5 g/m3（不含雨云的衰减效果）
16.互调制噪声第6项已介绍，非线性设备中多载波信号的相互作用会产生IM产物。该IM产物有时也称为能动互调（active intermod），正如第6项所述的，它会造成信号能量损耗，或者向链路引人噪声。这里讨论被动互调（passive intermod），这是由于多载波发射信号与发射机输出端的非线性设备相互作用而产生的。这些非线性主要产生于波导藕合连接
处、被腐蚀的表面以及弱电的表面。当大的电磁波投射在具有二极管传输函数（势强）的表面时，将产生大量的噪声。如果这些噪声辐射到附近的接收天线，将严重降低接收性能。
17.银河系或宇宙、恒星以及地面噪声所有天体如恒星、行星等都会辐射能量。这些噪声能量作用在天线工作范围内就会降低SNR。
18.线路损耗若接收信号的功率很小（例如仅有1012 W），该信号就特别容易受噪声的影响。因此在接收机的前端必须特别注意保证噪声足够小，以便能可靠地放大信号。接收天线和接收机前端之间的波导和电缆（馈线）都会造成信号衰减和热噪声。
19.接收机噪声即接收机中产生的热噪声。
20.实施损耗这种性能损耗是理论检测性能和实际性能的差值。实际运用中的种种缺陷，例如定时误差、频率偏移、波形的上升下降次数以及有限值的运算等，都会造成与理论值的偏差。
21.不良的同步参考若能正确产生载波相位、子载波相位和信号定时参考，差错概率将与推导的Eb/No一致。但通常情况下、这些对象并不能完全正确地产生，从而导致系统损耗。
2.3接收信号功率和噪声功率
2.3.1 距离方程
链路预算的主要目的是检测通信系统能否按计划运行，也就是信息质量（差错性能）能否达到指定要求。链路预算分析出从发射机到接收机的全过程中传输信号的“升”和“降，’（增益和损耗)。综合计算接收Eb/No
的大小，满足需求的盈余。计算处理过程由距离方程（range equation）开始，因为距离方程建立了接收功率与发射机和接收机之间距离的函数关系。以下讨论距离方程。
在无线通信系统下，载波由发射机通过发射天线传输。发射天线是将电信号转化为电磁波的转换器。在接收端，接收天线则执行相反的功能，将电磁波转化成电信号。对发射机和接收机之间基本的功率关系的研究，通常以全方向RF源的假设（在4π球面角度上均匀发射）为基础。此理想源称为各向同性辐射器（isotropic radiator），如图所示。假定球体上功率密度p(d)(d是到源的距离）与发射功率只的关系为
球面面积为4πd2。从接收天线提取的功率为
其中，参数Aer是接收天线的吸收剖面（有效面积），定义为
如果讨论的天线是发射天线，其有效范围记为Aet。如果讨论的天线不能确定是用做接收还是发射，其有效面积则记为Ae。
图5.3距离方程（用距离描述接收功率）
天线的有效面积Ae和物理面积Ap由效率参数η相互关联，即
式（5.4）说明总的瞬时功率不能被全部提取，即由于各种因素会有损耗。碟形天线（抛物面反射器）η的为0.55，角形天线的η为0.75.
表示天线输出（输入）功率与各向同性辐射器功率之间关系的参数（纯几何比）称为天线方向性或方向增益（directive gain），即
如果没有耗散损耗或阻抗失谐损耗，天线增益（在最大强度方向上）可以简单地用上式表示。但是只要存在耗散损耗或阻抗失谐损耗，天线增益等于直接增益与这些损耗的损耗因子的乘积。本章假定耗散损耗为0并且阻抗没有失谐。因此，上式也是天线峰值增益（peak antenna gain），它可以认为是将RF流量集中在某个比4兀球面小的限定区域内而产生的结果，如图所示。现在定义相对于各向同性辐射器的有效辐射功率（EIRP），它是发射功率只与发射天线增益叹的乘积，即
图天线增益是将各向同性RF流量集中的结果
例1.2.1各向同性辐射器的有效功率
证明使用Pt＝100 W或Pt＝0.1 W的发射机可以产生相同的EIRP。两种情况都采用合适的天线。
解：
图描述了连接各向同性天线且功率为100 W的发射机，EIRP＝PtGt ＝100 ×1=100 W。图描述了功率为Pt＝0.1 W的发射机，耦合到增益Gt= 1000的天线上，EIRP = PtGt＝0.1×1000=100 W。如果用于测量有效功率的场强仪按知图所示连接，那么两种条件下的测量结果相同。
图两种方式下获得相同的EIRP值
距离方程的基础
大多数情况下，相对于各向同性天线，发射机具有一些天线增益，用Pt代替EIRP改写式（5.2），有
天线增益G和天线有效面积Ae的关系式为
其中，λ是载波波长。波长λ和频率f互为倒数关系，即λ＝c/f，c是光速（约为3 x 108 m/s）。发射天线和接收天线的表达式类似。互易定理（reciprocity theorem）表明，给定天线和载波波长，发射增益和接收增益相等。
通过天线场视图可以测量集中绝大多数场能量的固定角度，也可以测量天线的方向特性；它与天线增益成反比—高增益的天线与狭窄的场视图相对应。通常我们不采用固定角度场视图测量方法，而采用以弧度或角度为单位的平面波束宽度（beamwidth）。图5.4描述了方向天线模式，说明了天线束宽的一般定义。束宽指从最大场功率下降3 dB的角度。接下来讨论束宽与频率、天线大小与束宽之间的变化关系。由式（5.8)可知，天线增益随波长减小（频率增加）而增加；天线增益还随有效面积增大而增加。增加天线增益等效于将流量密度聚集在更小的圆锥角上，因此无论增大信号频率还是天线大小，都会导致束宽窄化（narrower beamwidth )。
令式（5.8）中的G＝1来计算各向同性天线的有效面积，Ae为
为了求解接收功率Pr，当接收天线是各向同性时，将式（5.9）代入式（5.7),
有
其中, (4πd/λ)2称为路径损耗（path loss）或自由空间损耗（free-space loss），用 Ls表示。注意，式（5.10）表明各向同性天线的接收功率等于有效发射功率，它只受路径损耗的影响而降低。如果接收天线不是各向同
性的，用式（5.8）的Gλ2/4π取代式（5.7）中的Aer，可以得到更一般的
表达式
其中，Gr为接收天线增益。上式（5.11)称为距离方程。
2.3.2接收信号功率与频率的函数关系
由于发射天线和接收天线都可以由增益或面积表示，因此，Pr有如下4种表示方法
；；；
以上表达式中，Ae,和人r分别是接收天线和发射天线的有效面积。
式（5.12）到式（5.15）中，因变量是接收信号功率Pr l自变量有发射功率、天线增益、天线面积、波长和范围。请思考问题：如果波长减少（频率增大）而其他自变量保持不变，接收功率将如何变化？由式（5.12）和式（5.14）可知，Pr与波长完全无关。由式(5.13）看出，Pr与波长平方成反比；由式(5.14）看出，Pr与波长平方成正比。当然这些表达式不是互相矛盾的。表面的矛盾是因为天线增益和天线面积与波长有关联，如式（5.8）所示。那么，什么时候才可以应用式（5.12）到式（5.15）来确定波长与Pr之间的关系呢？如果系统已经设计好，即天线已建好，大小确定（Aet和Aer确定），则可应用式（5.13）计算Pr性能。式（5.13）表明，对大小确定的天线来说，接收功率随波长的减少而增加。
在式（5.12）中，Gt和Aer是自变量，但在求Pr关于波长的变化范围时，希望固定Gt和Aer。当自变量λ减小时，大小固定的发射天线的增益如何变化？由式（5.8)知Gt增加。但是根据假定条件Gt固定，所以式（5.12）
中的Gt不能增加。换言之，为确保在波长减小时Gt不变，需减小发射天线的大小。显然式（5.12）适用于发射天线增益（或束宽）固定而参数Aet 不定的情况。类似地，式（5.14）适用于Aet和Gr固定的情况，式（5.15）适用于发射天线和接收天线增益（或束宽）固定的情况。
图5.6说明卫星的一种应用：要求下行链路天线束能够提供全球覆盖（同步高度上束宽约为17度）。由于卫星天线增益Gt必须固定，由式（5.12）可知Pr与波长无关。如果在频率f1（=c/ 1）上提供全球覆盖，若频率切换成f2，f2＞f1，覆盖率将下降（对给定天线，Gt增加）；因此必须减小天线的大小以保证覆盖率或束宽。可以看出，覆盖全球的天线在载波频率增加时，需要减小尺寸。
图5.6接收功率作为频率的函数
2.3.3路径损耗与频率的关系
由式（5.10）可知，路径损耗Ls与波长（频率）相关。路径损耗（它只是几何上的平方倒数损耗）为什么是频率的函数？式（5.10）的路径损耗是对各向同性接收天线（Gr＝1)的预测。因此，路径损耗能简便地预测
各向同性接收天线的功率损耗。从几何意义来说，图5.3和式（5.1)指出功率密度p(d)是距离的函数，而与频率无关。·由于路径损耗的推算基于Gr= 1，计算各向同性天线（isotropic antenna）的Pr值与式(5.10）类似。再次强调一下，Ls可以看做所有称为路径损耗（pathloss）的项的集合。这个命名描述了纯粹的几何效果，而忽略了对Gr=1的基本要求，将其称为单位增益传播损耗（unity-gain propagation loss）更恰当。在无线通信系统中，路径损耗是信号功率中最大的损耗。卫星系统中，对同步高度上C波段（6 GHz）的链路的路径耗损一般为200 dB。
例5.2测量路径损耗的天线设计
设计一个刚童路径损耗Ls的实验，频率为f1=30 MHz和f2=60 MHz，发射机与接收机之间的距离为100 km，试求接收天线的有效面积，并计算两种情况下路径损耗的dB值。
解：
图5.7给出分别在频率f1和f2点测量Ls的链路图。两个接收机的功率密度都等于 p(d) = EIRP/4 d2
功率密度的减少仅取决于平方倒数律。根据式（5.7),每个接收机的实际功率等于功率密度p(d)与接收机有效面积（接收天线的Aer）的乘积。路径损耗的推算要求Gr=1，应用式（5.9）计算频率f1和f2时的Aer：
以分贝为单位表示的路径损耗为
2.3.4热噪声功率
所有导体中电子热运动都会产生热噪声。热噪声在天线与接收机之间
以及接收机第一级的有损耦合中产生。热噪声功率谱密度在频率1012Hz以
下为常数，所以称为白噪声。通信接收机将热噪声过程看成加性高斯白噪
声（AWGN）。热噪声或散粒噪声的物理模型[5.6]是开路均方电压为4kTWR
的噪声发生器，其中
T。＝温度，开尔文
W＝带宽（Hz）
R＝电阻（ ）
由噪声发生器耦合到放大器前端的热噪声功率最大值为
N＝kTW （W）（5.16）
所以，放大器输人端的最大单边噪声功率谱密度No（1 Hz带宽内的噪
声功率）为
表面看来噪声功率与电阻大小有关，但其实两者无关。从直觉上就可以说明这一点。在电路中将大电阻与小电阻相连，大小电阻形成闭合通路，它们的物理温度相同。若噪声功率是电阻的函数，那么将有从大电阻流向小电阻的净功率流，大电阻变凉而小电阻变热。这个假设违背实际经验，与热力学第二定理冲突。因此，从大电阻传送给小电阻的功率必与其接收的功率相等。
由式（5.16）可知，热噪声的可实现功率与噪声源周围的温度（噪声温度，noise temperature）有关。因此引人一个有用概念：噪声源的有效噪声温度（effective noise temperature）并不是噪声源（例如星系、大气、干扰信号）进人接收天线的必要热量。噪声源的有效噪声温度定义为能产生相同干扰功率的热噪声源估计温度。噪声温度的内容将在5.5节中详细介绍。
例5.3噪声功率的最大值
使用均方电压等于4kTWR的噪声发生器，证明从噪声源进入放大器的最大嗓声功率值为Ni= kTW。
解：
根据网络理论，当负荷阻抗等于发生器阻抗的复共耗时，负荷的功
率达到最大值。本题中发生器阻抗是纯电阻R；因此，最大传输功率条件是放大器的输入阻抗等于R。网络图如图5.8所示。精入热噪声源由等效电源模型表示，由一个无噪声阻杭源和一个均方根噪声电压为创薄矛丽的理想电压源串联而成。根据网络定理，放大器的输入阻抗等于R。放大器输入端的噪声电压等于发生器电压的一半。放大器输入端的噪声功率为
图5.8放大器输入端获得最大热噪声功率的电路模型
2.4链路预算分析
在评估系统性能时，由于主要考虑的是在可接受差错概率下对含噪信号的检测能力，所以最重要的参数是信噪比（SNR）或Eb/No。在卫星通信系统中，最常用的信号结构是包络不变的已调制载波，这时可以将平均载波功率／噪声功率（carrier power-to-noise power, C/N）之比作为检波前的SNR。实际应用中，对包络不变的信号，检波前的SNR可以表示为
其中，Pr，S, C和N分别是接收功率、信号功率、载波功率和噪声功率；k、
T、W分别是波尔兹曼（Boltzmann）常数、开尔文温度和带宽。Pr/N或S/N 并不总是与C/N相等，信号功率和载波功率只有对包络不变信号（角调制）才相等。例如，用调制消息波形m(t)表示的调频（FM）载波，表达式为
其中，K是系统常量。调制信号的平均功率是)(2t
m。增加调制功率只会增加S(t)的频率偏移，这说明载波的频谱得到拓展，但平均功率)(2t
s与调制信号的功率变化无关，仍保持A2/2不变。所以，FM（包络不变）信号具有接收信号功率与载波功率相等的特点。
对于线性调制，如幅度调制（AM），调制信号的功率与载波功率不同。例如，分析调制信号为m(t)的AM载波：
假定m(t)的均值为0，则平均载波功率为
由上式可知，此例中载波功率与信号功率不同。简言之，对于包络不变信号（如PSK, FSK），参数C/N和Pr/N相同，而对于包络变化信号（如ASK, QAM）则不同。
将式（5.11)除以噪声功率N得到Pr/N
式（5.18）可应用于任何单向RF链路。若采用模拟接收机（analog
目录 摘要 (5) 第1章绪论 (6) 1.1选题的背景和意义 (6) 1.2本文的主要内容 (6) 第2章DCS数据传输系统 (7) 2.1数据传输系统的组成 (7) 2.1.1有线网络 (7) 2.1.2无线网络 (7) 2.1.3网管系统 (7) 第3章数据传输系统的功能 (9) 3.1DCS有线网络功能 (9) 3.2DCS无线网络功能 (9) 3.3安全性 (10) 第4章数据传输系统原理 (12) 4.1 DCS有线系统原理 (12) 4.2DCS无线网络系统原理 (13) 4.3DCS无线系统冗余结构 (15) 第5章列车无线系统的应用 (20) 5.1列车自动控制系统（ATC） (20) 5.1.1列车自动驾驶系统（ATO） (20) 5.1.2列车自动防护系统（ATP） (20) 5.1.3列车自动监督系统（ATS） (21) 结论 (22) 致谢 (23) 参考文献 (24) 摘要 随着科学技术的发展和社会文明的进步，城市轨道交通已经逐渐在各个城市中兴起，并逐渐普及。从刚开始的采用国外的信号系统设备系统CTC（西门子），到如今的采用国产化设备信号系统CBTC（卡斯柯），代表着我国的城市轨道交通技术迎来了飞速发展、CBTC系统是列车基于无线通信下的列车自动控制系统，该系统不同与之前的轨道电路列车控制系统，CBTC系统的无线通信利用车地之间的通信，来确定列车的位置，并提供给列车推荐速度、进路信息、发车时间等。其安全、高效、便捷的优点已经远远超过轨道电路。CBTC系统对改善行车安全，提高运营效率、减少故障发生等发面有了重大的提升。
关键词：无线通信自动控制行车安全 第1章绪论 1.1选题的背景和意义 伴随着科学技术的发展，列车运行自动化程度不断提高，列车自动控制已经成为未来轨道交通进步的趋势，其中列车自动控制又离不开列车无线通信系统，列车与轨旁设备的通信、列车与ATS的通信、轨旁与ATS的通信等，通过各个设备间不间断的保持通信来保证列车的安全运行。本文对城市轨道交通无线通信系统展开学习讨论，对无线通信系统设备的组成和无线系统在城市轨道交通中的应用展开介绍。 1.2本文的主要内容 CBTC系统（基于无线的列车自动控制系统）包含ATS系统、MSS系统、连锁系统、ATP/ATO系统、计轴系统、电源系统、DCS系统。本文主要针对DCS系统对无线系统进行介绍。 图1-1 CBTC系统
第二章 思考题与习题 1 无线电波传播共有哪几种主要方式？各有什么特点？ 答：典型的电波传播方式有直射、反射、折射、绕射、散射等。 当电波的直射路径上无障碍物时，电波直接到达接收天线；当电波的直射路径上存在障碍物时，电波会绕过障碍物遮挡向前传播形成绕射波；当电波在平坦地面上传播时，因大地和大气是不同的介质而使入射波在界面上产生反射波；当电波入射到粗糙表面时，反射能量由于散射而散布于所有方向，形成散射波。 2 自由空间传播的特点是什么？ 答：自由空间传播是指空间周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。电波在自由空间传播时，媒质的相对介电常数和相对导磁率都等于1，传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强忽略不计。自由空间中电波传播损耗为32.4420lg (km)20lg (MHz)fs L d f =++，其中，d 为T-R 间距离，f 为电波频率。其规律是:与2d 成反比→距离越远，衰减越大；与2 f 成反→频率越高，衰减越大。 3 设发射机天线高度为40m ，接收机天线高度为3 m ，工作频率为1800MHz ，收发天线增益均为1，工作在市区。试画出两径模型在1km 至20km 范围的接收天线处的场强。（可用总场强对0E 的分贝数表示） 解： 40,3,1800t r h m h m f MHz d d d ===∴?==Q 反射波与直射波的路径差为 因为）（??-+=j Re 1E E 0又因为18001501;f MHz MHz R =>=-所以有 ])37(1)43(1[12])37(1)43(1[222222d d d d d d c f d +-+=+-+=?=?ππλπ ? 此时接收到的场强为)1(Re 1E E ])37(1)43(1[20022d d d j j e E +-+-?--=+=π?）（ 用分贝表示为km d km e E E d d d j 201)1lg(10])37(1)43(1[2022<<-=+-+-π 用Matlab 画出变化曲线。 由式（2-29）可知，其规律是: —与4d 成反比→比自由空间衰减快得多。
综合课程设计 卫星通信信道链路参数计算与模拟 姓名： 学号： 一、课程设计内容及基本参数
1、 设计目的 近年来互联网和移动通信飞速发展，使得网络终端用户数量不断扩大、新业务不断增加，这对通信技术的发展提出了新的挑战。卫星通信系统以其全球覆盖性、固定的广播能力、按需灵活分配带宽以及支持移动终端等优点，逐渐成为一种向全球用户提供互联网络和移动通信网络服务的补充方案。 本学期我们学习了《微波与卫星通信技术》这门课程，对于卫星通信技术有了基本的了解。本课程设计基于已学的的基本理论，对卫星通信信道链路参数进行计算和模拟，从而掌握卫星通信信道链路参数计算的基本方法，了解影响卫星通信信道性能的因素。同时熟悉Matlab 编程仿真过程，利于今后的学习和研究。 2、 基本参数列表 表1 根据学号得到的系统参数3、 涉及公式 1） ITU 法计算雨衰值： ),()(βα p p R L R K A =(dB) (1) 其中，p R 为降雨率，单位为mm/h ，β为仰角，可以通过以下经验公式获得 0779.041.1-?=f α (255.0≤≤f ) (2) 42 .251021.4f K ??=- (549.0≤≤f ) (3)
上式中频率f 的计算单位为GHz 。 雨衰距离： 14766.03]sin )108.1232.0(1041.7[),(---?-+?=ββp p p R R R L (km) (4) 2)ITU 法计算氧、水蒸气分子吸收损耗值： 氧分子损耗率，对于57GHZ 以下的频段，可以按下式近似计算 3230226.09 4.81[7.1910]100.227(57) 1.50 f f f γ--=?++??+-+(dB/km) (5) 对流层氧气的等效高度0h 和水蒸气的等效高度可分别按如下公式确定： 06(57)h km f GHz =< 因此，对于氧分子的吸收损耗为： 002h R O γ= (dB) (6) 水蒸气分子损耗率与频率和水蒸气密度 )/(3m g p w 有关，对于350GHz 以下频段，都可以用下式计算（dB/km)： 242223.610.68.9[0.050.0021]10(22.7)8.5(183.3)9.0(325.4)26.3 w w w p f p f f f γ-=++++???-+-+-+ (7) 对流层水蒸气等效高度w h 可按如下公式确定： ]4 )4.325(5.26)3.183(0.55)2.22(0.31[2220+-++-++-+=f f f h h w w (km) (350f GHz <) (8) 其中，0w h 取2.1km 。 同样，对于水蒸气分子的吸收损耗为： w w O H h R γ=2 (dB) (9) 3)给出经纬度，计算卫星于地面距离及仰角β; 同步卫星的经度s θ，地心角θ定义为从地心点看卫星与卫星终端之间的夹角，卫星终端所在地的经度和纬度（L L φθ,）,卫星距地球中心的距离近似为42164.2r km =,地球的平均赤道半径为6378.155e R km =。 )cos(cos cos S L L θθφθ-= (10) θcos 222r R r R d e e -+= (11) 如图1所示，A 为卫星，B 为地心，C 为地球站，仰角为地球站与卫星连线与水平 C
序 无线通信之所以成为既富挑战性又能引起研究人员兴趣的课题，主要原因有两个，这两个原因对于有线通信而言基本没有什么影响。首先是衰落（fading）现象；其次是无线用户是在空中进行通信，因此彼此间存在严重的干扰（interference），下面分别做一简要介绍。 1）衰落 首先介绍一些无线衰落信道的特性，与其他通信信道相比，移动信道是最为复杂的一种。电波传播的主要方式是空间波，即直射波、折射波、散射波以及它们的合成波。再加之移动台本身的运动，使得移动台与基站之间的无线信道多变并且难以控制。信号通过无线信道时，会遭受各种衰落的影响，一般来说接收信号的功率可以表达为： P（d）=|d|-n S（d）R（d） 其中d表示移动台与基站的距离向量，|d|表示移动台与基站的距离。根据上式，无线信道对信号的影响可以分为三种： (1) 大尺度衰落：电波在自由空间内的传播损耗|d|-n，其中n一般为3~4，与频率无关； (2) 阴影衰落：S（d）表示，由于传播环境的地形起伏、建筑物和其他障碍物对地波的阻塞或遮蔽而引发的衰落，被称作中等尺度衰落； (3) 小尺度衰落：R（d）表示，它是由发射机和接收机之间的多条信号路径的相长干扰和相消干扰造成的，当空间尺度与载波波长相当时，会出现小尺度衰落，因此小尺度衰落与频率有关。 大尺度衰落与诸如基站规划之类的问题关系更为密切，小尺度衰落是本文的
重点。 2）干扰 干扰可以是与同一台接收机通信的发射机之间的干扰（如蜂窝系统的上行链路），也可以是不同发射机——接收机对之间的干扰（例如不同小区中用户之间的干扰）。
无线信道的多径衰落 无线移动信道的主要特征就是多径传播，即接收机所接收到的信号是通过不同的直射、反射、折射等路径到达接收机，参见图1。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各条路径中发射波的到达时间、相位都不相同。不同相位的多个信号在接收端叠加，如果同相叠加则会使信号幅度增强，而反相叠加则会削弱信号幅度。这样，接收信号的幅度将会发生急剧变化，就会产生衰落。 图1 例如发射端发送一个窄脉冲信号，则在接收端可以收到多个窄脉冲，每一个窄脉冲的衰落和时延以及窄脉冲的个数都是不同的。对应一个发送脉冲信号，图2给出接收端所接收到的信号情况。这样就造成了信道的时间弥散性(time dispersion )，其中τmax被定义为最大时延扩展。 在传输过程中，由于时延扩展， 接收信号中的一个符号的波形会扩 展到其他符号当中，造成符号间干 扰( Inter Symbol interference， ISI )。为了避免产生ISI，应该令图2 符号宽度要远远大于无线信道的最大时延扩展，或者符号速率要小于最大时延扩展的倒数。由于移动环境十分复杂，不同地理位置，不同时间所测量到的时延扩
移动（无线）通信施工安全操作规程移动（无线）通信专业是一个综合性很强的专业，他包括电源、交换、基站等多个专业。所以，移动（无线）通信施工除遵循以上各专业安全操作规范外，还应注意以下安全事项： 1、施工人员必须经过专业技术培训并考试合格，身体检查健康，持证上岗。 2、施工用安全标志、工具、仪表、电器设施和各种设备，必须在施工前加以检查，确认其完好，方能进入施工现场。 3、登高作业时，如发现安全设施有缺陷或隐患，必须解决后方可作业。 4、施工人员要统一着装工作服，佩戴相应的劳动保护用品；天线吊装现场（包括室内楼房吊装）要设置醒目的安全作业警示区域，确保行人和车辆的安全。 5、吊装天线前应先勘查现场，制定吊装方案；天线施工人员必须明确分工和职责，由专人统一指挥，吊装现场必须避开电力线等障碍物。 6、吊装前应检查吊装工具的可靠性，起吊天线时，应使天线与铁塔或楼房保持安全距离，不可大幅度摆动；向建筑物的楼顶吊装时，起吊的钢丝绳不得摩擦楼体。 7、天线挂架强度、水平支撑杆的安装角度应符合设计要求；固定用的包箍必须安装双螺母，加固螺栓必须由上往下穿；如需另加镀锌角钢固定时，不得在天线塔角钢上钻孔或电焊。 8、馈线弯曲时应圆滑，其曲率半径应符合设计要求；馈线进入机房内时应略高于室外或做滴水弯，不得使雨水延馈线流进机房；馈线进洞口处必须密封和做好防水处理。 9、馈线进入机房前，必须至少有三处以上的防雷接地点；馈线进入机房后必须安装避雷器。 10、上塔作业时，应根据场地、设备条件以及施工人员、施工季节编制登高施工安全技术措施。 11、铁塔施工人员必须佩带好符合国家标准、质量合格的安全带和安全帽；攀登铁塔时，
基于通信的列车控制系统（CBTC） 【引导案例】 目前，在新建地铁信号系统的方案选择上，采用CBTC无线AP (无线接入点)接入方式的线路已越来越多。采用AP接入，具有成本较低、通信带宽高、可部 分使用商用设备、安装调试方案灵活和施工时间短等优点。现在我国在建或改 造的地铁线路中，采用无线AP接入的有北京地铁4号线、l0号线和深圳地铁2号 线等。欧洲ETCS计划，为了实现欧洲铁路互联互通，车载设备采用ETCS总线， 可以灵活地支持与各种传统设备及E TCS车载设备的通信；传输设备有欧洲应答器和欧洲环路，即数据传输速率为565kb／s的磁应答器和采用漏泄电缆的环路； 欧洲无线也在进行工程实施。ERTMS系统是为了适应欧洲铁路互联互通的目的，它集联锁、列控和运行管理于一体。西班牙的马德里—巴塞罗拿线采用该系统，列控系统符合欧洲铁路统一标准ETCS二级标准，速度监控方式采用一次连续速 度曲线控制模式（又称目标距离一次制动模式曲线方式），列车占用靠UM2000 轨道电路，列车定位靠欧洲应答器，车与地双向传输靠无线数传。 在城市轨道交通中，基于通信的列车控制系统CBTC(Communication Based Train Contrl)是一种采用先进的通信、计算机、控制技术相结合的列车控制系统。相对于固定闭塞而言又把它称为移动闭塞。移动闭塞是目前线路能力利用 效率更高的列车闭塞方式。与固定闭塞方式相比，移动闭塞相当于将区间分成 了无数个细小的、连续的闭塞分区，它使得列车间的安全信息传递得更为频繁、及时和详细。因为移动闭塞系统能够比固定闭塞更优地确定列车的位置和传输 列车信息，所以移动闭塞系统可以根据列车的动态运行确定更小的列车间隔。 同样，取消固定闭塞所需的轨道设备也可以减少维修费用，并且利用列车和路 边设备的传输信息通道也可以传输与列车实时运行有关的操纵信息，以提高管 理能力和诊断故障设备。因此，采用移动闭塞系统能够更好地满足铁路的需要。 典型的基于通信的列车控制系统(CBTC)的结构框图如图5-1所示。由图可
星通信载波的链路计算方法为，先分别计算上行和下行链路的载波功率与等效噪声温度比C/T或者载波与噪声功率比C/N、以及载波与干扰功率比C/I，再求出考虑干扰因素的系统载噪比C/(N+I) 和载波的系统余量。 上下行C/T 上行和下行C/T 的计算公式分别为 C/T U=EIRP E - Loss U + G/T sat C/T D = EIRP s —Loss D + G/T E/S 式中的EIRF E和EIRF S分别为载波的上行和下行EIRP, Loss u和L OSS D分别为总的上行和下行传输衰耗，G/T sat和G/T E/S分别为卫星转发器和地球站的接收系统品质因数。上式中的数据均为对数形式。 C/N 与C/T 的关系 C/N 与C/T 的关系式为 C/N = C/T - k - BW N = C/T + 228.6 - BW N 式中的k 为波兹曼常数，BW N 为载波噪声带宽。式中的数据均为对数形式。 C/I 与C/IM 卫星通信载波需要考虑的干扰因素主要有，上行和下行反极化干扰C/I XP_U^n C/I XP_D、以及上行和下行邻星干扰C/I AS_U和C/I AS_Do此外，还需考虑转发器在多载波工作条件下的交调干扰C/IM 。 C/N 与C/I 的合成 由多项C/N 和C/I 求取总的C/N、C/I 、以及C/(N+I) 的算式为 (C/N Total ) -1 = (C/N U ) -1 + (C/N D ) -1 - 1 -1 -1 -1 -1 -1 (C/I Total ) = (C/I XP_U) + (C/I AS_U) + (C/IM) + (C/I XP_D) + (C/I AS_D) (C/(N+I)) -1 = (C/N Total ) -1 + (C/I Total ) 上述三个算式中的数据均为真数形式。 由多项C/N 和C/I 求取总的C/(N+I) 的步骤也可为 (C/(N+I) u ) -1 = (C/N u ) -1 + (C/I XP_u) -1 + (C/I As_u) -1
无线通信技术 1.传输介质 传输介质是连接通信设备，为通信设备之间提供信息传输的物理通道；是信息传输的实际载体。有线通信与无线通信中的信号传输，都是电磁波在不同介质中的传播过程，在这一过程中对电磁波频谱的使用从根本上决定了通信过程的信息传输能力。 传输介质可以分为三大类：①有线通信，②无线通信，③光纤通信。 对于不同的传输介质，适宜使用不同的频率。具体情况可见下表。 不同传输媒介可提供不同的通信的带宽。带宽即是可供使用的频谱宽度，高带宽传输介
质可以承载较高的比特率。 2无线信道简介 信道又指“通路”，两点之间用于收发的单向或双向通路。可分为有线、无线两大类。 无线信道相对于有线信道通信质量差很多。有限信道典型的信噪比约为46dB，(信号电平比噪声电平高4万倍)。无限信道信噪比波动通常不超过2dB,同时有多重因素会导致信号衰落（骤然降低）。引起衰落的因素有环境有关。 无线信道的传播机制 无线信道基本传播机制如下： ①直射：即无线信号在自由空间中的传播； ②反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生反射，反射一般在地球表面，建筑物、墙壁表面发生； ③绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖锐的物体边缘阻挡时发生绕射； ④散射：当无线路径中存在小于波长的物体并且单位体积内这种障碍物体的数量较多的时候发生散射。散射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体上，一般树叶、灯柱等会引起散射。 无线信道的指标 (1)传播损耗:包括以下三类。 ①路径损耗：电波弥散特性造成，反映在公里量级空间距离内，接收信号电平的衰减（也称为大尺度衰落）； ②阴影衰落：即慢衰落，是接收信号的场强在长时间内的缓慢变化，一般由于电波在传播路径上遇到由于障碍物的电磁场阴影区所引起的； ③多径衰落：即快衰落，是接收信号场强在整个波长内迅速的随机变化，一般主要由于多径效应引起的。 (2)传播时延：包括传播时延的平均值、传播时延的最大值和传播时延的统计特性等； (3)时延扩展：信号通过不同的路径沿不同的方向到达接收端会引起时延扩展，时延扩展是对信道色散效应的描述； (4)多普勒扩展：是一种由于多普勒频移现象引起的衰落过程的频率扩散，又称时间选择性衰落，是对信道时变效应的描述； (5)干扰：包括干扰的性质以及干扰的强度。 无线信道模型 无线信道模型一般可分为室内传播模型和室外传播模型，后者又可以分为宏蜂窝模型和微蜂窝模型。
浅谈无线通信技术的安全性 摘要：近年来,无线通信技术飞速发展,各种无线技术的应用已经融入我们的生活,给我们生活带来许多的便捷。但它也面临着一些不可避免的安全威胁。本文从分析无线通信网络的安全威胁出发，讨论了无线通信网络的几种安全保密技术，可以更好的保证用户和网络的安全性。 关键词：无线通信；安全性；lte 安全技术 abstract: in recent years, the rapid development of wireless communication technology, wireless technology has come into our life, brings a lot of convenience to our life. but it also faces some inevitable security threats. based on the analysis of wireless communication network security threat sets out, discussed several kinds of wireless communication network security technology, can better guarantee the safety of users and network. key words: wireless communication; security; lte security technology 中图分类号：e96文献标识码：文章编号： 引言 随着我国经济社会的飞速发展和科技上的进步。在无线通讯技术的方面也得到了一个飞速的发展,已经进入了全新的一个时代。
列车无线调度通信固 定设备
16 列车无线调度通信固定设备 16.1 一般规定 16.1.1 列车无线调度通信系统用于列车调度员、司机、车站值班员、车辆乘务员之间的通话联系，并实现数据传送功能。 16.1.2 列车无线调度通信固定设备(以下简称无线列调固定设备)包括车站设备、调度总机、网管及监测设备等。其中车站设备由车站电台、车站数据接收解码器、调度命令车站转接器等组成。 16.2 设备管理 16.2.1无线列调专业与其他专业的维护管理分界如下： （1）车站数据接收解码器与CTC/TDCS车站设备维护分界：车站数据接收解码器至CTC/TDCS车站设备接线端子（不含）由通信部门负责。 （2）调度命令车站转接器与CTC/TDCS车站设备维护分界：调度命令车站转接器至CTC/TDCS车站设备接线端子（不含）由通信部门负责。 （3）其它维护分界，由铁路局根据实际情况自行确定。 16.2.2无线列调固定设备电源应具有交、直流自动转换功能，配置免维护备用电池，电池容量应保证设备连续工作时间不少于6小时。有条件的中间站，车站电台应由中间站高频开关电源柜供电。 16.2.3 维护部门应根据需要，配备以下仪表、工器具： 场强测试系统、便携式场强仪、频谱分析仪、无线综合测试仪、直放站综合测试仪、中继器测试仪、功率计、天馈测试仪、光源、光功率计、调监模拟器、电池容量测试仪、电子经纬仪、交、直流稳压电源、望远镜。 16.2.4 维护部门应具备以下技术资料： （1）竣工资料、验收测试资料； （2）无线列调系统图； （3）无线列调场强覆盖示意图； （4) 设备台帐（含设备型号、规格、软硬件版本、生产厂家、开通时间等）； （5）设备技术资料（设备产品说明书、使用手册等）； （6）仪器仪表使用说明书； （7）应急预案。 16.3设备维护 16.3.1 设备维护单位应根据本维护规则制定相应的维护作业指导书、维护管理制度，编制检修计划表。按计划进行维修、添乘，及早发现问题，减少障碍的发生。
1系统安全要求 1.1安全标准 卖方必须遵照以下国际标准（最近版）的规定及要求： EN50126 “Railway applications –The specification and demonstration of Reliability，Availability，Maintainability and Safety （RAMS） EN50128：“Railway Applications –Communications, signaling and processing systems – Software for railway control and protection systems” EN50129：“Railway Applications –Communications, signaling and processing systems – Safety related electronic systems for signaling” 1.2隐患分析（Hazard Analysis）及隐患登记册（Hazard Log） 1.2.1 隐患分析是针对系统的潜在隐患进行系统的分析、在工程项目的适当阶段应用的一种安全分析技术，开展隐患分析的目的是作出优化系统安全的变更。 1.2.2 设计过程中，卖方需参照买方提供的主隐患清单(附件2)开展初步隐患分析、系统/子系统隐患分析、接口隐患分析及操作和支持隐患分析。卖方须将各个隐患分析的结果纳入隐患登记册，提交买方审查，并定期更新。 (a) 初步隐患分析：在项目早期、系统设计开始前开展的隐患分析，用以识别系统可能涉及和需要控制的潜在隐患，并引出系统设计过程中需要执行的措施以消除或减轻相关隐患。 (b) 系统/子系统隐患分析：其目的是识别和分析与子系统和部件设计相关的潜在隐患，包括与子系统架构、部件失效、人因错误等相关的隐患，并引出相应的隐患消除或减轻措施。 (c) 接口隐患分析：通过识别和分析与系统、子系统内部以及外部接口相关的潜在隐患，引出系统和相关接口系统需要执行的隐患消除或减轻措施。 (d) 操作和支持隐患分析：通过识别和分析在系统/设备的制造、安装、测试、运输、储存、培训、运营和维修等过程中与人员和程序相关的潜在隐患，并引出需要执行的隐患消除或减轻措施。 1.2.3 隐患和可操作性研究(HAZOPS)
16 列车无线调度通信固定设备 16.1 一般规定 16.1.1 列车无线调度通信系统用于列车调度员、司机、车站值班员、车辆乘务员之间的通话联系，并实现数据传送功能。 16.1.2 列车无线调度通信固定设备(以下简称无线列调固定设备)包括车站设备、调度总机、网管及监测设备等。其中车站设备由车站电台、车站数据接收解码器、调度命令车站转接器等组成。 16.2 设备管理 16.2.1无线列调专业与其他专业的维护管理分界如下： （1）车站数据接收解码器与CTC/TDCS车站设备维护分界：车站数据接收解码器至CTC/TDCS车站设备接线端子（不含）由通信部门负责。 （2）调度命令车站转接器与CTC/TDCS车站设备维护分界：调度命令车站转接器至CTC/TDCS车站设备接线端子（不含）由通信部门负责。 （3）其它维护分界，由铁路局根据实际情况自行确定。 16.2.2无线列调固定设备电源应具有交、直流自动转换功能，配置免维护备用电池，电池容量应保证设备连续工作时间不少于6小时。有条件的中间站，车站电台应由中间站高频开关电源柜供电。 16.2.3 维护部门应根据需要，配备以下仪表、工器具： 场强测试系统、便携式场强仪、频谱分析仪、无线综合测试仪、直放站综合测试仪、中继器测试仪、功率计、天馈测试仪、光源、光功率计、调监模拟器、电池容量测试仪、电子经纬仪、交、直流稳压电源、望远镜。 16.2.4 维护部门应具备以下技术资料： （1）竣工资料、验收测试资料； （2）无线列调系统图； （3）无线列调场强覆盖示意图； （4) 设备台帐（含设备型号、规格、软硬件版本、生产厂家、开通时间等）； （5）设备技术资料（设备产品说明书、使用手册等）； （6）仪器仪表使用说明书； （7）应急预案。 16.3设备维护 16.3.1 设备维护单位应根据本维护规则制定相应的维护作业指导书、维护管理制度，编制
第二章无线通信链路分析 2.1系统工程中的系统链路预算 通信链路（link）属于系统的哪一部分？链路不仅指发射机与接收机之间的信道或者区域，还包括整个通信路径：从信源开始，通过所有的编码和调制过程，经由发射机和信道，直到包含所有信号处理功能的接收机，最后结束于信宿。 下面介绍链路分析的定义，并解释链路分析在通信系统设计中的作用。链路分析及其结果即是链路预算（link budget ),包括对接收端获得的有用信号功率、干扰噪声功率的计算和表格化。链路预算权衡了增益和损耗，概括了发送接收资源、噪声源和信号衰减的详细分配比例，及其对整个链路过程的影响。一些预算参数是统计性的（比如信号衰落容许值）。链路预算是一种评价通信系统差错性能的评估（estimation）技术。差错概率与Eb/No的关系曲线具有“像瀑布一样”的形状。对于高斯噪声信道的各种调
制方式而言，其Eb/No与差错概率相关联。一旦选定调制方式，给定的差错概率对应着曲线图上的某一点。换言之，要求的差错性能规定了满足性能要求的接收机所要达到的Eb/No值。链路分析的主要目的是确定图3.6的实际（actual）系统工作点，并验证该点的差错概率小于或者等于系统的要求。在通信系统设计时使用的许多说明、分析和制表中，链路预算是一个重要的基本工具，它为系统工程师提供对系统的整体了解。 通过链路预算，人们可以知道整个系统的设计和性能。例如，链路余量说明系统能充裕地满足需求，还是刚好或根本不能满足需求。链路分析可以反映系统是否存在硬件限制，以及是否能在链路的其他部分弥补该限制。链路预算经常作为分析系统权衡、配置变化以及系统细微变化和相关性的参考依据，并且，若将其与其他建模技术结合将有助于预测设备的重量和大小、主要功率要求、技术风险以及系统成本。链路预算对系统工程师来说至关重要，它代表了系统性能优化的“底线”。 2.2信道 信道（channel）是连接发射机和接收机的传播媒介或电磁波通道。通信信道一般包括导线、同轴电缆、光纤线缆，若是射频（RF）链路，则包括波导、大气层或真空。对大多数地面通信链路来说，信道空间由大气层构成，部分与地球表面相连。而对于卫星链路而言，信道则主要由真空构成。尽管在100 km的高度上仍存在一定的大气影响，但是通常大气层容积定义在高度为20 km的范围内。因此，在同步高度（35 800 km）路径中只有很少一部分（0.05%）才是大气层。这样的链路是卫星通信链路，地面无
铁路无线列车调度通信系统 铁路无线列车调度通信系统（railway radio train dispatch communication system）以铁路运输调度为目的，利用无线电波的传播，完成列车与调度中心之间或列车与列车之间通信的系统。简称无线列调。这是一种铁路专用的移动通信系统，是铁路调度通信系统的重要组成部分。组成包括调度所设备、沿线地面设备、移动电台设备、传输设备。 调度所设备包括调度总机、调度控制台、录音机以及监控总机等部分，供调度员与机车司机、车站值班员进行通话，必要时还可以进行数据通信。 沿线地面设备包括与传输设备相连的控制转接部分、收信机、发信机、双工器、传 输线和天线，以及调度分机等设备。 移动电台设备装载于运行列车上的无线通信设备，包括机车电台和车长电台。 传输设备用于把调度设备和沿线各地面固定电台连接起来，为信息传输提供音频通 道。 制式列车无线调度通信系统分为A，B，C 3种制式，采用150 MHz或450 MHz 频段，除个别呼叫采用数字编码外，其他呼叫信令均为模拟信令方式。为了解决弱场强区段通信问题，采用异频无线中继器。为了解决隧道中通信问题，采用150 MHz或450 MHz 频段漏泄 同轴电缆。 A制式系统适用于装设有调度集中设备的铁路干线，以调度员直接指挥司机为主的作业方式调度区间。采用有线、无线相结合的组网方式，基站电台与移动电台间的通信采用无线方式，调度所至基站电台的通信采用四线制音频话路构成。基站电台按场强覆盖合理设置，并具有跟踪功能以保证通信连续。调度员可以个别呼叫指定的司机，也能够识别司机的呼叫，还能够向调度区间内所有的机车司机发出呼叫（全呼）。调度员与司机之间除了话音通信外，还可以传输数据和指令，并能在调度所内打印和显示，以便及时掌握列车运行状态。为了保证系统正常工作，调度所设备应能对各基站电台进行集中监测和检测。在紧急情况下， 机车司机可以向调度员发出紧急呼叫。 B制式系统适用于繁忙的铁路干线，以车站值班员办理行车业务为主的方式，也采用有线、无线相结合的组网方式。车站电台与移动电台间的通信使用无线方式，调度所至车站电台的通信采用四线制音频话路构成。B系统应该优先满足调度员与司机间的通信。调度员呼叫司机时，先选呼运行列车最近的车站电台（选站），再呼叫该电台覆盖区内的所有机车电台（组呼），然后用话音叫出所有通话的司机，下达调度命令。调度员也可以通过各个车站电台呼叫调度区间内的所有司机（全呼）。机车司机在紧急情况下可向调度员发出紧急呼叫。车站值班员可以通过车站电台与其覆盖区内的司机、运转车长进行通话。有条件时，相邻车站值班员之间可以通过车站电台进行通话。在同一车站电台覆盖区内，司机与司机、车长与车长、司机与车长之间也可以进行单工通话，异频单工的通话则需要经车站电台转接。 B系统也可以经调度员人工转接进入铁路公务电话网。 C制式系统适用于以车站值班员办理行车业务为主的一般铁路线路和支线上，车站
无线通信系统中基于物理层安全的安全通信由于无线媒质的开放性与广播性,使得恶意用户可以截获在无线媒介中传送的信息,从而对无线通信的安全性带来很大的挑战。无线通信系统中基于物理层的安全着眼于OSI模型的物理层,利用无线通信理论、信息处理、随机处理、博弈论及信息论等领域的知识来解决这一问题,通过对物理层通信进行了适当的设计,提高或增进网络的安全性能。 基于物理层的安全方法一般利用了无线媒质的特征,比如信道衰落、信号干扰、多节点合作以及多维信息发送等。基于无线通信物理层的安全问题是当前无线通信中的研究热点之一,尽管文献中已经有了众多的研究成果,但无线通信中的安全问题仍然存在许多亟需解决的问题。 在本论文中,我们将主要从信息论的角度研究无线网络的安全问题,力图进一步提高无线通信的安全性。本论文的主要创新点如下:1.针对无线广播信道经历瑞利衰落的情形,分析了全双工系统的安全性能,理论推导出了非零安全容量和安全中断概率的闭式解。 理论分析结果以及仿真结果都表明,如果具有全双工功能的接收机在接收信号的同时可以发送一个辅助的人工噪声,那么与仅发送端发送人工噪声的情形相比,系统的安全等级可以得到提高。即便对于窃听节点距离信息源非常近,合法接收机距离信息源较远的情形,依然可以达到安全传输的效果。 2.针对蜂窝通信系统,论文提出了一种利用保护节点提高安全性的方法。该方法通过部署一些保护节点来防止窃听者截获合法发送端和接收端之间传送的信息。 这些保护节点专门发送额外的人工噪声来使窃听信道的质量恶化。论文中同
时考虑了上行通信和下行通信的情形。 结果表明,采用这种方法可以实现蜂窝系统的安全性和健壮性。3.为了改善中继系统的安全性能,提出了一种改进的次优干扰方案。 在此方案中,信噪比最好的中继节点转发信息,信噪比最差的中继节点发送干扰信号,并且仅当这两个信道满足一定条件时发送机密信息,否则发送普通信息。仿真结果表明,由于机密信息仅在对合法接收机有利的情形下传输,这使得窃听者获取发送信息的难度加大,从而使系统的安全性得以提高。 4.为了改善点到点双向通信中信息被截获的概率,提出了一种基于随机线性编码的安全传输方案。在此方案中,随机线性编码的生成多项式由接收方控制,编码的构造方式使得窃听者除非完整截获双向通信的所有数据,否则无法破解发送端发送的任何一个数据包。 因此,通过加长编码长度,或者降低发送功率,就可以使窃听者破解机密消息的截获概率变得非常低。
列车无线调度通信 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
列车无线调度通信及设备维护铁路无线列车调度通信系统以铁路运输调度为目的，利用无线电波的传播，完成列车与调度中心之间或列车与列车之间通信的系统。简称无线列调。这是一种铁路专用的移动通信系统，是铁路调度通信系统的重要组成部分。 系统设备包括： 调度所设备、沿线地面设备、移动电台设备、传输设备。 调度所设备：包括调度总机、调度控制台、录音机以及监控总机等部分，供调度员与机车司机、车站值班员进行通话，必要时还可以进行数据通信。 沿线地面设备：包括与传输设备相连的控制转接部分、收信机、发信机、双工器、传输线和天线，以及调度分机等设备。 移动电台设备：装载于运行列车上的无线通信设备，包括机车电台和车长电台。 传输设备：用于把调度设备和沿线各地面固定电台连接起来，为信息传输提供音频通道。
制式： 列车无线调度通信系统分为A，B，C 3种制式，采用150 MHz或450 MHz 频段，除个别呼叫采用数字编码外，其他呼叫信令均为模拟信令方式。为了解决弱场强区段通信问题，采用异频无线中继器。为了解决隧道中通信问题，采用150 MHz 或450 MHz 频段漏泄同轴电缆。 A制式系统：适用于装设有调度集中设备的铁路干线，以调度员直接指挥司机为主的作业方式调度区间。采用有线、无线相结合的组网方式，基站电台与移动电台间的通信采用无线方式，调度所至基站电台的通信采用四线制音频话路构成。基站电台按场强覆盖合理设置，并具有跟踪功能以保证通信连续。调度员可以个别呼叫指定的司机，也能够识别司机的呼叫，还能够向调度区间内所有的机车司机发出呼叫（全呼）。调度员与司机之间除了话音通信外，还可以传输数据和指令，并能在调度所内打印和显示，以便及时掌握列车运行状态。为了保证系统正常工作，调度所设备应能对各基站电台进行集中和。在紧急情况下，机车司机可以向调度员发出紧急呼叫。 B制式系统：适用于繁忙的铁路干线，以车站值班员办理行车业务为主的方式，也采用有线、无线相结合的组网方式。车站电台与移动电台间的通信使用无线方式，调度所至车站电台的通信采用四线制音频话路构成。B系统应该优先满足调度员与司机间的通信。调度员呼叫司机时，先选呼运行列车最近的车站电台（选站），再呼叫该电台覆盖区内的所有机车电台（组呼），然后用话音叫出所有通话的司机，下达调度命令。调度员也可以通过各个车站电台呼叫调度区间内的所有司机（全呼）。机车司机在紧急情况下可向调度员发出紧急呼叫。车站值班员可以通过车站电台与其覆盖区内的司机、运转车长进行通话。有条件时，相邻车站值班员之间可以通过车站电台进行通话。在同一车站电台覆盖区内，司机与司机、车长与车长、司机与车长之间也可以进行单工通话，异频单工的通话则需要经车站电台转接。B系统也可以经调度员人工转接进入铁路公务电话网。
卫星通信链路计算过程 星通信载波的链路计算方法为，先分别计算上行和下行链路的载波功率与等效噪声温度比CrT或者载波与噪声功率比C/N、以及载波与干扰功率比CzI ,再求出考虑干扰因素的系统载噪比C/(N+I) 和载波的系统余量。 上下行C/T 上行和下行C/T 的计算公式分别为 CZT u= EIRP E - LOSS U + G/T Sat C/T D = EIRP S - Loss D + GZT E/S 式中的EIRF E和EIRF S分别为载波的上行和下行EIRP, Loss u和L OSS D分别为总的上行和下行传输衰耗，G/T sat和G/T E/S分别为卫星转发器和地球站的接收系统品质因数。上式中的数据均为对数形式。 C/N 与C/T 的关系 C/N 与C/T 的关系式为 C/N = C/T - k - BW N = CZT + 228.6 - BW N 式中的k 为波兹曼常数, BW N 为载波噪声带宽。式中的数据均为对数形式。 C/I 与C/IM 卫星通信载波需要考虑的干扰因素主要有，上行和下行反极化干扰C/I XP_U^n C/I XP_D、以及上行和下行邻星干扰C/I ASJU和C/I AS_Do此外，还需考虑转发器在多载波工作条件下的交调干扰C/IM 。 C/N 与C/I 的合成 由多项C/N 和C/I 求取总的C/N、C/I 、以及C/(N+I) 的算式为 (C/N Total ) -1 = (C/N U ) -1 + (C/N D ) T (C/I Total ) -1 = (C/I XPJU) -1 + (C/I ASJU) -1 + (C∕IM) -1 + (C/I XPJD)-I + (C/I ASJD)-I -1 -1 - 1 (C/(N+I)) -1 = (C/N Total ) -1 + (C/I Total ) 上述三个算式中的数据均为真数形式。 由多项C/N 和C/I 求取总的C/(N+I) 的步骤也可为
一、无线通信专业 （一）无线通信专业基础知识 1.无线通信原理： （1）无线收发信设备知识； （2）无线信道的特性； （3）调制技术； （4）编码技术； （5）天线基本原理及相关参数； （6）跳频技术。 2.无线通信系统基础知识： （1）无线通信传输系统的组成及工作原理； （2）无线通信系统的制式、性能及分布状况、系统联网常识； （3）无线接口信令； （4）各种传输方式； （5）无线通信系统工作原理； （6）无线通信系统网络结构。 3.无线通信业务知识： （1）移动交换机的组成及电路结构； （2）移动交换机的工作原理； （3）移动交换机的维护常识；
（4）相关仪器、仪表的使用和基本知识。 4.各种传输方式、工作原理、网络结构。 5.其他知识： 本专业维护规程。 （二）无线通信专业技术知识 无线通信专业分为无线传输系统、微波传输系统、卫星通信传输系统、无线接入四个职业功能，每个职业功能还分为不同的工作内容。每个工作内容为一个考试模块，考生只需选择某一考试模块参加考试。 一、无线传输系统 ●工作内容：长波、中波、短波、超短波 ●专业能力要求：1．掌握测试仪表、工具的使用方法。 2．能够对分析测试结果，提出改进质量的技术措施。 3．掌握设备的软硬件构成及所使用的软件语言。 4．掌握各种电源设备的工作原理和性能。 5．熟练掌握主要测试仪表的原理和使用方法。 6．具备主持制定大中型工程计划并组织实施的能力。
7．完成设备的大修、更新、改造，组织新设备的安装、测试开通。 ●相关知识：1．电波传播特性。 2．针对大功率发射机设备的风冷、水冷循环系统原理。 3．无线通信原理。 4．无线通信系统基础知识。 5．无线通信业务知识。 二、微波传输系统 ●工作内容：微波终端、微波中继 ●专业能力要求：1．微波通信传输系统的结构。 2．监控系统的原理和组成。 3．掌握测试仪表、工具的使用方法。 4．能够对分析测试结果，提出改进质量的技术措施。 5．掌握设备的软硬件构成及所使用的软件语言。 6．掌握各种电源设备的工作原理和性能。 7．熟练掌握主要测试仪表的原理和使用方法。 ●相关知识：1．无线通信原理。 2．无线通信系统基础知识。 3．无线通信业务知识。 三、卫星通信传输系统
当前移动通信的安全隐患和解决方法 在过去的20年中，中国的移动无线通信产业在历次的技术变革中，都准确把握了技术方向，在适当的时机引入了适当的技术，保证了整个产业的良性发展。在未来的20年里，移动/无线技术还将向何处发展，我们面临哪些机遇呢？我们又面临哪些挑战性的问题呢？ 当前，随着移动通信和互联网的迅猛发展，以及固定和移动宽带化的发展趋势，通信网络和业务正发生着根本性的变化。体现在两大方面：一是提供的业务将从以传统的话音业务为主向提供综合信息服务的方向发展;二是通信的主体将从人与人之间的通信扩展到人与物、物与物之间的通信，渗透到人们日常生活的方方面面。安全性问题是移动无线通信难解的心结。关于移动无线通信安全问题，在平时的日常生活中我们都有切身体会，比如说手机病毒、流氓软件、间谍软件、手机隐私保护、垃圾信息、电话骚扰等等，这些问题越发引起人们的注意，特别是引起了生产商与运营商的强烈关注。 移动通信设备 移动通信设备和服务通常被认为是比较安全的领域，与电脑遭受的威胁相比，移动通信设备面临的安全威胁可谓小巫见大巫。然而，最近几年，针对移动通信设备的恶意软件的发展速度已大大超过了以非移动设备为攻击目标的恶意软件。恶意软件可通过邮件和信息附件、下载应用程序以及蓝牙等方式传播。与此同时，网络钓鱼诈骗垃圾邮件和移动间谍软件也开始将魔掌伸向移动通信设备。而黑客们也在通过一种新型社交网络，采用一些狡猾的伎俩诱使用户安装这类恶意软件。 如今，越来越多的员工带着某种智能电话或者个人数字助理(PDA)去上班，无论黑莓、iPhone还是其他的智能移动终端开始涌入工作场所：从智能电话、VoIP系统、闪存棒到虚拟网络世界，不一而足。作为公司，他们不愿意将公司的机密和信息让员工带着外出和泄密，作为员工，个人也不愿意将个人的隐私数