鐵路無線通信中軟件無線電的應(yīng)用分析

孫路軍

【摘要】 本文對(duì)軟件無線電在鐵路電臺(tái)通信中的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了闡述，并對(duì)鐵路通信特點(diǎn)進(jìn)行掌握，在信號(hào)傳輸過程中采用感應(yīng)方式，在手法處理中采用全雙工的方式，對(duì)原來存在的各種模擬鐵路電臺(tái)、例如調(diào)順、調(diào)幅電臺(tái)進(jìn)行了兼容，這樣能對(duì)各種電臺(tái)模式間進(jìn)行切換，希望具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】 鐵路無線通信 軟件無線電 應(yīng)用分析 數(shù)字信號(hào)處理

無線通信中存在著諸如多種通信體系、各種標(biāo)準(zhǔn)并存、缺乏頻率資源的問題，無線個(gè)人通信系統(tǒng)在發(fā)展過程中新系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)，其生存周期縮短，過去的無線通信因?yàn)橹饕獙?duì)硬件充分應(yīng)用，導(dǎo)致其難以跟上時(shí)代，所以軟件無線電就此產(chǎn)生，其基本概念是在無線通信平臺(tái)中對(duì)硬件作為主要方式，多使用具有個(gè)人通信功能的軟件，保證軟件也具有無線通信新系統(tǒng)，軟件無線電在技術(shù)上將A/D和D/A變換器向射頻端進(jìn)行靠攏，充分應(yīng)用寬帶天線和多頻段天線，A/D變換將在中頻頻段中進(jìn)行，應(yīng)用可編程數(shù)字軟件來進(jìn)行處理，這個(gè)體系在結(jié)構(gòu)上非常通用，能對(duì)以上問題進(jìn)行充分解決，保證無線通信系統(tǒng)能夠在頻段、用戶和體制上能夠具有多樣性。這種系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要非常高性能的寬帶天線、A/D變換器、數(shù)字信號(hào)處理器和通用CPU，目前的個(gè)人通信系統(tǒng)其硬件平臺(tái)的處理能力很高，能夠博愛恒對(duì)不同軟件進(jìn)行應(yīng)用保證功能和服務(wù)更加豐富。

一、軟件無線電介紹

關(guān)于其體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖1所示，其和過去無線電系統(tǒng)結(jié)果區(qū)別是A/D和D/A趨近RF端，從過去的基帶移動(dòng)到中頻位置，完成采樣工作。另外在對(duì)A/D前和D/A后進(jìn)行處理中采用的DSP/CPU更加高速。在微電子技術(shù)的發(fā)展過程中，數(shù)字器件性能得到了提升，數(shù)字無線電得到發(fā)展，然而軟件無線電和數(shù)字無線電概率具有不同，因?yàn)锳/D和D/A趨近RF端只能保證軟件無線電形成，其真正目的是用是器件編程能力強(qiáng)取代數(shù)字電路能夠帶來很多優(yōu)勢(shì)。軟件無線電工作模塊有處理信道、管理環(huán)境和在線/離線工具三個(gè)部分，信道頻段頻程形狀更加均勻、耗損更低，其接口也能為不同業(yè)務(wù)提供方便，比特流的數(shù)據(jù)信號(hào)能夠利用基帶處理進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，能夠?qū)顾ヂ浜涂垢蓴_進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)榛鶐拵Ш驼{(diào)制波形的變化，所以其復(fù)雜程度不統(tǒng)一，比特流處理主要做前后糾錯(cuò)處理，之后通過軟件解碼來對(duì)數(shù)字話音和數(shù)據(jù)進(jìn)行信源編解碼處理，在環(huán)境管理模塊中對(duì)頻率、時(shí)間、空間特征等進(jìn)行用來對(duì)無線電環(huán)境進(jìn)行表征。軟件無線電目的是保證通信系統(tǒng)能不受硬件限制，如果系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可以采用軟件實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)改進(jìn)和升級(jí)過程中，其成本更小，更加便捷，能保證系統(tǒng)之間的兼容性。

二、感應(yīng)通信技術(shù)

利用27.5接觸網(wǎng)作為波導(dǎo)線，采用無線-有線-無線方式保證前后機(jī)車協(xié)調(diào)操縱同步運(yùn)行對(duì)講，保證了機(jī)車、車站和調(diào)度三者間的無線調(diào)度，對(duì)隧道和山道間的無線通信問題進(jìn)行了有效解決。感應(yīng)通信在傳播上不僅靈活而且場(chǎng)強(qiáng)分布具有自己特點(diǎn)，其沿著感應(yīng)線鏈狀分布，在隧道中應(yīng)用較為穩(wěn)定，難以受到環(huán)境的影響，雖然很多鐵路感應(yīng)通信電臺(tái)采用模擬系統(tǒng)，其性能較好，但是對(duì)于通信性能進(jìn)行提高是最主要工作。鐵路通信感應(yīng)電臺(tái)系統(tǒng)如何達(dá)到數(shù)字化、智能化和軟件化，并對(duì)軟件設(shè)計(jì)和智能模塊技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，保證在不同技術(shù)通信環(huán)境下鐵路移動(dòng)機(jī)車感應(yīng)電臺(tái)系統(tǒng)的通信能夠達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，保證控制調(diào)整更加智能，軟件無線感應(yīng)電臺(tái)傳輸頻段更加靈活，可以按照傳播環(huán)境等自動(dòng)完成網(wǎng)絡(luò)調(diào)整和動(dòng)態(tài)優(yōu)化工作。

三、感應(yīng)電臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)成

軟件無線電鐵路感應(yīng)電臺(tái)主要是對(duì)對(duì)感應(yīng)通信特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，軟件無線電技術(shù)傳輸頻段更加靈活，信道接入模式較多，速率多樣化，能夠按照網(wǎng)絡(luò)傳播環(huán)境做出自動(dòng)調(diào)節(jié)，這個(gè)系統(tǒng)不僅有可靠的硬件平臺(tái)，還與實(shí)用的軟件體系。這種感應(yīng)電臺(tái)，其性能和技術(shù)指標(biāo)更高、在射頻發(fā)射前和接收后用戶接口采用數(shù)字化處理、其對(duì)語音接口進(jìn)行模擬，語音編碼方式速率為5.3kbps，其數(shù)據(jù)傳輸有備用接口，采用RS232，在數(shù)字調(diào)制中采用4PSK方式，通信更加可靠，對(duì)碼流采用糾錯(cuò)技術(shù)，系統(tǒng)能夠抵抗噪聲和干擾，其可靠性更強(qiáng)，其通信方式有兩種，一種是點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)廣播式，另一種是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙向式，并對(duì)原來的模擬AM、FM感應(yīng)電臺(tái)兼容互通性進(jìn)行了保留，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，其有效帶寬為25KHZ，中心頻率是412.5KHz，其收發(fā)頻道對(duì)DSP編程進(jìn)行自動(dòng)選擇，可以選擇信道進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，能達(dá)到雙向通信的效果。系統(tǒng)主要功能是信源信道編解碼、調(diào)制、協(xié)議和信令處理，可以通過DPS編程完成，軟件系統(tǒng)方面主要采用五個(gè)模塊，分別是實(shí)時(shí)處理模塊、控制分析模塊、線路輸入輸出模塊、終端模塊以及功能選擇模塊等，

四、通信方式

感應(yīng)通信電信系統(tǒng)主要采用FDD方式，兩個(gè)頻段分別作為正反鏈路，防止發(fā)射和接收同時(shí)工作過程中信號(hào)泄露問題的出現(xiàn)，其頻帶寬度為25kHz，其通道兩個(gè)子信道和隔離帶，如圖3所示，分貝用來發(fā)、收信息，每個(gè)信道有三個(gè)邏輯信道，分別是語言、數(shù)據(jù)和信令，其中信令處于打開狀態(tài)，機(jī)車和車站利用信令進(jìn)行通信控制。

五、采用軟件無線電的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

感應(yīng)電臺(tái)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)三個(gè)層，分別是物理、鏈路和應(yīng)用，鏈路層在數(shù)據(jù)打包和解包過程中國最為主要，可以分為邏輯鏈路控制子層和介質(zhì)訪問控制子層，采用簡(jiǎn)化高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，根據(jù)電臺(tái)通信的需要，把其中存著的不用的部分進(jìn)行刪減。射頻采用橋式電路、帶通濾波器保證信號(hào)的收發(fā)兩個(gè)程序能夠分開進(jìn)行，防止干擾的存在，如果發(fā)送功率太大，貴對(duì)接收電路造成影響，雖然感應(yīng)通信系統(tǒng)和其他無線通信系統(tǒng)比起來，其更加穩(wěn)定，但是其存在著一定的波動(dòng)，主要是因?yàn)樵诨疖囘\(yùn)行過程中接收電平降低，因?yàn)樵谏漕l電路中添加自動(dòng)增益控制，能夠保證電平的穩(wěn)定性。

六、信號(hào)處理

屹接收端的信號(hào)處理中，當(dāng)電臺(tái)在接收模式下，其信號(hào)會(huì)在前端接收放大，通過帶通濾波器送到高速D/A轉(zhuǎn)換器，濾波器的頻率相位和幅度等能夠通過DPS設(shè)定和調(diào)整，保證符合信道變化的要求，并在帶通濾波后的模擬信號(hào)經(jīng)過帶寬A/D變換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入DSP。除此之外，還有億發(fā)送端信號(hào)處理和役DPS信號(hào)處理能力的估計(jì)。總之應(yīng)用軟件無線電概念和系統(tǒng)模型，感應(yīng)無線電臺(tái)能多模式轉(zhuǎn)換，對(duì)職能切換，在通信領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，其實(shí)現(xiàn)離不開DPS技術(shù)的應(yīng)用，今后還會(huì)更好發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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