应答器上行链路信号解调及译码的实现研究

赵宁

【摘 要】随着列车运行速度的提升，其运行密度不断加大，铁路运输对于列车控制系统安全性以及稳定性有着更为严格的要求，分析车载计算机系统中列车与地间传送的信息，可以有效地保障列车运行的安全性。应答器作为一种具有较为显著的高速率、高信息量以及高可靠性特征点式数据传输设备，在铁路系统中广泛应用。实现对应答器译码分析，通过资源共享、流水线等技术手段，可以有效地缩短周期，提升设计的灵活性，具有较为显著的作用与价值。

【关键词】应答器;上行链路信号解调;译码;实现研究

中图分类号： TP29-AC文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）23-0059-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.025

应答器就是一种在地面上列车信息传输的一种点式设备，可以分为固定无源应答器以及可变有源应答器，其主要的用途就是为列控车载设备提供较为稳定的地面固定信息以及相关可变信息。应答器是一种可以想车载子系统发送报文信息的一种传输设备，可以传送固定的信息内容，也可以连接轨实现可变信息的传送，是整个信号系统中最为关键的安全体系。

1 应答器分类

应答器主要可以分为地面以及车载两个设备，其中地面设备主要是通过无源应答器、有源应答器以及轨旁电子单元构成，车载设备主要通过查询主机、车载天线系统以及天线电缆等构成。

1.1 无源应答器

无缘应答器可以存储固定的信息，在列车通过无源应答器上方的时候，无缘应答器则可以接收车载天线发射电磁能量，系统会将其转换为电能，通过在地面应答器中存在的信息数据循环发送，在电能消失则其处于休眠状态。

1.2 有源应答器

有源应答器主要通过电缆或者与地面的电子单元进行连接，可以实时发送传送的数据报文信息，在列车通过有源应答器上方的时候，有缘应答器则就会接收到车载天线发射的电磁能量，将其转换为电能，则地面应答器则可以实现发射电路工作，将数据循环实时发送，直至电能消失其处于休眠状态。

1.3 轨旁电子单元LEU

地面电子单元属于是一种数据层埃及以及处理单元，可以根据外界变化的具体状况以及条件，选择在系统中存在的报文信息，将其传送给地面有源应答器，也可以将外部发送的应答器报文直接的实现有源应答器的传送分析。

1.4 应答器的工作原理

在列车查询器通过地面应答器的时候，应答器则就会被查询器瞬态公路激活进而进入到工作状态中，可以向查询器连续的发送在应答器中存在的行车数据信息。

2 应答器上行链路信号解调及译码的实现研究

应答器作为列车运转控制系统中的点式高速传输设备，在特定的地点中实现车载设备的发送进路参数、线路坡度以及定位信息参数，可以保障列车的高速运行安全性。其主要是通过地面设备以及车载设备构成。车载设备中核心的部分就是载频发生器、接收解调部分、译码以及数据通讯存储等相关系统构成，可以实现上行链路信号的接收解码。

应答器系统通过电磁感应原理可以有效地实现车一地间之间的高速点式数据通信。通过将车载BTM模块中载频发生器产生的功率载波的处理，利用在机车底部车载天线进行发射，在地面应答器接收到下行的能量载波之后，则可以激活电路启动工作。无源应答器可以在内部中存在的固定数据报文信息发送给车载天线。

2.1 应答器上行链路信号解调方法

2.1.1 相干检测法

2FSK信号相干检测首先要将接收系统输入信号进行两路带通滤波器提取，分析已调频率信号，分别利用相乘器以及不同频率的本地同步载波信号进行相乘，利用低通滤波器滤除高频分量，通过将低频信号进行抽样分析，通过判决器比较，则可以实现数字信号解调，此种方式具有良好的抗干扰性特征。

2.1.2 非相干检测法

非相干检测也就是包络检波法，此种方式首先将2FSK信号送入到两路带通滤波器中，将滤出不同的高频信号通过包络检波器进行处理，提取包络，通过抽样判决器判决分析，通过基带数字信号进行解调。此种方式在操作中无须恢复本地的载波信号，按时在实践中简单的带通滤波器则无法满足解调的实际需求。

2.1.3 过零点检测法

过零点检测就是通过对不同数字调频滤波在单位时间中通过零点次数不同特征，检测分析载波频率传输时刻中通过零点的具体次数，根据结果衡量载波频率。主要检测原理就是通过将接受地信号送入到带通滤波器中，通过限幅器限幅，将信号转变为方波序列，通过微分电路以及整流电路形成与频率变化对应的一种单向的尖脉冲序列，在转换为矩形波，通过低通滤波器滤除高次谐波，则可以获得基带脉冲信号，此种方式抗干扰性能较差，其解调精度不高。

2.1.4 差分检测法

信号通过滤波器祛除噪声，通过乘法器进行经时延后信号处理，将其与直接送入信号相乘，把结果送到低通滤波器滤去存在的倍频分量，则可以实现解调处理。

2.2 应答器上行链路信号车载接收系统设计

通过以上方法进行应答器上行鏈路信号解调虽然效果显著，但是在高速列车运行中应答器的上行链路信号传输环境会受到27.095MHz电磁波干扰与影响，解调精度会受到滤波器性能等因素的影响，其抗干扰性能相对较低，误码率也相对较高，为了有效地提升应答器上行链路信号解调精度，就要重点分析应答器上行链路信号车载接收系统，深入研究应答器上行链路信号解调及译码的相关内容。上行链路接收系统主要就是对车载天线接收信号进行采样、存储、解调处理，实现译码还原报文信息内容，应答器报文可以通过移频键盘调制的方式进行处理，可以将处理之后产生的控制信息传送给车载列控系统。

2.2.1 报文编码

为了提升应答器车载设备之间信道传输运行的安全性，增强可靠性，要根据要求进行数据信息的信道编码。应答器报文编码主要通FFFs信道进行编码算法分析，实现对初始用户数据信息处理，并且将其转变为成型数据信息。

其报文格式主要有1023bit以及341bit两种类型，长短报文用户可以应用830以及210加上3bit控制位、12bit扰码位以及10bit附加成形位、85bit校验位进行处理。

2.2.2 FSK信号解调方法

FSK信号解调方式主要可以氛围想干以及非想干解调两种类型，一般状况之下想干解调方式具有良好的性能，但是要通过同步的本地载波信号进行处理。可以通过成熟频率合成技术进行分析，DDS则属于新的频率合成技术手段，是第三代的频率合成技术方式。想干解调则就是将FSK信号利用两路滤波器分解为两路频率不同的ASK信号进行处理，通过对这两路ASK信号进行解调处理。

2.2.3 译码策略过程

综合欧洲应答器的编码原理，译码主要就是编码的一个逆过程。通过FPGA实现译码，具有运算速度较快的优势，相对于DSP来说芯片具有实时性的优势，具有良好的可变成型，译码电路的设计相对来说更为灵活。

进行报文译码模块化设计中，数据输入模块以及数据综合处理、输出等模块可以实现各种功能。数据综合处理模块的主要工作就是有效性分析，进行起始位的判断分析。可以有效的恢复信息长度，具有反转换以及解忧等多种作用。

通过在FPGA单元中进行数据校验分析，在85位的校验保文信息中，含有75位奇偶校验以及10位同步校验等内容，根据CRC校验原理分则存在75次的多项式。发送方利用制定的g（x）则可以产生CRC码字，接收方主要利用其验证分析收到的CRC码字，报文数据会通过CRC校验正确之后，可以在任何一位开始发送报文，在其一帧传送完毕之后可以在始端在进行传送，要分析报文起始位置过程，对其进行同步校验，接下来就是进行反转位置检验以及解扰，通过逻辑电路进行电码反转，通过ROM存储11-10变换表，可以获得报文数据实现报文10-11的反转换，每11位的码字输出在进行有效性判别分析。

解扰运算过程就是加扰运算的一个逆过程，通过域上运算发放时则可以形成一个循环的冗余码，实现译码解扰过程。

通过基本形式的指数形式进行一次BCH译码分析，根据ROM存储确定报文长短，分析查表的次数。可以获得译码报文有效性输出。

3 结束语

城市轨道交通在子啊发展过程中，行车速度越来越高，行车间隔之间的距离越来越短，其对列车定位精度要求越来越严格，而应答器系统是城市轨道交通、高速铁路中最为关键的基础设备，其具有较为广泛的应用前景，对其深入分析了解关键参数，对于我国轨道交通的持续发展来说具有重要的价值与意义。

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