17716-城市轨道交通信号与通信系统-张利彪-项目4 (8学时)

城市轨道交通专业核心课程数字资源课程名称：城市轨道交通通信信号教材名称：《城市轨道交通信号与通信系统》书号：ISBN978-7-114-17716-3主编：张利彪资源名称：PPT课件项目4城市轨道交通传输与服务

系统应用学习任务1.了解通信系统的模型。2.掌握通信及传输的方式。3.掌握通信传输系统的网络结构。4.掌握通信传输系统的运行。5.掌握集群和专用通信方式的特点。6.掌握无线通信系统的结构。7.时钟系统的结构和功能33任务1通信基础的认知55本章的焦点问题：通信模型通信及传输方式无线通信多址方式4.1.1通信系统的模型4.1.2通信及传输方式4.1.3信道与信道容量4.1.4调制41234.1.5无线通信基础54.1.1通信系统的模型4.1.1通信系统的模型信息源（简称信源）把各种消息转换成原始电信号发送设备产生适合于在信道中传输的信号信道将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质噪声源集中表示分布于通信系统中各处的噪声接收设备从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号受信者（信宿）把原始电信号还原成相应的消息4.1.1通信系统的模型模拟信号和数字信号4.1.1通信系统的模型

模拟通信4.1.1通信系统的模型第一种变换是在发送端把连续消息变换成原始电信号，在接收端进行相反的变换，这种变换由信源和信宿来完成第二种变换：把基带信号变换成适合在信道中传输的信号，并在接收端进行反变换，这就是调制和解调。4.1.1通信系统的模型

数字通信4.1.1通信系统的模型信源编码提高信息传输的有效性完成模／数(A/D)转换信道编码增强数字信号的抗干扰能力提高通信系统的可靠性4.1.2通信及传输方式单工、半双工和全双工4.1.2通信及传输方式并行传输和串行传输4.1.3信道及信道容量信道连接发送端和接收端的通信设备其功能是将信号从发送端传送到接收端无线信道和有线信道光也是一种电磁波，它可以在空间传播，也可以在导光的媒质中传输4.1.3信道及信道容量信道容量信道能够传输的最大平均信息速率4.1.4调制调制就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式的过程，就是使载波随信号而改变的技术。信号源的信息（也称为信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。4.1.4调制调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（也称为信宿）处理和理解的过程。4.1.4调制正弦波幅度调制正弦载波幅度随调制信号而变化的调制，简称调幅（AM）。数字幅度调制也叫作幅度键控（ASK）。调幅的技术和设备比较简单，频谱较窄，但抗干扰性能差，广泛应用于长中短波广播、小型无线电话、电报等电子设备中。正弦波频率调制正弦载波的瞬时频率随调制信号的瞬时值而变化的调制，简称调频（FM）。数字频率调制也称移频键控（FSK）。4.1.4调制正弦波相位调制正弦载波的瞬时相位随调制信号而变化的调制，简称调相（PM）。数字调相也称移相键控（PSK）。脉冲调制脉冲调制可分为脉冲调幅（PAM）、脉冲调相（PPM）、脉冲调宽(PWM）等方式。通常把模拟-数字信号转换也看做是脉冲调制，这种调制有脉码调制（PCM）、差值脉码调制（DPCM）、增量调制（ΔM）等。脉冲调幅实质上就是信号采样。常用于模-数转换电路、信号转换电路和各种电子仪器（如采样示波器等）。4.1.5无线通信技术基础无线通信的多址方式有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址(CDMA)和空分多址（SDMA）四种4.1.5无线通信技术基础长波信道中波信道短波信道微波信道卫星信道4.1.5无线通信技术基础无线通信的多址方式有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址(CDMA)和空分多址（SDMA）四种任务2通信传输系统应用2525本章的焦点问题：

传输系统结构传输系统接口传输介质4.2.1传输系统的模型4.1.2传输网络结构4.2.3传输系统与其他系统的接口4.2.4传输介质41234.2.5传输技术54.2.1传输系统结构4.2.1传输系统结构光纤骨干网光纤贯穿整个传输网络短距离连接使用电缆或多模光纤和LED光源长距离只能使用单模光纤，可靠保障网络节点用户访问网络、使用网络的途径为用户接口卡提供电源接收用户接口卡信息发送到光纤网络接收光纤网络信息传送到用户接口卡Page284.2.1传输系统结构用户接口卡用户接入系统，自身系统延伸硬件板卡跳线和微动开关实现软件通过网络中心实现RS485卡、以太网卡、RS422卡、语音卡网络管理系统基于主流、成熟的操作系统友好的操作界面对传输网络的配置、扩展、管理、维护4.2.2传输网络结构星型拓扑结构以中心节点为中心中心到节点的传输更多设备、电缆受地理环境影响大4.2.2传输网络结构星型拓扑结构以中心节点为中心中心到节点的传输更多设备、电缆受地理环境影响大4.2.2网络结构环形结构发生故障时，自动切换到另一回路4.2.2网络结构总线型拓扑结构4.2.2传输网络结构网状型拓扑结构4.2.3传输系统与其他系统的接口传输系统为通信和信号等系统提供信息传输，因此传输系统必须对各系统带宽和接口进行计算和预留一般情况下公务、专用电话数字中继、PABX局间中继及无线基站链路采用2M数字通信接口专用通信、广播、时钟等其它系统以及信号系统等采用以太网，且要求各种业务以太网通道要求相互独立4.2.3传输系统与其他系统的接口4.2.4传输介质双绞线由一对相互绝缘的金属导线绞合而成可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰降低多对绞线之间的相互干扰把两根绝缘的导线互相绞在一起，干扰信号作用在这两根相互绞缠在一起的导线上是一致的在接收信号的差分电路中可以将共模信号消除，从而提取出有用信号双绞线4.2.4传输介质同轴电缆同轴电缆内芯对信号传输影响最大材质要求高外导体回路导体屏蔽作用绝缘层

●护套介电常数低机械、化学腐蚀保护结构一致，以保证阻抗均匀

4.2.4传输介质光纤光纤：用石英玻璃（SiO2）制成的双层同心圆柱内层纤芯折射率n1包层折射率n2光纤光纤分类均匀光纤:n1>n2非均匀光纤:n1随半径按规律减小到包层n2单模光纤：光传输只一种模式，频带宽，容量大多模光纤：多模式传输光纤光纤导光原理n1>n2入射角大，发生全反射Page43光纤的安全使用光学设备标示（半导体激光）请不要尝试调整或修改激光及其控制电路请不要直接看光学端口或者光纤的末端在准备好连接电缆之前请不要移除保护盖小心接触破损的光纤，锐利的光纤可能引起眼睛和皮肤伤害4.2.5传输技术PCM脉码调制PCM脉码调制是实现语音信号数字化的一种方法。是对模拟信号数字化的取样技术，将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。PCM对信号每秒钟取样8000次；每次取样为8个位，总共64kbps。语音信号是连续变化的模拟信号，实现语音信号的数字化必须经过抽样、量化和编码三个过程。4.2.5传输技术波分复用波分复用指在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息,称为光波分复用技术,简称WDM。光波分复用包括频分复用和波分复用。光频分复用(FDM)技术和光波分复用(WDM)技术无明显区别，因为光波是电磁波的一部分,光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解，光频分复用指光频率的细分，光信道非常密集。光波分复用指光频率的粗分，光倍道相隔较远，甚至处于光纤不同窗口。4.2.5传输技术SDH传输技术SDH（SynchronousDigitalHierarchy，同步数字体系）是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，它不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护。任务3无线系统应用4848本章的焦点问题：

LTE无线通信基于LTE的DCS结构4.3.1WLAN无线通信4.3.2LTE无线4.3.3基于LTE技术的DCS网络1234.3.1WLAN无线通信WLAN(WirelessLocalAreaNetwork，简称WLAN)，是以无线信道作为传输介质的计算机数据传输系统，利用射频(RadioFrequency，RF)技术，取代双绞铜线所构成的局域网络，使得局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它达到“信息随身化，便利走天下”的理想境界。4.3.1WLAN无线通信无线局域网是相当方便的数据传输系统，他取代双绞铜线作为局域网新的物理连接方式，具有以下几大特点：具有高移动性、抗干扰性强、安全性能强、高吞吐量、扩展能力强、建网容易，管理方便、开发运营成本低、受自然环境、地形及灾害影响较小。4.3.1WLAN无线通信无线局域网由无线网卡、无线接入点(AP)、计算机和有关设备组成，采用单元结构，将整个系统分成许多单元，每个单元称为一个基本服务组(BSS)，BSS的组成有以下三种方式：一是集中控制方式，每个单元由一个中心站控制，网中的终端在该中心站的控制下与其他终端通信。尽管BSS区域较大，但其所建中心站的费用较昂贵；二是分布对等式，BSS中任意两个终端可直接通信，无需中心站转接。尽管BSS区域较小，但这种方式的结构简单，使用方便；三是集中控制式与对等式相结合的方式。无线局域网的架构图如图2.2所示。4.3.1WLAN无线通信4.3.2LTE无线通信LTE（LongTermEvolution，长期演进)是由3GPP（The3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作伙伴计划）组织制定的UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信系统）技术标准的长期演进。专有频段，避免公众信号干扰TDLTE采用专有频段，与Wi-Fi、蓝牙、公网等分开避免各类公众无线信号干扰，确保经过干扰区域时车载业务体验和行车安全专有技术，避免系统内部干扰使用IRC、BF等技术避免同频干扰，解决LTE同频组网时邻区干扰ICIC抑制系统内邻区干扰，提高小区边缘信道质量和带宽，确保小区边缘业务平稳4G专有频段ICIC技术54长距离覆盖，减少设备、简化维护每RRU远距离覆盖，减少轨旁基站数量隧道内设备大幅度减少，减少安装维护工作BBU部署在车站，RRU部署在车站靠近隧道处，维护检修方便，时间灵活选择隧道内基本“零”设备部署关键技术测量报告eOMCLTE基站测量报告TAU55核心网BBUBBURRURRUTAU切换瞬间数据缓存快速无线切换切换后缓存数据发送统一管理，远程集中监控车载终端和地面基站、核心网在同一套网管上管理车载终端根据网管的配置，定期或事件触发上报终端状态支持对原始数据、表格历史数据导出操作，方便用户分析网络质量、定位问题RRU覆盖远，快速切换算法RRU覆盖距离远，减少切换次数切换时间快(用户面<80ms)切换缓存机制:切换成功前原基站收发数据、切换瞬间缓存(<80ms)、切换成功发送缓存。缓存机制确保无线切换无缝平滑，避免切换引起业务数据丢失关键技术CBTC实时数据集群调度业务(语音)列车运行状态信息紧急信息文本下发车载闭路电视监控PIS流媒体业务集群调度业务(视频)综合承载LTE-M在保证列控数据的完整性、实时性和可靠性的同时承载以下业务：LTE-M系统应具备承载CBTC列控信息（含列车状态信息）车载视频监控数据回传车载乘客信息下发（含紧急文本）手持终端视频监控和回传等功能系统应支持基于用户和基于业务的优先级保障。在业务拥塞的情况下，应有优先级机制支持高QoS等级用户的业务正常进行，其中，CBTC具有最高的优先级。56关键技术4.3.3基于LTE技术的DCSTAUTAU车载网络车载控制器车载路由器LTE核心网LTE核心网B网A网接入层终端层定向天线定向天线正线/车站车辆段/停车场合路器合路器GPSGPS核心层CBTC业务系统应用层漏缆中心路由器中心交换机车站交换机BBU+RRU防火墙中心路由器中心交换机骨干网接入网57功分器功分器网络结构4.3.3基于LTE技术的DCSLTE-M系统在不同频段宽度下可提供的速率与发射功率、子帧配比、天线设置、调制方式等因素相关，典型的组网方式如下表（A网综合承载网、B网仅CBTC）序号频率宽度组网方式可承载业务15M网络A：3MHzCBTC网络B：1.4MHzCBTC210M网络A：5MHzCBTC+紧急文本+列车状态监控网络B：3MHz/5MHzCBTC315M网络A：10MHzCBTC+紧急文本+列车状态监控+1路标清PIS+1~2路标清CCTV+集群网络B：3MHz/5MHzCBTC420M网络A：10MHzCBTC+紧急文本+列车状态监控+1路标清PIS+1~2路标清CCTV+集群网络B：5MHz/10MHzCBTC注：在实际组网中应考虑隔离频段。4.3.3基于LTE技术的DCS综合承载LTE核心网（A网）LTE核心网（B网）功分器功分器定向天线室分天线正线/车站（双网）车辆段合路器GPSGPSCBTC业务系统PIS业务系统CCTV业务系统ATS信息编辑视频播放视频墙漏缆中心路由器BBU（A网）中心路由器RRUTetraRRUCBTC镜像存储CBTC镜像存储BBU（A网）BBU（B网）BBU（B网）骨干网传输网络RRURRU任务4时钟系统应用6161本章的焦点问题：

时钟系统的功能

时钟系统的运行4.4.1时钟系统的结构4.4.2时钟系统的功能4.4.3时钟系统的运行123时钟系统时钟系统为控制中心调度员、车站值班员、列车司机、各部门工作人员及乘客提供统一的标准时间信息为城市轨道交通其它系统的中心设备提供统一的时间信号时钟系统的设置对保证地铁运行计时准确、提高运营服务质量起到了重要的作用4.4.1时钟系统的构成4.4.1时钟系统的构成GPS接收单元4.4.1时钟系统的构成监控单元设置于控制中心，与一级母钟相连，实时监控时钟系统主要设备运行状况。二级母钟设于各车站/车辆段通信设备室内，用于接收一级母钟的校时信号，并驱动子钟4.4.1时钟系统的构成从TCC获得信息的时钟系统4.4.2时钟系统功能1、一级母钟应接受TCC中心母钟的同步校时信号，一级母钟通过RS422接口与指挥中心的母钟相连，协议由指挥中心定义。一级母钟还应能接收外部标准时间信号来校准，以免产生累积误差。当接收外部标准时间信号的装置出现故障时，一级母钟利用自身的高稳定度晶振产生的时间信号仍可驱动二级母钟正常工作，并向