應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)解調(diào)及譯碼的實(shí)現(xiàn)研究

趙寧

【摘 要】隨著列車運(yùn)行速度的提升，其運(yùn)行密度不斷加大，鐵路運(yùn)輸對(duì)于列車控制系統(tǒng)安全性以及穩(wěn)定性有著更為嚴(yán)格的要求，分析車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中列車與地間傳送的信息，可以有效地保障列車運(yùn)行的安全性。應(yīng)答器作為一種具有較為顯著的高速率、高信息量以及高可靠性特征點(diǎn)式數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，在鐵路系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)答器譯碼分析，通過資源共享、流水線等技術(shù)手段，可以有效地縮短周期，提升設(shè)計(jì)的靈活性，具有較為顯著的作用與價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)答器;上行鏈路信號(hào)解調(diào);譯碼;實(shí)現(xiàn)研究

中圖分類號(hào)： TP29-AC文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）23-0059-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.025

應(yīng)答器就是一種在地面上列車信息傳輸?shù)囊环N點(diǎn)式設(shè)備，可以分為固定無源應(yīng)答器以及可變有源應(yīng)答器，其主要的用途就是為列控車載設(shè)備提供較為穩(wěn)定的地面固定信息以及相關(guān)可變信息。應(yīng)答器是一種可以想車載子系統(tǒng)發(fā)送報(bào)文信息的一種傳輸設(shè)備，可以傳送固定的信息內(nèi)容，也可以連接軌實(shí)現(xiàn)可變信息的傳送，是整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的安全體系。

1 應(yīng)答器分類

應(yīng)答器主要可以分為地面以及車載兩個(gè)設(shè)備，其中地面設(shè)備主要是通過無源應(yīng)答器、有源應(yīng)答器以及軌旁電子單元構(gòu)成，車載設(shè)備主要通過查詢主機(jī)、車載天線系統(tǒng)以及天線電纜等構(gòu)成。

1.1 無源應(yīng)答器

無緣應(yīng)答器可以存儲(chǔ)固定的信息，在列車通過無源應(yīng)答器上方的時(shí)候，無緣應(yīng)答器則可以接收車載天線發(fā)射電磁能量，系統(tǒng)會(huì)將其轉(zhuǎn)換為電能，通過在地面應(yīng)答器中存在的信息數(shù)據(jù)循環(huán)發(fā)送，在電能消失則其處于休眠狀態(tài)。

1.2 有源應(yīng)答器

有源應(yīng)答器主要通過電纜或者與地面的電子單元進(jìn)行連接，可以實(shí)時(shí)發(fā)送傳送的數(shù)據(jù)報(bào)文信息，在列車通過有源應(yīng)答器上方的時(shí)候，有緣應(yīng)答器則就會(huì)接收到車載天線發(fā)射的電磁能量，將其轉(zhuǎn)換為電能，則地面應(yīng)答器則可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射電路工作，將數(shù)據(jù)循環(huán)實(shí)時(shí)發(fā)送，直至電能消失其處于休眠狀態(tài)。

1.3 軌旁電子單元LEU

地面電子單元屬于是一種數(shù)據(jù)層埃及以及處理單元，可以根據(jù)外界變化的具體狀況以及條件，選擇在系統(tǒng)中存在的報(bào)文信息，將其傳送給地面有源應(yīng)答器，也可以將外部發(fā)送的應(yīng)答器報(bào)文直接的實(shí)現(xiàn)有源應(yīng)答器的傳送分析。

1.4 應(yīng)答器的工作原理

在列車查詢器通過地面應(yīng)答器的時(shí)候，應(yīng)答器則就會(huì)被查詢器瞬態(tài)公路激活進(jìn)而進(jìn)入到工作狀態(tài)中，可以向查詢器連續(xù)的發(fā)送在應(yīng)答器中存在的行車數(shù)據(jù)信息。

2 應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)解調(diào)及譯碼的實(shí)現(xiàn)研究

應(yīng)答器作為列車運(yùn)轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)中的點(diǎn)式高速傳輸設(shè)備，在特定的地點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)車載設(shè)備的發(fā)送進(jìn)路參數(shù)、線路坡度以及定位信息參數(shù)，可以保障列車的高速運(yùn)行安全性。其主要是通過地面設(shè)備以及車載設(shè)備構(gòu)成。車載設(shè)備中核心的部分就是載頻發(fā)生器、接收解調(diào)部分、譯碼以及數(shù)據(jù)通訊存儲(chǔ)等相關(guān)系統(tǒng)構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)上行鏈路信號(hào)的接收解碼。

應(yīng)答器系統(tǒng)通過電磁感應(yīng)原理可以有效地實(shí)現(xiàn)車一地間之間的高速點(diǎn)式數(shù)據(jù)通信。通過將車載BTM模塊中載頻發(fā)生器產(chǎn)生的功率載波的處理，利用在機(jī)車底部車載天線進(jìn)行發(fā)射，在地面應(yīng)答器接收到下行的能量載波之后，則可以激活電路啟動(dòng)工作。無源應(yīng)答器可以在內(nèi)部中存在的固定數(shù)據(jù)報(bào)文信息發(fā)送給車載天線。

2.1 應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)解調(diào)方法

2.1.1 相干檢測(cè)法

2FSK信號(hào)相干檢測(cè)首先要將接收系統(tǒng)輸入信號(hào)進(jìn)行兩路帶通濾波器提取，分析已調(diào)頻率信號(hào)，分別利用相乘器以及不同頻率的本地同步載波信號(hào)進(jìn)行相乘，利用低通濾波器濾除高頻分量，通過將低頻信號(hào)進(jìn)行抽樣分析，通過判決器比較，則可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)解調(diào)，此種方式具有良好的抗干擾性特征。

2.1.2 非相干檢測(cè)法

非相干檢測(cè)也就是包絡(luò)檢波法，此種方式首先將2FSK信號(hào)送入到兩路帶通濾波器中，將濾出不同的高頻信號(hào)通過包絡(luò)檢波器進(jìn)行處理，提取包絡(luò)，通過抽樣判決器判決分析，通過基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。此種方式在操作中無須恢復(fù)本地的載波信號(hào)，按時(shí)在實(shí)踐中簡單的帶通濾波器則無法滿足解調(diào)的實(shí)際需求。

2.1.3 過零點(diǎn)檢測(cè)法

過零點(diǎn)檢測(cè)就是通過對(duì)不同數(shù)字調(diào)頻濾波在單位時(shí)間中通過零點(diǎn)次數(shù)不同特征，檢測(cè)分析載波頻率傳輸時(shí)刻中通過零點(diǎn)的具體次數(shù)，根據(jù)結(jié)果衡量載波頻率。主要檢測(cè)原理就是通過將接受地信號(hào)送入到帶通濾波器中，通過限幅器限幅，將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ蛄?，通過微分電路以及整流電路形成與頻率變化對(duì)應(yīng)的一種單向的尖脈沖序列，在轉(zhuǎn)換為矩形波，通過低通濾波器濾除高次諧波，則可以獲得基帶脈沖信號(hào)，此種方式抗干擾性能較差，其解調(diào)精度不高。

2.1.4 差分檢測(cè)法

信號(hào)通過濾波器祛除噪聲，通過乘法器進(jìn)行經(jīng)時(shí)延后信號(hào)處理，將其與直接送入信號(hào)相乘，把結(jié)果送到低通濾波器濾去存在的倍頻分量，則可以實(shí)現(xiàn)解調(diào)處理。

2.2 應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)車載接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過以上方法進(jìn)行應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)解調(diào)雖然效果顯著，但是在高速列車運(yùn)行中應(yīng)答器的上行鏈路信號(hào)傳輸環(huán)境會(huì)受到27.095MHz電磁波干擾與影響，解調(diào)精度會(huì)受到濾波器性能等因素的影響，其抗干擾性能相對(duì)較低，誤碼率也相對(duì)較高，為了有效地提升應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)解調(diào)精度，就要重點(diǎn)分析應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)車載接收系統(tǒng)，深入研究應(yīng)答器上行鏈路信號(hào)解調(diào)及譯碼的相關(guān)內(nèi)容。上行鏈路接收系統(tǒng)主要就是對(duì)車載天線接收信號(hào)進(jìn)行采樣、存儲(chǔ)、解調(diào)處理，實(shí)現(xiàn)譯碼還原報(bào)文信息內(nèi)容，應(yīng)答器報(bào)文可以通過移頻鍵盤調(diào)制的方式進(jìn)行處理，可以將處理之后產(chǎn)生的控制信息傳送給車載列控系統(tǒng)。

2.2.1 報(bào)文編碼

為了提升應(yīng)答器車載設(shè)備之間信道傳輸運(yùn)行的安全性，增強(qiáng)可靠性，要根據(jù)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的信道編碼。應(yīng)答器報(bào)文編碼主要通FFFs信道進(jìn)行編碼算法分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)初始用戶數(shù)據(jù)信息處理，并且將其轉(zhuǎn)變?yōu)槌尚蛿?shù)據(jù)信息。

其報(bào)文格式主要有1023bit以及341bit兩種類型，長短報(bào)文用戶可以應(yīng)用830以及210加上3bit控制位、12bit擾碼位以及10bit附加成形位、85bit校驗(yàn)位進(jìn)行處理。

2.2.2 FSK信號(hào)解調(diào)方法

FSK信號(hào)解調(diào)方式主要可以氛圍想干以及非想干解調(diào)兩種類型，一般狀況之下想干解調(diào)方式具有良好的性能，但是要通過同步的本地載波信號(hào)進(jìn)行處理?？梢酝ㄟ^成熟頻率合成技術(shù)進(jìn)行分析，DDS則屬于新的頻率合成技術(shù)手段，是第三代的頻率合成技術(shù)方式。想干解調(diào)則就是將FSK信號(hào)利用兩路濾波器分解為兩路頻率不同的ASK信號(hào)進(jìn)行處理，通過對(duì)這兩路ASK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理。

2.2.3 譯碼策略過程

綜合歐洲應(yīng)答器的編碼原理，譯碼主要就是編碼的一個(gè)逆過程。通過FPGA實(shí)現(xiàn)譯碼，具有運(yùn)算速度較快的優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于DSP來說芯片具有實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢(shì)，具有良好的可變成型，譯碼電路的設(shè)計(jì)相對(duì)來說更為靈活。

進(jìn)行報(bào)文譯碼模塊化設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)輸入模塊以及數(shù)據(jù)綜合處理、輸出等模塊可以實(shí)現(xiàn)各種功能。數(shù)據(jù)綜合處理模塊的主要工作就是有效性分析，進(jìn)行起始位的判斷分析。可以有效的恢復(fù)信息長度，具有反轉(zhuǎn)換以及解憂等多種作用。

通過在FPGA單元中進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)分析，在85位的校驗(yàn)保文信息中，含有75位奇偶校驗(yàn)以及10位同步校驗(yàn)等內(nèi)容，根據(jù)CRC校驗(yàn)原理分則存在75次的多項(xiàng)式。發(fā)送方利用制定的g（x）則可以產(chǎn)生CRC碼字，接收方主要利用其驗(yàn)證分析收到的CRC碼字，報(bào)文數(shù)據(jù)會(huì)通過CRC校驗(yàn)正確之后，可以在任何一位開始發(fā)送報(bào)文，在其一幀傳送完畢之后可以在始端在進(jìn)行傳送，要分析報(bào)文起始位置過程，對(duì)其進(jìn)行同步校驗(yàn)，接下來就是進(jìn)行反轉(zhuǎn)位置檢驗(yàn)以及解擾，通過邏輯電路進(jìn)行電碼反轉(zhuǎn)，通過ROM存儲(chǔ)11-10變換表，可以獲得報(bào)文數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)報(bào)文10-11的反轉(zhuǎn)換，每11位的碼字輸出在進(jìn)行有效性判別分析。

解擾運(yùn)算過程就是加擾運(yùn)算的一個(gè)逆過程，通過域上運(yùn)算發(fā)放時(shí)則可以形成一個(gè)循環(huán)的冗余碼，實(shí)現(xiàn)譯碼解擾過程。

通過基本形式的指數(shù)形式進(jìn)行一次BCH譯碼分析，根據(jù)ROM存儲(chǔ)確定報(bào)文長短，分析查表的次數(shù)?？梢垣@得譯碼報(bào)文有效性輸出。

3 結(jié)束語

城市軌道交通在子啊發(fā)展過程中，行車速度越來越高，行車間隔之間的距離越來越短，其對(duì)列車定位精度要求越來越嚴(yán)格，而應(yīng)答器系統(tǒng)是城市軌道交通、高速鐵路中最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)備，其具有較為廣泛的應(yīng)用前景，對(duì)其深入分析了解關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)于我國軌道交通的持續(xù)發(fā)展來說具有重要的價(jià)值與意義。

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