基于TMS320C6722的高速鐵路信號發送與接收模擬系統
加入技術交流群
3．1正交化高速高可靠軌道信號
FSK信號是用數字調制信號的正負來控制載波的頻率，即頻移鍵控信號。目前國內使用的UM71軌道信號，雖然有占用頻帶窄、不容易受到干擾、解調相對容易、反應時間快等優點，但是其調制頻率的設置仍不滿足正交條件，16．9 Hz以下調制頻率的調制系數偏大，對上下邊頻的漂移敏感，也存在倍頻信號的隱患，UM71頻譜集中在中心載頻附近，當調制頻率較低時，調制系數偏大，尤其是10．3 Hz時，其能量分布除了在中心載頻處有最大值外，它的次高譜線、次次高譜線處的能量也較大，不利于解調的可靠性。針對這些缺點，對其進行正交化改造。
根據最佳接收系統的條件，如果移頻鍵控信號FSK的兩個頻率IL和｀滿足相互正交，則該信號系統的接收檢測可以達到最佳，進而保證系統的可靠接收，提高系統的穩定性。通過推導可證明FSK信號的正交條件為兩頻率之差是其調制頻率的整數倍。由FSK信號的頻譜可知，其譜結構是以載頻為中心、以調制頻率為間隔的離散譜。因此調制頻率越小，譜線越集中，信號頻帶越窄。正交化軌道信號采用調制系數0．5，不僅可以得到較窄的帶寬，還有很好的功率譜結構，方便可靠解調。改造方案大體如下：
（1）采用原ZPW2000A信道，載頻設置上行2 000 Hz、2 600 Hz，下行1 700 Hz、2 300 Hz。這樣可以利用原軌道電路。
（2）調制頻率設置滿足正交性，且正交系數為1，調制系數0.5。
（3）不同的調制頻率對應不同的頻偏，形成自適應頻偏體系。
（4）特征譜一次邊頻分量的相對幅度為l／3。
（5）避開了50 Hz的諧波干擾。頻帶控制在正負40 Hz以內。
（6）調制頻率的選擇避免倍頻的可能。
（7）解調速度提高到0．4 s～0．6 s。
所以將調制頻率設計為從1* Hz～31．6 Hz，間隔為0．8 Hz遞增，避開了倍頻的可能，從而可以增加到20個調制信號。
3．2新型數字編碼信號
TVM430數字編碼信號有27個信息位，信息量遠高于國內原有軌道信號。但是其最大缺陷在于信號解調周期長，信號可靠確定時間長，大大超過國產移頻信號和UM71信號。此外該軌道信號系統運行成本昂貴，性價比低，且應用中信息位存在冗余，理論上若信息位降低，解調周期必定會減少。針對以上問題，對TVM430信號進行國產化技術改造，在保證信息量的同時降低信息位，使之成為一種具有較高信息傳送能力、解調周期短、適合中國國情的數字軌道信號系統。
經過對鐵路現場的調研和分析，提出了改進方案。改進的TVM430數字編碼信號被命名為新型數字編碼信號。新型數字編碼信號在滿足我國鐵路的實際情況的前提下，相比于原信號減少了低于4．08 Hz的低頻信息，從而提高了信號的抗干擾能力和解調速度。新型數字編碼信號去掉了路網碼，信息位共20 bit，其中坡度碼3bit、閉塞分區長度碼4 bit、速度碼5 bit、循環冗余校驗碼6 bit、奇偶監督碼1 bit、占用碼1 bit。1 bit奇偶監督碼專門用于速度碼的檢測。為了提高解調速度，在不同的信息碼之間添加0碼，即不同信息碼連接處的頻率間隔為1．28 Hz。載頻沿用TVM430信號的1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz、2 600 Hz四個載頻。
4.系統主要軟件設計
本系統軟件設計主要包括：系統的整體控制、正交化FSK信號的發送和解調、數字編碼信號的發送和解調。鐵路軌道信號發送和解調過程主流程圖如圖3、圖4所示。
圖3 DSP主程序流程圖
圖4 ARM主流程圖
評論