Multi-Valued Automatic Cab Signalling System Based on the CDMA Technology
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро
Abstract
ENG: Purpose. The work is aimed at the development of principles for the construction of multi-valued automatic cab signalling system (ACS) using the wide-band pseudorandom signals. Methodology. An analysis of existing ACS systems and modern telecommunication technologies has been performed to achieve the stated purpose. The multi-valued automatic cab signalling system CDMA-ACS has been proposed. The mentioned system utilizes wide-band pseudo-noise signals to transmit commands. System parameters: frequency band – 155...395 Hz, pseudorandom codes – 16-bit Walsh codes, spectrum spreading factor – 16, source signal bandwidth – 15 Hz, carrier modulation – DBPSK (differential binary phase-shift keying), information rate – 15 bit/sec, code combination length – 4 bits, maximum amount of commands – 256, the duration of single command transmission – 0.27 sec. Functional diagrams of generator and receiver of the multi-valued automatic cab signalling system have been designed. It has been suggested to apply the correlation method to receive the ACS signals. Findings. To investigate the proposed CDMA-ACS system the simulation modelling has been accomplished in MATLAB in two stages: at the first stage, the CDMA-ACS system was investigated as disturbance-free; at the second stage – under the influence of powerful narrow-band disturbances (traction current harmonics). It has been found that the system shows high immunity to narrow-band harmonic disturbances. The most significant harmonics of the traction current related to the system are 250 Hz and 300 Hz, since they are the closest to the carrier frequency of 275 Hz. It has been determined that errors in decoding the ACS commands occur if the signal-to-noise ratio becomes lower than -8 dB. To reduce the influence of 250 Hz and 300 Hz, harmonics the application of additional band-reject filters was proposed. Originality. For the first time, the authors of this work carried out research on the multi-valued automatic cab signalling system with the use of wide-band pseudo-random Walsh codes. Practical value. Implementation of solutions being proposed allows improving the informativeness and interference immunity for the automatic cab signalling system, reducing the duration of command transmission from the railway track to the cab.
UKR: Мета. Ця робота спрямована на розробку принципів побудови багатозначної системи автоматичної локомотивної сигналізації (АЛС) із застосуванням широкосмугових псевдовипадкових сигналів. Методика. Для досягнення поставленої мети проведено аналіз наявних систем АЛС та сучасних телекомунікаційних технологій. Запропоновано багатозначну систему автоматичної локомотивної сигналізації CDMA–АЛС, у якій для передачі команд використано широкосмугові шумоподібні сигнали. Параметри системи: частотна смуга – 155…395 Гц, псевдовипадкові коди – 16-бітні коди Уолша, коефіцієнт розширення спектру – 16, ширина спектру вихідного сигналу – 15 Гц, модуляція несучої – DBPSK (диференційна двопозиційна фазова маніпуляція), інформаційна швидкість – 15 біт/с, довжина кодової комбінації – 4 біти, максимальна кількість команд – 256, час передачі однієї команди – 0,27 с. Розроблено функціональні схеми генератора та приймача сигналів багатозначної автоматичної локомотивної сигналізації. Запропоновано використовувати кореляційний метод прийому сигналів АЛС. Результати. Для випробування запропонованої системи CDMA–АЛС проведено імітаційне моделювання в середовищі MATLAB у два етапи: на першому етапі було досліджено систему CDMA–АЛС за відсутності завад; на другому – за умови впливу потужних зосереджених за спектром завад (гармонік тягового струму). Установлено, що система має високу завадостійкість до вузькосмугових гармонічних завад. Найбільш суттєвими для системи є гармоніки тягового струму 250 та 300 Гц, оскільки вони найближчі до несучої частоти сигналу 275 Гц. Визначено, що помилки декодування команд АЛС виникають, якщо відношення сигнал / шум стає нижчим ніж –8 дБ. Для зменшення впливу гармонік 250 та 300 Гц запропоновано використовувати додаткові режекторні фільтри. Наукова новизна. Автори цієї роботи вперше виконали дослідження багатозначної системи автоматичної локомотивної сигналізації із застосуванням широкосмугових псевдовипадкових кодів Уолша. Практична значимість. Упровадження запропонованих рішень дозволить підвищити інформативність та завадостійкість системи автоматичної локомотивної сигналізації, зменшити час передавання команд із колії на локомотив.
UKR: Мета. Ця робота спрямована на розробку принципів побудови багатозначної системи автоматичної локомотивної сигналізації (АЛС) із застосуванням широкосмугових псевдовипадкових сигналів. Методика. Для досягнення поставленої мети проведено аналіз наявних систем АЛС та сучасних телекомунікаційних технологій. Запропоновано багатозначну систему автоматичної локомотивної сигналізації CDMA–АЛС, у якій для передачі команд використано широкосмугові шумоподібні сигнали. Параметри системи: частотна смуга – 155…395 Гц, псевдовипадкові коди – 16-бітні коди Уолша, коефіцієнт розширення спектру – 16, ширина спектру вихідного сигналу – 15 Гц, модуляція несучої – DBPSK (диференційна двопозиційна фазова маніпуляція), інформаційна швидкість – 15 біт/с, довжина кодової комбінації – 4 біти, максимальна кількість команд – 256, час передачі однієї команди – 0,27 с. Розроблено функціональні схеми генератора та приймача сигналів багатозначної автоматичної локомотивної сигналізації. Запропоновано використовувати кореляційний метод прийому сигналів АЛС. Результати. Для випробування запропонованої системи CDMA–АЛС проведено імітаційне моделювання в середовищі MATLAB у два етапи: на першому етапі було досліджено систему CDMA–АЛС за відсутності завад; на другому – за умови впливу потужних зосереджених за спектром завад (гармонік тягового струму). Установлено, що система має високу завадостійкість до вузькосмугових гармонічних завад. Найбільш суттєвими для системи є гармоніки тягового струму 250 та 300 Гц, оскільки вони найближчі до несучої частоти сигналу 275 Гц. Визначено, що помилки декодування команд АЛС виникають, якщо відношення сигнал / шум стає нижчим ніж –8 дБ. Для зменшення впливу гармонік 250 та 300 Гц запропоновано використовувати додаткові режекторні фільтри. Наукова новизна. Автори цієї роботи вперше виконали дослідження багатозначної системи автоматичної локомотивної сигналізації із застосуванням широкосмугових псевдовипадкових кодів Уолша. Практична значимість. Упровадження запропонованих рішень дозволить підвищити інформативність та завадостійкість системи автоматичної локомотивної сигналізації, зменшити час передавання команд із колії на локомотив.
Description
K. Honcharov: ORCID 0000-0002-0432-1077, R. Rybalka: ORCID 0000-0001-7444-0517
Keywords
automatic cab signalling, wide-band signal, code division multiple access, Walsh codes, correlation method, interference immunity, автоматична локомотивна сигналізація (АЛС), широкосмуговий сигнал, множинний доступ із кодовим розділенням, коди Уолша, кореляційний метод, завадостійкість, КАТ, НДЧ
Citation
Honcharov K. V., Rybalka R. V. Multi-Valued Automatic Cab Signalling System Based on the CDMA Technology. Наука та прогрес транспорту. 2021. № 6 (96). 14–23. DOI: 10.15802/stp2021/258171.