歸甜甜 王長(zhǎng)林

西南交通大學(xué) 610031 成都

*碩士研究生 ＊＊教授

弓網(wǎng)電弧主要產(chǎn)生高頻電磁波，且頻率大部分落在GSM-R所使用的頻段范圍內(nèi)。當(dāng)電磁噪聲幅度較大時(shí)，將嚴(yán)重影響通信系統(tǒng)的可靠性，使通信系統(tǒng)誤碼率急劇增高，甚至造成通信中斷。CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的車(chē)-地雙向通信數(shù)據(jù)，需要通過(guò)GSM-R系統(tǒng)傳輸，因此不能有絲毫的錯(cuò)誤發(fā)生。為此，分析弓網(wǎng)電弧對(duì)GSM-R的干擾，研究弓網(wǎng)電弧噪聲特點(diǎn)，將RS-Turbo編碼應(yīng)用于GSM-R系統(tǒng)，建立GSM-R抗干擾信道模型，優(yōu)化GSM-R差錯(cuò)控制方式，顯得尤為重要。

1 弓網(wǎng)離線噪聲

弓網(wǎng)離線噪聲具有很寬的頻譜，從十幾kHz到上GHz，其特點(diǎn)如下:①由于弓網(wǎng)離線為隨機(jī)事件，因此產(chǎn)生的噪聲也是隨機(jī)事件;②噪聲是一個(gè)平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程，經(jīng)過(guò)均化處理符合高斯白噪聲的特點(diǎn);③噪聲會(huì)引起信道突發(fā)錯(cuò)誤。弓網(wǎng)離線時(shí)產(chǎn)生的離線電弧和電火花可能性較大，由此產(chǎn)生的電磁噪聲對(duì)GSM-R影響不容忽視。

2 GSM-R抗干擾信道模型

交織技術(shù)可把信道突發(fā)噪聲轉(zhuǎn)化為隨機(jī)噪聲處理，再將外編碼和內(nèi)編碼技術(shù)結(jié)合，糾正隨機(jī)錯(cuò)誤，這是處理突發(fā)噪聲的常用方法。RS碼是最優(yōu)的線性分組碼，非常適于突發(fā)錯(cuò)誤信道的外編碼;而Turbo內(nèi)部有交織器，可以把弓網(wǎng)離線噪聲造成的GSM-R突發(fā)錯(cuò)誤均化為隨機(jī)錯(cuò)誤，是適合糾正突發(fā)錯(cuò)誤的內(nèi)編碼技術(shù)。因此將RS碼和Turbo碼級(jí)聯(lián)編碼，利用串聯(lián)的RS糾錯(cuò)碼糾正Turbo碼不能糾正的錯(cuò)誤，從而提高糾錯(cuò)能力。RS-Turbo碼的編譯碼器可以在系統(tǒng)中發(fā)揮2種碼字的優(yōu)勢(shì)，提高了系統(tǒng)的差錯(cuò)控制能力，比傳統(tǒng)的卷積碼優(yōu)勢(shì)明顯。

GSM-R信道編碼方式采用BPSK調(diào)制解調(diào)、交織技術(shù)和RS-Turbo級(jí)聯(lián)碼編碼，如圖1所示，提高了GSM-R抗突發(fā)錯(cuò)誤能力。

圖1 GSM-R信道編碼方式

3 GSM-R差錯(cuò)控制仿真

由于GSM-R運(yùn)用的是GMSK調(diào)制、卷積碼技術(shù)，故分3個(gè)部分仿真優(yōu)化差錯(cuò)控制方式:①采用MSK調(diào)制方式，仿真比較Turbo碼和卷積碼的誤碼曲線;②采用BPSK調(diào)制方式，仿真RS-Turbo碼的誤碼曲線;③把RS-Turbo碼加入交織技術(shù)仿真分析。

卷積碼采用 (2，1，7)組合，碼速為1/2，譯碼為維特比硬判決;Turbo碼采用LOG-MAP方式譯碼，碼速為1/2，交織長(zhǎng)度1000bit，迭代次數(shù)為6次，偽隨機(jī)交織方式。仿真結(jié)果如圖2所示，虛線為卷積碼曲線，實(shí)線為T(mén)urbo碼曲線。

圖2 MSK調(diào)制下卷積碼與Turbo碼誤碼性能分析

由圖2可見(jiàn)，GSM-R系統(tǒng)采用Turbo碼比卷積碼性能優(yōu)越，Turbo碼在與卷積碼復(fù)雜度相差不大的情況下，有更好的性能。Turbo碼利用卷積碼和隨機(jī)交織器結(jié)合，糾正隨機(jī)錯(cuò)誤，通過(guò)交織器把突發(fā)錯(cuò)誤隨機(jī)化，同時(shí)又采用軟輸入、軟輸出迭代譯碼來(lái)逼近最大似然譯碼。

弓網(wǎng)離線產(chǎn)生的電磁波導(dǎo)致GSM-R信道出現(xiàn)長(zhǎng)突發(fā)錯(cuò)誤，當(dāng)長(zhǎng)突發(fā)錯(cuò)誤或隨機(jī)錯(cuò)誤較多時(shí)，就需用RS-Turbo級(jí)聯(lián)碼來(lái)糾錯(cuò)編碼，并用BPSK調(diào)制技術(shù)來(lái)優(yōu)化編碼調(diào)制，進(jìn)一步降低GSM-R系統(tǒng)誤碼率。

采用部分迭代 RS碼硬判決譯碼，幀長(zhǎng)為2000bit，采用BPSK調(diào)制，交織長(zhǎng)度2000bit，RS(255，223);Turbo碼的譯碼算法采用LOG-MAP算法，分量碼生成矩陣均為G(7，5)，迭代次數(shù)為7次，碼率為1/3。仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 RS-Turbo級(jí)聯(lián)碼的BER

從圖3中看出，RS-Turbo級(jí)聯(lián)碼的誤碼率突破了10－6的錯(cuò)誤平層，具有極強(qiáng)的糾錯(cuò)能力。由此可以看出，RS-Turbo碼不僅能降低系統(tǒng)誤比特率，同時(shí)對(duì)糾正弓網(wǎng)離線噪聲造成的長(zhǎng)突發(fā)信道錯(cuò)誤也是非常有效的。

交織技術(shù)是處理弓網(wǎng)離線噪聲引發(fā)的信道突發(fā)錯(cuò)誤的關(guān)鍵技術(shù)，由于Turbo碼內(nèi)部交織器的作用有限，所以要在編碼外部加入交織器，交織后通過(guò)RS-Turbo碼實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)編碼。交織前后對(duì)誤碼率的影響見(jiàn)圖4，其中虛線表示級(jí)聯(lián)碼譯碼誤碼率，實(shí)線表示級(jí)聯(lián)碼加交織后譯碼誤碼率。

圖4 交織和RS-Turbo碼結(jié)合的性能

由圖4可以看出，在Eb/No＜ldB時(shí)，加交織后的BER曲線與不加交織時(shí)相差不大，即當(dāng)Eb/No比較小時(shí)，級(jí)聯(lián)碼譯碼后誤碼率比較高，并且加交織器作用不明顯。當(dāng)Eb/No＞ldB時(shí)，交織器發(fā)揮了重要的作用。把突發(fā)噪聲分散為離散噪聲，優(yōu)化了誤碼率曲線。理論上是可行的。

在GSM-R的演進(jìn)過(guò)程中，必將采用更新的調(diào)制解調(diào)技術(shù) (BPSK)和信道編碼技術(shù)。BPSK是3G的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，RS-Turbo碼中Turbo碼是3G糾錯(cuò)編碼方式。選用BPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)和Turbo碼糾錯(cuò)編碼技術(shù)是GSM-R向下一代通信演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)，有利于GSM-R向3G的平滑演進(jìn)。

綜上所述，電氣化弓網(wǎng)離線噪聲對(duì)GSM-R系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中存在著電磁干擾，通過(guò)交織技術(shù)和RSTurbo級(jí)聯(lián)碼結(jié)合糾錯(cuò)的方法，來(lái)降低這些干擾造成的信道突發(fā)錯(cuò)誤，對(duì)降低GSM-R電磁干擾，以及推進(jìn)GSM-R向3G演進(jìn)具有一定作用。解決GSM-R移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的干擾，尤其是降低電磁干擾，是一項(xiàng)長(zhǎng)期不間斷而且非常復(fù)雜的工作，有待于在實(shí)際工作中進(jìn)一步摸索總結(jié)。

［1］ 高晨亮．GSM-R電磁干擾及測(cè)試問(wèn)題研究［J］．鐵道通信信號(hào)，2007，43(10):50 －53．

［2］ 陳嵩，沙斐，王國(guó)棟．電氣化鐵道脈沖電磁騷擾的Simulink模型［J］．鐵道學(xué)報(bào)，2009(1):23－27．