CBTC 无线信道规划中信道间干扰因子的研究

4 应用信道间干扰因子研究信道干扰对接收信号质 量的影响
接下来， 使用信道间干扰因子计算信道间干扰对接收信号230源自2009 ，45 （25 ）
Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用
60 50 40 CH1&2 CH1&3 CH1&4 CH1&5 CH1&6
由图 1 可看出， 当两信道间隔小于等于 4 （如信道 1 和信 道5 ） 时， 信道之间存在不同程度的重叠， 这样会产生信道间干 扰， 影响该信道上工作设备的通信效率。当两信道间隔大于等 于 5 时， 信道间重叠干扰的影响可以基本忽略， 两信道互不干 扰地同时工作。
基金项目： 国家自然科学基金 （the National Natural Science Foundation of China under Grant No.60521002 ） ； 上海 - 应用材料研究与发展基金 （Shanghai Applied Material Research and Development Foundation No.07SA02 ） 。 计； 刘涛 （1971） ， 男， 讲师， 研究方向： 通信系统规划设计。 收稿日期： 2008-05-14 修回日期： 2008-08-04 作者简介： 黄柏宁 （1983） ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 通信系统规划设计； 戎蒙恬 （1952-） ， 男， 教授， 博士生导师， 研究方向： 通信与集成电路设
（Signal to Interference plus Noise Ratio ， 信号干扰噪声 SINR 比 ） 的影响。模拟场景如图 5 所示。
SINR/dB
30 20 10 0
AP#1 Point A Point B
AP#2 Point C
图5
模拟场景示意图
-10 -20 0 50 100 150 200 Distance/m 250 300 350
由表 2 可以看出， 随着信道间隔逐渐加大， 信道间干扰也 随之减小 。 当信道间隔为 1 或 2 时，干扰因子为 0.652 2 和 数据传输受相邻信道干扰很大。 当信道间隔达到 5 时， 0.324 9， 干扰因子已经下降到 0.007 4，基本可以认为是相互独立互不 干扰的。这与前文从信道频率特性图上得出的结论一致 。
Σ
t =0
（π （f-fi） ） sin T T （f-fi） π T
2
IEEE802.11g 标准对 OFDM 调制方式的参数作出了具体 规定 （见表 1 ） ， 可以结合这些参数获得其 OFDM 信号的功率谱 密度图 （图 2 ） 。
表 1 IEEE802.11g 中 OFDM 参数[6]
主要参数 速率（ ） / Mb/s 调制方式 编码效率 子载波数量 前导数量 OFDM 符号时间 保护间隔 子载波间隔 信道间隔 数值 6， 9， 12， 18， 24， 36， 48， 54 BPSK， QPSK， 16-QAM， 64-QAM 1/2， 2/3， 3/4 52 4 4 μs 800 ns 312.5 KHz 5 MHz
其频率响应曲线如图 3 所示。 经过滤波后的 OFDM 信号功率谱密度如图 4 所示。 接下来， 引入一个交叠函数， 它代表信道 i 和信道 j 在频率 （i， ） （ch （i， ） ） · （ch （i， ） ） · f 上的交叠程度： overlap j， f =Spec f Filt f （ch （j， ） ） · （ch （j， ） ） ， Spec f Filt f （i-1 ） f-2 412-5 其中 ch （i， ） 。 f = 22 对该函数在 2 350 MHz 到 2 550 MHz 频段上进行积分， 算 得信道 i 和信道 j 之间的干扰因子， 计算公式如下：
2 550
1 olfi， j= olf0
2 350
） j， x dx 乙overlap（i，
3.2
信道间干扰因子的计算过程
根据 OFDM 调制原理， 归一化的 OFDM 信号复包络为[5]： （t ） （t- T ） （j2πfi t ） s = di rect exp Σ 2 i =0 姨N 1
N-1
摘 要： 基于无线通信的列车控制系统一般采用 IEEE802.11g 标准无线局域网实现数据传输。根据 IEEE802.11g 标准的 OFDM 调 研究不同信道间的频率重叠干扰情况， 计算得到信道间干扰因子。 然后在一应用场景中 制方式并结合其 11 个无线信道频率特性， 分析信道干扰对设备接收信号质量的影响， 可为设计信道分配方案提供参考。 关键词： 无线通信的列车控制系统 （CBTC ） ； 信道间干扰； 干扰因子 IEEE802.11g； DOI： 10.3778/j.issn.1002-8331.2009.25.070
文章编号： （2009 ） 1002－8331 25-0228-03
1
引言
基于通信的列车控制系统 （Communication-Based Train
的影响， 可为设计 CBTC 系统信道分配方案提供参考。
） 通过无线通信实现对列车的定位和控制， 已成 CBTC Control， [1] 为当前城市轨道交通列车控制的主流发展方向 。CBTC 主要 采用 OFDM 调制的 IEEE802.11g 无线局域网技术来实现其数 据通信[2]。 由于 CBTC 的无线通信系统有较高的吞吐量和可靠性要 求， 需要多个无线信道同时工作， 然而增加工作信道会加大信 道间干扰， 设备性能受邻近信道影响而降低， 两信道很接近时 甚至会造成通信性能严重恶化。在 CBTC 无线信道规划中， 一 方面增加工作信道数目有利于提高整体吞吐量，另一方面信 道相互干扰加大会导致单个设备吞吐量减少，所以要在工作 信道数目和信道相互干扰之间取得平衡，达到系统整体吞吐 量最大化。 评估 CBTC 无线信道规划性能时， 需要确定无线信道间干 扰情况。将分析 IEEE802.11g 标准的无线信道频率特性， 同时 结合 OFDM 调制方式，用 Matlab 研究各无线信道间重叠干扰 情况， 对无线信道间干扰因子作定量分析。 然后根据干扰因子， 在一具体应用场景中分析不同信道间隔对设备接收信号质量
228
2009 ，45 （25 ）
Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用
CBTC 无线信道规划中信道间干扰因子的研究
黄柏宁， 戎蒙恬， 刘 涛， 杜新华 ， HUANG Bai-ning RONG Meng-tian， LIU Tao， DU Xin-hua
（即 Point A ） 和 AP#2 （即 Point C ） 为相距 350 米的两 AP#1 ） 在两 AP 之间移动， 列车 个无线网络接入点， 有一列车 （Point B 与两 AP 分别建立不同信道上的无线连接，工作在不同信道的 两 AP 会相互干扰。可以通过以下公式计算 Point A 的 SINR： （ PA[dBm]=10lg ） -MFade ） 2×PAP×PL|C-A|×olfi， + P noise j
在进行无线通信系统信道规划时， 一方面要考虑不同信道
另外， IEEE802.11 标准无线网卡发射端和接收端的 IF 滤 波器会对通过的 OFDM 信号产生影响， 使其两侧的功率谱密 度大大降低 。 引入使用的 PRISM II 网卡 IF 滤波器频率响应 函数： （w ） Filt = 1 （2.6w ） 1+
Á Á
文献标识码： A 中图分类号： U285.5
5 10 4 9 3 8 2 7 频 率 6 11 Hz 2.483 5 GHz
黄柏宁， 戎蒙恬， 刘
涛， 等： CBTC 无线信道规划中信道间干扰因子的研究
2009 ，45 （25 ）
229
3 3.1
信道间干扰因子的计算 信道间干扰因子研究对无线信道规划的意义
（Communication-Based Train Control ） usually employs the IEEE802.11g WLAN to implement its data communi－ Abstract：CBTC cation.This paper simulates the overlapping effect and makes a quantitative analysis to the overlapping factors among the 11 dard.Then the impact of overlapping effect among channels is assessed on the received signal quality in a scene for evaluation. （CBTC ） ； Key words：Communication-Based Train Control IEEE802.11g； overlapping effect among channels； overlapping factor wireless channels according to the characteristics of OFDM modulation and channel frequencies assigned by IEEE802.11g stan －
6
的无线设备互不干扰同时工作， 另一方面要考虑无线资源的宝 贵而提高频段利用率， 所以设计者倾向使用信道 1、 信道 6 和 信道 11 这种组合方案。因为该方案的信道间隔都大于等于 5， 同时工作的信道数目为 3， 在设备互不干扰的情况下获得理想 的信道利用率。 然而 CBTC 系统有较高的通信冗余度要求， 它往往需要 4 到 6 个信道同时工作。因此， 这些特殊的应用场景要求在工作 信道数目和信道干扰之间取得平衡， 在原有的 3 信道组合方案 基础上， 考虑使用更多的信道， 增加工作设备数量， 代价是设备 间干扰加大导致单个设备吞吐量下降。 但由于工作设备数量增 加， 系统整体吞吐量可能会得到有效提升。 对信道规划进行计算机仿真时，往往需要一类重要的参 数： 不同信道间干扰因子， 它定义为两个不同信道在整个工作 频段上的频率重叠程度。